nVidia: хорошо забытое старое…

Говорят, что история развивается по спирали. Когда появляется новая технология, только время может определить, жизнеспособна ли она. Иногда неплохая идея не идет из-за того, что на данный момент нет технических условий для ее реализации. Порой её «затаптывают» конкуренты… Но бы­вают случаи, когда она вдруг возрождается в новом обличии — и мы вспоми­наем, что несколько лет назад это уже было… В данной статье я расскажу как раз о таком случае.

Человек всегда хотел, чтобы созданные им машины работали еще быстрее. Этого можно добиться двумя способами: усовершенствовать саму конструкцию или поставить какой либо узел (например, двигатель) в двойном, тройном (и далее) экземпляре. И если первое требует от разработчиков недюжинного умственного труда и смекалки, то второй вариант реализуется порой гораздо легче — вспомните многомоторные самолеты и вездеходы.
В компьютерном мире все развивается почти так же. Но есть и отличия…

Первая попытка
Прославившаяся в веках фирма 3dfx выпустила в далеком 1996 году ускоритель трехмерной графики Voodoo Graphics. Это была не полноценная видеокарта, а именно 3D-ускоритель. Он был оборудован двумя VGA-разъемами: один соединялся с видеокартой, а другой — с монитором. В «двумерных» режимах работы он ни на что на влиял, но как только обнаруживал «трехмерные» инструкции, брал на себя обработку изображения.
Звездный час компании пробил в начале 1998 года, когда она выпустила Voodoo 2, ставший суперпопулярным несмотря на стоимость в $500. По производительности он превосходил Voodoo Graphics в три раза и поддерживал API Glide версий 2 и 3, OpenGL и Direct3D. Но главным его козырем стала технология SLI (Scan Line Interleave — «чередование строк»). Суть ее состояла в совместном использовании двух карт Voodoo 2, при этом одна обрабатывала и выводила на экран четные линии, другая — нечетные. Таким образом на мониторе и формировалась картинка, причем общая производительность графической подсистемы возрастала почти в два раза. Хотя стоит заметить, что система получилась сложной и нестабильной — ведь на компьютере устанавливались сразу три графических карты: одна обычная и два ускорителя.

Через два года для 3dfx наступили тяжелые времена. Неудачи с Voodoo 4 и 5 подорвали мощь и авторитет компании. К тому же значительно укрепились позиции ее ближайшего конкурента — компании nVidia, которая сделала все для того, чтобы вытеснить пионера 3D-ускорителей для ПК с рынка. Не выдержав финансового кризиса, 3dfx обанкротилась. Остатки фирмы вместе с патентами и технологиями купила nVidia.
Далее наступило время шины AGP. В ее спецификациях (а равно как и во всех существующих чипсетах) не было предусмотрено никаких возможностей по работе с двумя видеокартами, так что до сих пор SLI-технология была реализована только в Voodoo 2, дальнейшего развития на массовом рынке не получила и об этой интересной идее забыли надолго.

Реинкарнация
Говорят, что в современных хайтек-компаниях более 50% бюджета тратится на отдел маркетинга. Думаю что в nVidia соотношение такое же. Об этом можно судить по этому официальному заявлению: “nVidia представляет революционный подход комбинирования нескольких графических процессоров в одной системе с масштабируемой производительностью. Технология nVidia SLI (Scalable Link Interface — масштабируемый интерфейс соединений) с поддержкой нескольких GPU использует преимущество увеличенной полосы пропускания шины PCI-Express и включает интеллектуальные аппаратные и программные средства, позволяющие нескольким графическим процессорам работать эффективно для достижения высокой производительности. Система nVidia SLI включает материнскую плату PCI-Express, позволяющую подключить две видеокарты PCI-Express на базе чипов nVidia. Соединенные через разъем nVidia SLI, обе карты работают с одним монитором, обеспечивая высочайшую системную производительность. Технология nVidia SLI использует преимущество увеличенной полосы пропускания новейшей архитектуры шины PCI-Express между графическим и центральным процессорами. Интерфейс PCI-Express обеспечивает полосу пропускания PCI 16x и устраняет ограничения, накладываемые архитектурой шины предыдущего поколения, для достижения максимальной производительности в системе на базе нескольких графических процессоров. Благодаря интеллектуальному протоколу коммуникации, встроенному в GPU, и высокоскоростному цифровому интерфейсу графические платы на базе nVidia SLI могут обмениваться данными без издержек, накладываемых архитектурой шины. К тому же уникальные программные алгоритмы эффективно распределяют нагрузку для обеспечения невероятно высокой производительности. Усовершенствованные методы компоновки, визуализации и развертки обеспечивают бескомпромиссное качество изображения, устраняя эффект мерцания, типичный для предыдущих решений”.

Вот так уникальное техническое решение семилетней давности несуществующей уже фирмы обрело вторую жизнь. Кто бы мог подумать, что старая технология SLI реинкарнировалась в семействе видеокарт nVidia GeForce 6600/6600GT PCI-Express, базирующихся на графическом чипе NV43.

