Многопроцессорная графика: время зрелости

Многопроцессорная графика: время зрелости

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 30 мая 2012 года

В конце апреля 2012 года NVIDIA выпустила новую флагманскую видеокарту GeForce GTX 690. Тысячедолларовый ускоритель построен на основе двух процессоров GK104 с микроархитектурой Kepler и, по утверждению разработчика, является самой быстрой в мире потребительской графической картой.

Многочиповые конструкции не редкость на рынке видеокарт, причём, в отличие от многопроцессорных компьютеров, графические системы, состоящие из двух, трёх или даже четырёх карт или из карт с парой чипов, получили довольно большое распространение. Причина кроется в относительной дешевизне таких "тандемов", а также в повышенной требовательности современных компьютерных игр именно к мощности графической подсистемы.

Между тем ещё относительно недавно, лет пять-семь назад, сборка многопроцессорной графической системы была пустой тратой времени и денег: решившиеся на это неизбежно сталкивались с проблемами совместимости компонентов, "сырыми" драйверами, отсутствием программной поддержки как на уровне API, так и на уровне приложений. В результате владелец получал в лучшем случае очень скромный прирост производительности, а в худшем - медленную и нестабильную систему.

Одной из первых попыток предложить пользователям коммерческую многопроцессорную графическую систему предприняла в 1998 году компания 3dfx. Графический чип Voodoo2 поддерживал передовую технологию SLI (Scan Line Interleave - чередования строк), при помощи которой можно было объединять в систему видеокарты различных моделей и производителей. Принцип действия SLI заключался в том, что одна из карт обрабатывала только чётные строки, а другая - только нечётные. Технология предусматривала работу с шиной PCI, а синхронизация карт осуществлялась через внутренней шлейф. Система оказалась весьма эффективной: производительность пары параллельно работающих карт на Voodoo2 увеличивалась почти вдвое, а максимальное разрешение выводимого изображения поднималось с 800х600 до 1024х768 пикселей.

Тем не менее реально работающую связку из карт Voodoo2 было собрать затруднительно: очень немногие системные платы поддерживали одновременную установку нескольких видеокарт по шине PCI, возникали аппаратные и программные конфликты, а некоторые приложения просто не могли работать с такой конфигурацией.

Спустя несколько лет идею SLI возродила компания NVIDIA, купившая 3dfx в 2001 году. Сохранив аббревиатуру, в 2004 году маркетологи NVIDIA предложили другую её расшифровку - Scalable Link Interface, то есть "масштабируемый интерфейс". Годом позже ATI Technologies представила альтернативную многопроцессорную технологию CrossFire.

В обеих вариантах для установки двух карт используются полноразмерные слоты PCI Express x16, при этом, в зависимости от характеристик набора системной логики, они могут работать как в режиме 2 х x8, так и на полной скорости 2 х x16.

В системе NVIDIA SLI обе карточки должны быть абсолютно одинаковыми, вплоть до разводки платы и версии BIOS. Это требование обусловлено принципом работы связки, при котором каждая из карт обрабатывает либо половину каждого кадра (Split Frame Rendering), либо чётные или нечётные кадры (Alternate Frame Rendering). Предусмотрен также режим суперсглаживания SLI AA, направленный не на максимальную производительность, а на повышение качества изображения: в нём одна и та же картинка обрабатывается обеими картами с разными алгоритмами сглаживания, после чего полученные изображения смешиваются. Для объединения карт используется аппаратный мостик, а некоторые младшие модели способны обходиться и без него, синхронизируясь на уровне драйверов.

Схема, предложенная ATI, первоначально была несколько иной: в одной связке могли работать только разные карты одного поколения, при этом только одна из них должна была поддерживать технологию CrossFire. На этой "ведущей" карте, которая маркировалась как CrossFire Edition, устанавливалась специальная микросхема Compositing Engine, отвечающая за распределение нагрузки и смешивание выходного сигнала. Видеокарты объединялись с помощью внешнего кабеля, что выглядело довольно громоздко.

В современной реaлизации CrossFire, как и в SLI, применяется программный способ синхронизации, а карточки точно так же объединяются специальными аппаратными мостиками. При этом в одной связке могут работать как совершенно одинаковые, так и разные карты на базе чипов с одинаковой архитектурой, а характеристики обоих компонентов ограничиваются уровнем самой медленной карты.

Система может работать в четырёх разных режимах: чередования кадров (Alternate Frame Rendering), SuperTiling, в котором экран делится на множество квадратов и каждая карта обсчитывает половину этих квадратов, Super AA ("суперсглаживание", аналог ALI AA) и в режиме Scissor, аналогичном Split Frame Rendering.

Существуют варианты объединения в одну систему трёх или четырёх однопроцессорных карт (NVIDIA 3-way или 4-way SLI и AMD CrossFireX) или двух двупроцессорных (NVIDIA Quad и AMD CrossFireX): в случае NVIDIA применяются специальные многоразъёмные мостики, а на однопроцессорных картах Radeon имеются по два разъёма CrossFire, что позволяет использовать несколько обычных мостиков, установленных последовательно. Разумеется, для построения такой связки необходима материнская плата с тремя или четырьмя слотами PCI Express x16 на основе системной логики, способной работать в нужном режиме.

С 2004 года многопроцессорные графические ускорители проделали огромный путь: современные системы просты в установке и настройке, не страдают проблемами совместимости, стабильны в работе. Но что самое главное - сегодня две работающие параллельно видеокарты действительно способны обеспечить практически двукратный прирост производительности.

Разумеется, остались и ограничения. NVIDIA, в отличие от AMD, продолжает требовать высокие лицензионные отчисления за право выпуска наборов логики и материнских плат с поддержкой SLI, хотя сама уже не производит чипсеты. Осталось неизменным требование использовать карты на базе одинаковых графических процессоров, но при этом сами карточки уже могут быть разных производителей и модификаций. Ничто не мешает установить вместе две карты GTX 465, выпущенные, скажем, ASUS и MSI.

В системах CrossFire ушло разделение на "ведущие" и "ведомые" карты, но сохранилась возможность объединения разных ускорителей на чипах единой архитектуры. К примеру, без проблем заработают вместе любые карты серии Radeon HD 6900.

А если помнить о том, что некоторые модели из разных семейств представляют собой перемаркированные ускорители на базе одних и тех же чипов, то можно составлять системы CrossFire из таких карт. Например, Radeon HD 6770 и HD 6750 построены на тех же самых процессорах Juniper, что и модели предыдущего поколения HD 5770 и HD 5750, и они прекрасно сочетаются друг с другом.

Тот же подход применим и к некоторым моделям NVIDIA: GeForce 9800GTX+ и GTS 250 - это фактически одна и та же видеокарта, поэтому их тоже можно объединить в систему SLI.

С выходом на рынок новых поколений графических чипов ситуация с многопроцессорными системами вряд ли существенно изменится. Впрочем, AMD объявила о намерении продолжать выпуск видеокарт семейства Northern Islands (серия Radeon HD 6xxx) параллельно с новейшими Southern Islands (семейство Radeon HD 7xxx), вместо того чтобы переименовать бюджетные модели c индексом 66xx и ниже в HD 76xx. Но если вам всё-таки встретится в продаже видеокарта под названием HD 76xx, почти нет сомнений в том, что она прекрасно сработается с любой HD 66xx.

Видеоускорители семейства Southern Islands HD 7000, как и раньше, будут совместимы в связках CrossFire в пределах общей архитектуры чипа. Например, HD 7950 и HD 7970 отлично сочетаются, хотя в AMD всё-таки рекомендуют устанавливать вместе карты на одинаковых процессорах. То же касается и недорогих моделей HD 7770, за исключением младшей карточки HD 7750, референсный дизайн которой не предусматривает разъёма CrossFire.

Разумеется, при наличии спроса крупные производители не заставят себя ждать и быстро выбросят на рынок модификации, отличающиеся от эталонной конструкции, но вряд ли есть смысл в сборке многопроцессорной системы на основе бюджетных карт. Карта более высокого класса обойдётся дешевле, чем пара HD 7750, но сам подход AMD к системам CrossFire куда привлекательней для пользователя, чем строгие требования NVIDIA.

Ещё одно объективное преимущество AMD на рынке многопроцессорной графики - поддержка CrossFire практически любой материнской платой, на которой установлены два и более слотов PCI Express x16. В этом отношении NVIDIA со строгим лицензированием технологии SLI ощутимо проигрывает, по крайней мере с маркетинговой точки зрения.

Если вы покупаете новый компьютер или просто планируете обновить старый, то лучшим решением, конечно, будет одна видеокарта (возможно, двухпроцессорная), но максимально мощная из тех, что вы можете себе позволить. Одно устройство по определению надёжнее и стабильнее нескольких, к тому же до сих пор встречается программная несовместимость некоторых игр с многокарточными системами.

Но если на системной плате есть как минимум пара слотов PCI Express x16, то вы всегда сможете добавить ещё одну видеокарту. В случае с NVIDIA - такую же, а в случае с CrossFire - возможно, значительно более мощную.