Технологии построения изображений на системах из нескольких карт или дисплеев у двух ведущих производителей графических чипов

CRAIG_DT

Hatul mad'an

22.04.2011

Оглавление

 

  1. Предисловие
  2. NVIDIA SLI и ATI CrossFireX
       • NVIDIA SLI
       • ATI CrossFireX
       • Алгоритмы построения изображений SLI/CrossFireX
  3. ATI Eyefinity и NVIDIA Surround/3D Vision Surround
       • ATI Eyefinity
       • NVIDIA Surround/3D Vision Surround
  4. Выводы

 

Предисловие

 

Многие не раз задавались вопросом: а с чего же это всё началось и какие есть "главные" фишки у гигантов? В нашей статье мы попытаемся немного разобраться в этом.

Начнём с такого неплохого человека как Уóлтер Джéреми Сáндерс III. И вот почему. Опуская более ранний возраст бизнесмена, начнём своё повествование с его работы на Fairchild Semiconductor (Fairchild Semiconductor International, Inc., американская компания, которая в 1959 году впервые в мире создала интегральную схему, пригодную для массового производства). В 1969 году группа инженеров Fairchild решила создать собственную компанию. Они попросили Сандерса присоединиться к ним, тот ответил, что присоединится, если займёт место президента. Сандерс оставался непревзойдённым продавцом компании, всегда хотел заработать больше денег, но понял, что ключом к богатству для него и сотрудников является AMD. При накоплении богатства он проявлял щедрость к сотрудникам. В конце первого $1-миллионного квартала компании Сандерс стоял у двери и передавал 100-долларовую банкноту каждому выходящему сотруднику.

 

Логотоп AMD

 

Компания начала свою деятельность как производитель логических интегральных микросхем. Первым микропроцессором стал AM2900 — клон 8080, выпущенный по лицензии Intel. В 1975 году AMD выпускает первую микросхему памяти AM1902.

 

Логотоп ATI

 

ATI Technologies — канадская компания, разработчик и поставщик графических процессоров и чипсетов материнских плат, действовавшая с 1985 по 2006 год как самостоятельная компания, являющаяся одной из крупнейших в своей отрасли.

Radeon — семейство графических процессоров компании ATI и, впоследствии, AMD Graphics Product Group. Появилось в 2000 году, заменив серию Rage (в 2000 году впервые видеокарты стали продаваться под новым брендом Radeon; бренд Rage оказался слишком скомпрометированным).

В 2006 году компания ATI была приобретена корпорацией AMD и перешла в ее состав как графическое подразделение AMD Graphics Products Group; продукция ATI продолжала выпускаться под прежним брендом. C конца 2010 года вся продукция выпускаеся под маркой AMD.

 

Логотоп NVIDIA

 

NVIDIA Corporation (NASDAQ: NVDA) — американская компания, один из крупнейших разработчиков графических ускорителей и процессоров для них, а также наборов системной логики. На рынке продукция компании известна под такими торговыми марками как GeForce, nForce, Quadro, Tesla, Ion и Tegra. NVIDIA не имеет собственного производства и размещает заказы на мощностях других компаний. В роли постоянного партнера для производства своих чипов NVIDIA использует компанию TSMC. NVIDIA сама не производит GPU, как и сами графические адаптеры, их производят компании-партнеры. NVIDIA только разрабатывает эталонный дизайн. Однако производители видеоадаптеров не обязаны строго следовать спецификации. Исключение составляет серия профессиональных графических карт Quadro, которая должна полностью соответствовать спецификации NVIDIA.

 

NVIDIA SLI и ATI CrossFireX

 

NVIDIA SLI

 

Логотоп NVIDIA SLI

 

NVIDIA SLI — технология, позволяющая использовать мощности нескольких видеокарт для обработки трёхмерного изображения. В конце 2007 года введена в эксплуатацию технология 3-Way SLI, позволяющая объединять в связке 3 видеокарты NVIDIA.

Со времен 3Dfx и их SLI-технологии (Scan Line Interleave — чередование строчек) утекло немало времени. NVIDIA унаследовала наработки некогда известной компании и позаимствовала буквы для своей версии SLI. Теперь эти буквы расшифровываются как Scalable Link Interface — масштабируемый интерфейс. Что нужно для построения подобной системы? Понадобятся две карты серии GeForce 6/7/8/9, GT200/300/400/500 с шиной PCI Express x16, мост, объединяющий их, и системная плата с двумя PCIe x16. Технология SLI появилась задолго до выхода CrossFire. У NVIDIA было много времени отшлифовать драйвера.

 

Принципы построения и работы

Для построения компьютера на основе SLI необходимо иметь:

  1. материнскую плату с двумя и более разъёмами PCI Express, поддерживающую технологию SLI (при скорости PCI-E x8 производительность упадёт не слишком заметно, 5-7 %, в отличие от слота x16);
  2. качественный блок питания, мощностью минимум 550 Ватт (рекомендуются блоки SLI-Ready);
  3. видеокарты GeForce 6/7/8/9, GT200/300/400/500 или Quadro FX с шиной PCI Express;
  4. мост, объединяющий видеокарты.

Поддержка чипсетов для работы со SLI осуществляется программно. Видеокарты должны принадлежать к одному классу, при этом версия BIOS плат и их производитель значения не имеют.

SLI-систему можно организовать двумя способами:

  1. c помощью специального мостика SLI;
  2. программным путём.

В последнем случае нагрузка на шину PCIe возрастает, что плохо сказывается на производительности.

Получила распространение система Quad SLI. Она предполагает объединение в SLI-систему двух двухчиповых плат (GeForce 7950 GX2, GeForce 9800 GX2, GeForce GTX 295 или GTX 590) или четырёх одночиповых (в данном случае она именуется 4-Way SLI). Таким образом, получается, что в построении изображения работают 4 чипа. Примечание: Quad SLI пока корректно работает только в операционной системе Windows Vista и 7, в Windows XP её нельзя использовать из-за ограничения в ОС.

 

Используемая память

Многие производители «двойных» видеокарт предпочитают писать суммарный объём локальной памяти, например (EVGA или Palit). На самом же деле такие видеоадаптеры, фактически являясь SLI-картами, могут использовать только собственную установленную на PCB память. То есть в построении изображении, например, видеокарта GeForce GTX 590 сможет использовать только 1536 МБ памяти. Каждый её чип имеет в своём распоряжении только половину от заявленной производителем.

 

Процессорозависимость

Связка из видеокарт SLI изначально является довольно производительным решением, например из пары GeForce GTX 560. Но тут возникает проблема процессорозависимости, так как многие современные игры очень интенсивно используют ЦП, также, как и сам SLI. Поэтому, чтобы связка SLI полностью раскрыла свой потенциал, необходим соответствующий мощный процессор с высокой тактовой частотой; в противном случае прироста от использования SLI будет намного меньше ожидаемого. Оптимально (на 2011 год), в большинстве игр, на систему SLI из двух GeForce GTX 560 необходим процессор порядка Intel Core i7 950, в идеале, хотя бы немного разогнанный. Меньшая частота процессора влечёт падение FPS (Frames Per Second — кадров в секунду), а более высокая частота процессора (порядка 4.5-5 ГГц) FPS уже не прибавляет.

 

3-Way SLI

3 видеокарты NVIDIA, соединённые по технологии SLI

 

 

ATI CrossFireX

 

Логотоп ATI CrossFireX

 

ATI CrossFireX — технология, позволяющая одновременно использовать мощности двух и более видеокарт Radeon для построения трёхмерного изображения. В настоящее время система уже использует специальные гибкие мостики (наподобие SLI, но имеющие свой собственный алгоритм и логику и официально называется CrossFireX.

 

Принципы построения

Для построения на компьютере CrossFireX-системы, необходимо иметь:

  1. материнскую плату с двумя и более разъёмами PCI Express x16 с чипсетом AMD или Intel определённой модели, поддерживающей CrossFireX;
  2. мощный блок питания;
  3. видеокарты с поддержкой CrossFireX;
  4. Специальный гибкий мостик CrossFireX для соединения видеокарт.

Видеокарты должны быть одной серии, но необязательно одной модели. При этом быстродействие и частота CrossFire-системы определяется характеристиками чипа наименее производительной видеокарты.

Есть три пути организации CrossFire:

  1. видеокарты соединяются посредством специального кабеля — внешнее соединение (таким образом соединялись карты серий X800/X850, X1800, X1900/X1950 (R580), причем одна из них должна быть мастер-картой (CrossFire Edition), а вторая обычной.);
  2. видеокарты соединяются при помощи гибких мостиков — внутреннее соединение;
  3. видеокарты не соединяются вообще, обмен данными идет по шине PCI Express x16, а CrossFire реализуется при помощи драйверов — программный метод.

 

HD 5770 CrossFire

2 видеокарты ATI Radeon HD 5870, соединенные по технологии ATI CrossFireX

 

Стоит заметить, что комбинации некоторых видеокарт могут оказаться гораздо более эффективными, производительными и выгодными финансово, чем одна более мощная и, соответственно, значительно более дорогая карта. Но, как и в случае с NVIDIA SLI, прирост производительности от использования двух видеокарт в системе будет наблюдаться только в приложениях, умеющих использовать 2 и более GPU. В старых играх (да и в некоторых нехорошо оптимизированных новых), не умеющих работать с Multi-GPU системами (или просто некорректно работающих с ними), общая производительность графической составляющей останется прежней, или может вообще даже снизиться; так что для любителей старых, но прожорливых игр, самым верным решением будет покупка одной очень мощной видеокарты, чем покупка второй такой же и последующее объединение в CrossFireX-систему.

 

 

Алгоритмы построения изображений SLI/CrossFireX

 

SuperTiling

SuperTiling

Схема алгоритма SuperTiling (поддерживается только ATI)

 

Картинка разбивается на квадраты 32x32 пикселя и принимает вид шахматной доски. Каждый квадрат обрабатывается одной видеокартой.

 

Split Frame Rendering/Scissor

Split Frame Rendering/Scissor

Схема алгоритма Split Frame Rendering/Scissor

 

Изображение разбивается на несколько частей, количество которых соответствует количеству видеокарт в связке. Каждая часть изображения обрабатывается одной видеокартой полностью, включая геометрическую и пиксельную составляющие.

 

Alternate Frame Rendering

Alternate Frame Rendering

Схема алгоритма Alternate Frame Rendering (этот алгоритм, запатентованый ATI ещё во время выпуска двухчиповой видеокарты, используется также в NVIDIA SLI)

 

Обработка кадров происходит поочередно: одна видеокарта обрабатывает только чётные кадры, а вторая — только нечётные. Однако, у этого алгоритма есть недостаток. Дело в том, что один кадр может быть простым, а другой сложным для обработки. Это основной режим используемый и в SLI и в CrossFire, так как он лишён основных недостатков, имеющих место в алгоритмах SuperTiling и Alternate Frame Rendering (например, каждая видеокарта вынуждена проводить предвыборку текстур не только для своего кадра, но и для соседних, что съедает немалую часть пропускной способности памяти, а в случае с SFR, к тому же, очень велика вероятность, что на верхнюю часть кадра попадёт, например, небо, а на нижнюю – джунгли, города, герои и т.д. и одной карте придётся очень нелегко, а другая будет практически простаивать), и позволяет получить практически двукратный прирост производительности в играх.

 

SLI AA/SuperAA

SLI AA/SuperAA

SLI AA/SuperAA

 

Данный алгоритм нацелен на повышение качества изображения. Одна и та же картинка генерируется на всех видеокартах с разными шаблонами сглаживания. Видеокарта производит сглаживание кадра с некоторым шагом относительно изображения другой видеокарты. Затем полученные изображения смешиваются и выводятся. Таким образом достигается максимальные чёткость и детализованность изображения. Доступны следующие режимы сглаживания: 8x, 10x, 12x и 14x.

А теперь давайте рассмотрим ещё 2 весьма интересных технологии.

 

ATI Eyefinity и NVIDIA Surround/3D Vision Surround

 

ATI Eyefinity

 

Логотип ATI Eyefinity

 

ATI Eyefinity — технология, разработанная американской компанией AMD, которая обеспечивает одновременное использование нескольких подключенных к одной видеокарте мониторов.

При использовании одной карты с ATI Eyefinity можно получить разрешение, в 12 превышающее стандарт высокой четкости 1080p и вплотную приближающееся к границе возможностей человеческого глаза. Для справки: разрешение Full HD 1920x1080 пикселей примерно равно 2,1 Мп, одна карта ATI Radeon с ATI Eyefinity поддерживает шесть мониторов разрешением 2560x1600 пикселей, что примерно равно 24,6 Мп.

Другими словами, технология ATI Eyefinity позволяет формировать настолько детальные изображения, что глаз воспринимает их почти как реальность. В один ПК можно установить такое количество карт с ATI Eyefinity, что теоретический предел суммарного разрешения будет равен 268 Мп. Это примерно соответствует количеству элементов, различаемых глазом в секторе 90°. Для сравнения — типичный 19-дюймовый монитор показывает немногим более 1 Мп. Но и тут есть некоторые оговорки, так как группу Eyefinity возможно создать только на мониторах, подключенных к одной видеокарте, и ограничения на разрешение для одной группы Eyefinity составляет 8192x8192 ~66,6 Мп (в случае с HD 6xxx при использовании технологии DisplayPort 1.2 16384х16384), однако объединить несколько групп Eyefinity возможно при помощи стороннего софта, например, утилиты Ultramon.

 

Eyefinity

сравнение картинок с 1, 3 и 6 дисплеями

 

Данная технология была анонсирована компанией AMD 10 сентября 2009 года, тогда же были анонсированы и спецификации разных серий GPU линейки Radeon HD 5ххх. 31 марта 2010 года состоялся официальный выпуск в продажу видеокарты ATI Radeon HD 5870 Eyefinity 6 Edition, которая поддерживает подключение до 6 дисплеев включительно. Особенностью данной видеокарты является наличие 2-х ГБ графической памяти, а не 1 ГБ, как в стандартной модели.

Все GPU линейки 5000 поддерживают Eyefinity. Однако производители видеокарт сами решают, как будут реализовывать поддержку Eyefinity на той или иной модели. Они не желают рисковать своим имиджем — чтобы покупатели видеокарт линейки 5400 попытались растянуть, например, Dead Space по трём экранам с максимальными настройками и удивились, что играть совершенно невозможно. Всё же возможность подключения нескольких дисплеев — это одно, но увеличение нагрузки на конвейеры рендеринга — это совсем другое. И производителям нужно удачно соотносить возможности вывода на дисплеи и количество GPU в системе.

 

Особенности подключения

Для подключения 3 мониторов к видеокарте HD 5870 возможны только следующие конфигурации подключения:

  • DVI-DVI-DP
  • DVI-DVI-DVI (используя переходник DP to DVI Adapter)
  • DVI-HDMI-DP
  • DVI-VGA-DP (используя переходник DVI to VGA Adapter)
  • VGA-VGA-VGA (используя переходники DVI to VGA Adapter, DVI to VGA Adapter, DP to VGA Adapter)
  • DVI-VGA-HDMI (используя переходник Active DP to VGA Adapter)

 

Особенности конфигурации системы с несколькоми мониторами

Самая простая конфигурация — это конфигурация с 2 дисплеями. Что интересно: мониторы можно установить в конфигурации альбомная 2x1, портретная 2x1 или альбомная 1x2, но не в портретной 1х2, что было бы действительно глупо.