Теоретические основы
Реализация SLI от nVidia несколько отличается от того, что предлагала 3dfx. У последней каждая карта обрабатывала свою строку изображения, затем они поочередно выводились на монитор; в реализации от nVidia экран разделен на две части. Каждый ускоритель занимается обработкой своей части, которые в конечном итоге сливаются и образуют единый кадр. Такой метод значительно проще и быстрее, чем работа со строками, придуманная 3dfx. Самый важный момент в работе этой системы заключается в балансировке нагрузки — части разбитой сцены неравны по размеру; картинка разбивается с учетом нагрузки на разные ускорители. Для этого разработаны алгоритмы динамического распределения нагрузки. Во время старта карты работают в соотношении 50/50, затем пропорции могут измениться. Компания пока умалчивает, каким методом (аппаратным или программным) реализуется такое распределение, но есть данные, что большая часть динамического распределения нагрузки выполняется драйвером, который еще не выпущен.

Воплощение в “железе”
Какие аппаратные средства потребуются, чтобы в полной мере насладится “новой” технологией? Прежде всего, две карты серии GeForce 6800 с шиной PCI-Express. Они должны использовать одинаковый GPU — можно объединить только две GeForce 6800 Ultra, две GeForce 6800 GT или две GeForce 6800. Если вы установите разные карты, система не будет работать (хотя в теории должна — ведь используется технология балансировки нагрузки). На сегодня в паре работают только видеокарты от фирмы nVidia шестого модельного ряда — GeForce 6ххх со всякими приставками. Неясно, будет ли поддерживаться SLI в будущих картах NV4x низшей ценовой категории.
Две видеокарты PCI-Express объединены вместе через порт MIO при помощи специального П-образного «мостика». Этот «мостик» и есть «Scalable Link Interface» (SLI). Благодаря этому интерфейсу объединенные в пару видеокарты обмениваются между собой информацией и распределяют рабочую нагрузку, которая увеличена алгоритмами динамического распределения нагрузки. Следует отметить, что Voodoo 2 SLI использовал кабель, который связывал две платы внутренне и через VGA посредством аналогового сигнала, у nVidia все выполнено в цифровом виде.
И наконец, потребуется материнская плата с двумя слотами PCI-Express x16. А вот тут нас пока ждет разочарование… Насколько известно, в данный момент существуют только три чипсета с такими возможностями — это i7525 (Tumwater) от компании Intel, nForce4 SLi от компании nVidia и недавно анонсированый K8T890 с поддержкой PCI-E от VIA. В качестве примера можно привести материнскую плату для процессоров Athlon64FX/Athlon64 A8N-SLI Deluxe компании ASUSTeK. Она построена на основе системной логики nVidia nForce4 SLI и оборудована двумя слотами PCI-Express x16, поддерживает ряд фирменных технологий ASUS, в том числе системы NV Firewall, AI NOS и Q-Fan2. Комплекс NV Firewall предназначен для повышения уровня безопасности при работе в локальной или глобальной сети; технология AI NOS обеспечивает повышение производительности ПК при работе с мультимедийными приложениями и играми; наконец, система Q-Fan2 автоматически настраивает скорость вращения вентиляторов в зависимости от текущей нагрузки.

Еще одна ложка дегтя — это огромное энергопотребление как самих видеокарт, так и всей системы в целом, поэтому пользователю потребуется еще и блок питания мощностью от 500 до 650 Вт (хотя для младших видеокарт этой серии подойдут и менее мощные варианты). Не стоит забывать и про то, что расстояние между двумя объединенными видеокартами очень мало и одна из карт будет сильно греться, так как воздух радиатор будет получать уже нагретый одной из карт, так что стоит задуматься о более серьезном охлаждении.

Тесты, тесты…
Как ни печально, но фактически их пока нет. Ведь карты, как и материнские платы под них, существуют пока в виде инженерных образцов. Поэтому придется довериться официальным представителям nVidia, которые предоставили общественности небольшую таблицу производительности видеокарт как в одиночном исполнении, так и в режиме SLI (см. табл. 1). Из нее можно сделать вывод, что наибольшего эффекта можно достичь за счет объединения младших видеокарт. Чем мощнее видеокарта, тем ниже прирост от перехода на SLI. Во-вторых, если производительность системы в DooM 3 неплохо масштабируется при переходе на SLI, то Halo выигрывает от такого перехода не так много — всего 38% в случае объединения двух видеокарт GeForce 6800 Ultra. Пока не ясно, как поведут себя другие игры, запущенные на системе с объединенными видеокартами. Те же представители nVidia утверждают, что в SLI-режиме производительность в тестах 2, 3 и 4 игрового бенчмарка 3DMark 2003 при разрешении 1600×1200 пикселей со сглаживанием 4x и уровнем анизотропной фильтрации 8x возросла в 1.87 раз. Независимые тесты покажут, так ли все здорово.

Подводим итоги
Что ж, можно сказать, что мы входим в новый год с весьма интересной, хотя и не совсем новой технологией. Думается, что ее современная реализация будет только во благо всем нам, и nVidia не повторит ошибок своего бывшего конкурента. К сожалению, чтобы удвоить 3D-производительность с помощью двух видеокарт PCI-E GeForce 6800, надо делать кардинальный и дорогостоящий апгрейд — потребуются новая материнская плата с разъемами PCI-E (которых пока считанные единицы), новая память и процессор. Вызывают вопросы и общая стабильность системы из-за повышенного нагрева карт. Несомненно, что разработчики софта (прежде всего гейммейкеры) должны научится использовать новые возможности аппаратуры и оптимизировать существующие алгоритмы.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов www.nVidia.com, www.anandtech.com.


Рекомендуем почитать: