search
top

Двухпроцессорные графические технологии ATI CrossFire и NVIDIA SLI.

Двухпроцессорные графические технологии ATI CrossFire и NVIDIA SLI

Сегодня «заклятые друзья» — крупнейшие игроки на рынке 3D-акселераторов, компании NVIDIA и ATI Technologies — предлагают нам наращивать мощь графической подсистемы за счет установки второй графической карты. Технологии, призванные обеспечить это, называются соответственно SLI и CrossFire. О теоретических основах и практике применения первой из них мы уже писали. Пришел черед пристально взглянуть на ATI CrossFire, на полгода опоздавшую с выходом на рынок по сравнению с конкурентом, и разобраться, чем же эта технология отличается от NVIDIA SLI — снова как в теории, так и в «железе».

Кому это нужно?

Всем известно, что сегодня 3D-графика и связанные с ней приложения, т.е. компьютерные игры, стали мощнейшим стимулом прогресса в области персональных компьютеров. Если вообще не единственным. К тому, что поколения графических процессоров сменяют друг друга ежегодно, что дорогущие 3D-карты устаревают с той же периодичностью, вводя геймеров во все новые и новые затраты, мы уже давно смирились.

Однако предложенный нам подход — принести на алтарь игровой производительности две графические карты вместо одной, выложив за это, понятно, вдвое большую сумму, — вызывает вопросы. В самом деле, зачем ставить две карты, если можно обойтись одной, просто более мощной? Есть ли в этом смысл, даже если принять во внимание набранный производителями 3D-процессоров высокий темп «гонки вооружений» и вызванную этим необходимость частых и весь весьма затратных материально апгрейдов?

Система с двумя графическими картами в конфигурации ATI CrossFire
Система с двумя графическими картами в конфигурации ATI CrossFire

Во-первых, «более мощной» карты в определенный момент времени может просто и не существовать. Например, если речь идет о создании топовой игровой системы, по определению обладающей наивысшей достижимой на момент ее сборки 3D-производительностью, для достижения которой априори берется самый мощный графический адаптер.

А геймеры-энтузиасты согласны пойти на любые расходы, лишь бы заполучить мощнейшую систему, запросто «перемалывающую» самые современные игры в высочайшем разрешении и при максимальном качестве картинки.

В таком случае вариант двух карт, объединенных по методу SLI или CrossFire, даст хотя бы полуторный прирост быстродействия, что явно неэкономно с точки зрения двукратного увеличения затрат, но вполне сравнимо по эффективности с переходом на плату будущего поколения — зато «здесь и сейчас», а не спустя год.

Во-вторых, покупка системной платы с возможностью установки двух графических адаптеров, даже если она не будет использована сразу, оправдана с точки зрения модернизации системы в будущем. В самом деле, можно пока ограничиться одной картой, а когда ее производительности перестанет хватать, просто докупить вторую такую же — это гораздо дешевле, чем покупать загодя вдвое более мощную или то и дело менять карты, отдавая старые за бесценок.

В-третьих, SLI или CrossFire могут оказаться выгодными по экономическим соображениям: две карты «среднего класса» способны стать более дешевым приобретением, чем одна карта категории «хай-энд», а по производительности практически не уступить ей. Однако данная идея кажется нам скорее курьезной (все равно сильно не выгадаете, но изначально перекроете себе возможность «безболезненного» апгрейда), но и она имеет свое право на существование.

Все новое — хорошо забытое старое

Идея объединенной работы двух графических карт (или двух процессоров, установленных на одной плате) возникла достаточно давно. Кому принадлежит пальма первенства, разбираться сейчас не будем, тем более что корнями эти технологии уходят в сферу специализированных высокопроизводительных систем 3D-моделирования и даже дальше — в область параллельных вычислений вообще.

На рынке же именно игровых графических карт первопроходцем стала сегодня уже не существующая компания 3Dfx, впервые реализовавшая двухпроцессорную обработку графики на своих легендарных платах Voodoo еще в 1998. г. Соответствующая технология была названа Scan Line Interleaving (сокращенно SLI), что в приблизительном переводе означает «чересстрочная обработка кадров». Название технологии отражало ее суть: один из пары графических адаптеров (тогда они устанавливались на шину PCI) занимался просчетом четных строк картинки, второй — нечетных. Технология была капризна, грешила потерями качества изображения и давала не такой уж солидный выигрыш: от 20 до 50%. Причины бед, преследовавших новорожденную SLI, крылись в применении для совмещения строк аналоговых сигналов (гораздо слабее защищенных от помех, чем цифровые), традиционной «сырости» драйверов, перегруженности шины PCI и вообще слишком сложной реализации самой идеи.

Это неудачный шаг вкупе с другими стратегическими просчетами привели к краху 3Dfx в конце 2000 г., когда все ее активы и перспективные наработки были куплены набиравшей силу компанией NVIDIA, сделавшей ставку на появившуюся в то время новую графическую шину AGP.

Идея SLI возродилась с появлением нового графического интерфейса PCI Express, обладающего огромной пропускной способностью, прекрасной масштабируемостью и реальной возможностью двунаправленной передачи данных (последнее позволяет графическим картам взаимодействовать друг с другом напрямую, без посредника в лице центрального процессора). По иронии судьбы она была возрождена в стенах своего «могильщика» — компании NVIDIA. Однако в новой версии SLI расшифровывается уже как Scalable Link Interface — весьма общее название, не конкретизирующее способ реализации (в переводе «масштабируемый интерфейс соединений»).

Новинка отличается от своей тезки-прародительницы целым рядом принципиальных улучшений. Начиная с того, что результатами работы карты обмениваются в цифровом виде, и заканчивая отсутствием существенных проблем с драйверами и, главное, системными чипсетами. Кроме того, гораздо лучше продуманы алгоритмы организации совместной деятельности двух карт. Действительно, инженеры из NVIDIA предложили сразу два способа распределения нагрузки между графическими картами, радикально отличающихся от примененного 3Dfx подхода с чересстрочной обработкой, — AFR и SFR (мы поговорим о них подробнее чуть ниже).

Первые платы NVIDIA с технологией SLI появились в конце 2004 г. Извечный конкурент, компания ATI Technologies, конечно же, не преминула сказать свое слово и анонсировала в мае 2005 г. свой «ответный удар» — технологию CrossFire, добавившую еще несколько способов парной работы графических карт. Но с выходом на рынок, как это часто бывает, разработка от ATI Technologies вновь призадержалась — первые платы на базе этой технологии появились осенью 2005 г. До реального же их тестирования, в спокойной обстановке и с доработанными драйверами, дело дошло лишь сейчас.

Поделимся по-братски

Как же организовать совместную работу двух графических карт, причем по возможности самым эффективным образом? Инженеры из NVIDIA и ATI Technologies предложили следующие способы.

Alternate Frame Rendering (AFR)

Казалось бы, нет ничего проще, чем «раздавать» кадры поочередно: пусть всеми четными занимается один графический адаптер, а всеми нечетными — другой. Ведь при этом вся работа полностью распараллелена: каждый адаптер просчитывает геометрию (вершинные шейдеры) только для своего кадра и накладывает на него свои текстуры и эффекты (пиксельные шейдеры); тогда ресурсы каждой карты используются максимально эффективно, без дублирования данных в памяти (так как карты занимаются созданием разных кадров). Именно по этому принципу реализован режим «рендеринга с чередованием кадров».

В пору закричать «ура!» и праздновать победу — удвоение производительности. Но не все так просто. Дело в том, что практически все игры, да и 3D-графика в целом, оптимизированы с точки зрения расчета именно последовательных кадров (в самом деле, зачем «с нуля» просчитывать каждый следующий кадр, если он не так уж значительно отличается от предшествовавшего в силу непрерывности движения — как на киноленте). Потому каждый следующий кадр легче и разумнее строить на основании предыдущего. А раз так, то картам в режиме AFR приходится интенсивно обмениваться информацией, что сильно нагружает как каждый графический процессор, так и канал связи между ними. В результате страдает производительность такого решения.

Схема режима Alternate Frame Rendering
Схема режима Alternate Frame Rendering

Этот способ по-настоящему эффективен лишь в тех приложениях, где может не быть плавной смены кадров (а потому и нет соответствующей оптимизации), например, в некоторых приложениях САПР.

Scissor, или Split Frame Rendering (SFR)

В переводе предложенное ATI Technologies название означает просто «ножницы», в то время как NVIDIA предпочла аналогичный режим именовать более научно — «рендеринг с разделением кадра».

Если у адаптеров не получается эффективно работать над разными кадрами, пусть поработают над одним. И самый простой способ сделать это — просто разрезать кадр на половинки, приказав одной карте обсчитывать верхнюю половину, а другой — нижнюю (при горизонтальном делении кадра; можно устроить и вертикальное деление, но суть дела от этого не меняется). В целях гарантированной стыковки двух половинок кадра каждой карте приходится рассчитывать геометрию всей сцены, зато «раскрашивать» (накладывать текстуры и спецэффекты) можно только свою часть.

Получается, что производительность расчета «геометрической составляющей» остается той же самой, что и в случае применения одной карты, но эффективность «раскраски» почти удваивается. И поскольку «узким местом» современных графических решений является именно «раскраска», то можно ожидать ощутимого прироста производительности карт в режиме SFR.

Схема режима Scissor
Схема режима Scissor

Правда, если делить кадр строго пополам, то нагрузка на карты чаще всего будет неравномерной (например, в верхней половине кадра обычно присутствует легкое с точки зрения обработки небо, а в нижней — немало непростых объектов) , и одна карта будет дожидаться другую. Эта проблема решается с помощью динамического выравнивания нагрузки, так что граница деления кадра постоянно перемещается вверх-вниз в зависимости от сложности сцены (если, например, верхнюю половину кадра занимает только небо, то граница смещается вниз, чтобы захватить и более сложную часть сцены). Задача мониторинга нагрузки на процессоры и смещения границы разбиения кадра возлагается на графический драйвер.

Supertile

Если вышеописанные режимы реализованы в продуктах обоих конкурентов, то это уже оригинальное новшество, привнесенное в методику выравнивания нагрузки на графические процессоры компанией ATI Technologies.

В соответствии с алгоритмом Supertile («супермозаика», если попытаться дословно перевести это название на русский) «зоны ответственности» каждой графической карты чередуются в шахматном порядке: первой из них достаются нечетные по счету квадратики размером 32×32 пиксела, другой — соседствующие с ними четные («магическое число» 32 посчитали в ATI Technologies наиболее оптимальным для своих графических чипсетов, к тому же на него без остатка делится большинство стандартных дисплейных разрешений).

Схема режима Supertile
Схема режима Supertile

Здесь так же, как и в режиме SFR, геометрическая нагрузка попросту дублируется, а «закраска» распределяется между картами. Однако, в отличие от предыдущего метода, последняя делится практически поровну автоматически (в силу чередования квадратиков очень маленького размера)! Так что нет никаких проблем согласованности частей единого кадра и нет никакой сложности с организацией балансировки нагрузки по обработке пиксельных шейдеров. Метод требует минимального вмешательства в драйверы, прозрачен для приложений и выглядит наиболее оптимальным. Именно данный режим — основной «теоретический» козырь ATI, поскольку в графических картах NVIDIA реализованы только первые два метода.

Super Anti-Aliasing (Super AA)

Строго говоря, есть еще и четвертый способ организации совместной работы графических карт, но направлен он не на повышение скорости просчета графики, а улучшение качества изображения. Этот метод также предложен ATI Technologies и реализован в технологии CrossFire. Он обеспечивает новые режимы сглаживания ступенек (Anti-Aliasing, антиалиасинг): достигается кратность 8х, 10х, 12х и 14х (тогда как одиночная графическая карта на ATI Radeon обеспечивает антиалиасинг 6х).

Схема режима Super Anti-Aliasing
Схема режима Super Anti-Aliasing

Суть метода состоит в том, что каждая графическая карта обсчитывает один и тот же полный кадр с помощью разных алгоритмов сглаживания; полученные таким образом изображения затем объединяются в финальный кадр лучшего качества. Super АА улучшает качество геометрии мелких деталей и контуров объектов, что может быть существенно при разглядывании статичного объекта. Однако в динамичных играх вы практически не заметите разницы от включения Super AA, так что лучше «пустить» вторую карту на повышение скорости графической подсистемы.

Compatibility Mode

Наконец, должен еще быть предусмотрен «режим совместимости», в котором графические карты работают по-старому, совершенно не зависимо друг от друга. Он востребован в том случае, если надо организовать вывод изображений на несколько мониторов. Возможен и экзотический случай, когда какое-то приложение вдруг откажется работать на связке из двух графических карт. Режим совместимости реализован в продуктах ATI Technologies и NVIDIA.

От теории к практике

На бумаге все получается достаточно красиво и гладко, а как оно в «железе»? Прежде всего разберемся, что потребуется для создания системы с двумя графическими картами. Как минимум, нужна системная плата с двумя физическими разъемами PCI Express xl6, работающими в режиме PCI Express x8 (по 8 линий сегодня вполне достаточно), и пара графических карт с поддержкой соответствующей технологии. Но на деле все оборачивается сложнее, и здесь разработчики новых графических решений подталкивают нас, по сути, к идее специальной игровой платформы с двумя графическими картами. Остановимся на этом подробнее.

Графические карты

Для поддержки технологии SLI компания NVIDIA интегрировала в свои графические чипсеты специальные блоки — «коммуникационные порты SLI», выводящиеся на 26-контактный разъем на верхнем ребре графической карты. Эти разъемы соединяются с помощью небольшой переходной платы (называемой SLI-MOCTOM) — так физически организуется специальный выделенный канал обмена данными между двумя картами. Словом, необходимы специальные графические карты со SLI-портами, и использовать старые или непредназначенные для SLI модели не получится.

Более того, первоначально требовалось устанавливать совершенно одинаковые графические карты — вплоть до совпадения версии прошивки у каждой из них. В драйверах ForceWare, начиная с серии 80.x, это ограничение значительно смягчено: теперь достаточно, чтобы у карт было аналогичным только графическое ядро, при этом они могут даже различаться количеством конвейеров и тактовыми частотами (однако следует помнить, что «лишние» ресурсы более мощной карты окажутся просто не задействованы, так что тандем будет фактически работать на частоте менее мощной карты и использовать меньшее количество конвейеров).

Карты для CrossFire отличаются разъемами
Карты для CrossFire отличаются разъемами

Компания ATI Technologies отнеслась к владельцам старых карт Radeon несколько гуманнее: в связке CrossFire можно использовать и карты, не знавшие ничего о технологии CrossFire на момент своего выпуска. Правда, вторая плата должна быть специальной версии CrossFire Edition. На ней тогда присутствует дополнительный чип под названием Compositing Engine, отвечающий за сборку финального кадра и вывод его на экран монитора. Соединяются карты через порты DVI с помощью специального внешнего Y-образного кабеля (этот момент напоминает первые разработки от 3Dfx). Для обеспечения совместимости графических карт необходима лишь «родственность» их графических ядер (к такому мягкому требованию NVIDIA пришла лишь через ряд «эволюционных этапов», а у ATI Technologies так было реализовано изначально).

Кабель, связывающий карты при совместной работе
Кабель, связывающий карты при совместной работе

Системные платы

Что касается материнской платы, то NVIDIA заняла жесткую позицию: системный чипсет должен обязательно сертифицироваться на предмет поддержки SLI (при попытке использовать SLI на «неразрешенном» чипсете, драйвер просто откажется включать данный режим). Не исключено, что у настолько безапелляционного подхода существует и техническая подоплека, но все же дело больше попахивает маркетингом… Так это или нет, но мы поставлены перед тем фактом, что на данный момент выбора фактически нет: SLI работает только на единственном пока чипсете nForce4 SLI, разработанном и выпускаемом для платформ Intel и AMD самой NVIDIA.

Системная плата ECS KA1 MVP Extreme подходит для CrossFire
Системная плата ECS KA1 MVP Extreme подходит для CrossFire

Позиция ATI Technologies и в данном вопросе не столь категорична, но пока эта компания гарантирует работу CrossFire только на своих чипсетах ATI Radeon Xpress 200 CrossFire Edition. Однако данное ограничение связано не столько с техническими особенностями технологии CrossFire, сколько с необходимостью тщательного тестирования ее работы на других чипсетах (например, никто не запрещает вам использовать CrossFire на чипсете Intel 975XE — делайте это, но только на свой страх и риск).

При отсутствии второй графической карты нужна плата-заглушка
При отсутствии второй графической карты нужна плата-заглушка

Отметим также одно неудобство, связанное с первыми материнскими платами, поддерживавшими SLI. Их перевод в режим SLI осуществлялся с помощью специальной платы-переключателя. Так что если вы частенько используете и многомониторную конфигурацию, то необходимость всякий раз вскрывать корпус ПК и переворачивать злосчастную планку не могла не раздражать. В современных версиях плат выбор одно- или двухплатного режима работы (т.е. разделение PCI Express xl6 на два слота) осуществляется уже через BIOS.

Блок питания

Современные графические карты весьма прожорливы в плане энергопотребления (практически всем моделям среднего и высшего классов требуется подводить отдельное питание), так что если речь заходит о тандеме таких карт, то лучше иметь блок питания мощностью никак не меньше 500 Вт. Производители уже сориентировались на новую потребность и начали выпуск блоков питания с соответствующей наклейкой (SLI-ready или CrossFire-ready) — выбирайте лучше из них.

Для ATI CrossFire, как и NVIDIA SLI, потребуется мощный блок питания
Для ATI CrossFire, как и NVIDIA SLI, потребуется мощный блок питания

Кроме того, не забывайте про то, что вторая графическая карта послужит дополнительным источником тепла. Поэтому заранее продумайте, как вы будете выводить лишние «градусы» из системного блока.

Видеокарта ASUS EN6800GT DUAL/2DT
Видеокарта ASUS EN6800GT DUAL/2DT

Обязательно загляните сюда:

  • Устройства для охлаждения PC.Устройства для охлаждения PC.Устройства для охлаждения Как и любой электроприбор, компьютер при своей работе потребляет электроэнергию, причем практически вся она в конечном счете превращается в тепловую. А чем выше […]
  • Интерфейс SATA II.Интерфейс SATA II.Интерфейс SATA II Все меняется, все новое приходит на смену старому. Вчера на наших столах стояли Duron’ы, Athlon’ы XP, сегодня властвуют более совершенные процессоры, поддерживающие […]
  • Уход за компьютером.Уход за компьютером.Уход за компьютером Сегодняшний компьютер совсем не похож на своих предков десятилетней давности. Трудно себе представить, что когда-то в больших просторных комнатах стояли исполинские […]
  • Виды разъемов и сокеты материнской платы.Виды разъемов и сокеты материнской платы.Все разъемы и сокеты материнской платы и жестких дисков Начинающим мастерам часто приходится задаваться вопросом, а какой это сокет глядя на материнскую плату или процессор. Бывалые же […]
  • GTA V — PC-версия  от Nvidia на подходеGTA V — PC-версия от Nvidia на подходеGTA V Компания Nvidia рассекретила PC-версию игры Grand Theft Auto V. Как пишет Forbes, выход криминального экшна на этой платформе упоминался во время последней встречи руководства […]
  • Процессоры – краткий обзор.Процессоры – краткий обзор.Процессоры Процессор современного персонального компьютера (Central Processor Unit, CPU) представляет собой небольшую интегральную микросхему, играющую роль базового управляющего […]
banner ad
top