Для 4 мониторов есть 2 режима: 2х2 и 4х1, обе ориентции альбомные. Для 3 мониторов 3х1 как портретной, так и альбомной ориентации, для 6 же поддерживается только альбомная 3х2. Настраивается всё это с помощью ССС (Catalyst Control Center).

Многих смутит в данных конфигурациях наличие рамок у дисплеев. Однако, если рассмотреть этот вопрос глубже — не такая уж это и проблема. Ведь мы смотрим из домов/машин через окна, в которых есть рамы/каркасы, и мы их практически не замечаем. К тому же, AMD объявила о совместной работе с производителями дисплеев, в частности с компанией Samsung. Они выпускают специальные версии мониторов с размером экрана 23" с поддержкой разрешения 1920x1080, интерфейсов DisplayPort, DVI и VGA, а также — очень тонкой рамкой вокруг экрана размером 7-8 мм, что не может не радовать. Конечно, рамки полностью не исчезнут, но при таких размерах в системе с 6 мониторами их не будет особо заметно. И ещё, для удобства пользователей Eyefinity есть функция компенсации лицевых панелей, которая обеспечивает более реалистичные ощущения во время воспроизведения видео или игры. Она предполагает регулировку количества пикселей, которые отделяют изображения на смежных дисплеях. После выполнения компенсации лицевых панелей рабочего стола изображение, попадающее в область лицевых панелей, будет скрываться (аналогично тому, как предметы могут скрываться рамами в окне), а не искажаться. Чтобы правильно настроить компенсацию лицевых панелей, все дисплеи должны быть совмещены между собой с учетом шаблона группы дисплеев. Во время выполнения компенсации лицевых панелей рабочий стол для текущей группы дисплеев гаснет, и становится доступна серия тестовых шаблонов. Вам будет предложено совместить тестовые шаблоны с помощью набора кнопок управления. Порядок настройки дисплеев автоматически определяется Catalyst Control Center.

Есть ещё одна сложность использования нескольких дисплеев, а именно их установка. Но и эта проблема уже решаема. Например, Samsung специально разработала стойку для конфигураций 3x1 и 3x2 для мониторов MD230. Однако, если у вас стойка от стороннего производителя, да ещё и мониторы не одной фирмы, сбор подобной системы подарит вам уйму незабываемых ощущений.

 

NVIDIA Surround/3D Vision Surround

 

Основные отличия данной системы от Eyefinity: требуется использование минимум двух видеокарт, управляемых и синхронизируемых с помощью программного обеспечения. Каждая видеокарта по-прежнему выводит картинку на два дисплея, что существует уже многие годы. То есть мы не получили улучшение аппаратной масштабируемости поверхности отображения. Реализация по-прежнему требует две видеокарты, а также материнскую плату с поддержкой SLI для их совместной работы. При этом подобная связка потребляет больше энергии по сравнению с решением на одной видеокарте.

К тому же, в случае с 3D Vision Surround, требуются сверхмощные системы, имеющие в себе, как минимум, пару карт уровня GTX 470 и выше (GTX 480, GTX 570, GTX 580) для обеспечения приемлемой производительности, так как при использовании данной технологии нагрузка на GPU возрастает вдвое, а также мониторы с поддержкой 120 Гц и специальные очки, что делает стоимость такой системы неподъёмной большинству современных любителей игр. Однако, стереоизображение на 3 дисплеях выглядит очень эффектно.

NVIDIA Surround поддерживает до 3 дисплеев разрешением 2560x1600 в обычном 2D или 1920x1080 для стереоизображения.

 

Выводы

 

ATI CrossFireX и NVIDIA SLI

Эффект от CrossFireX/SLI есть, но удвоение скорости везде и всегда ждать не стоит. Если нужна максимальная производительность любой ценой, то это вариант, в остальных случаях лучше купить топ-версию видеокарты от ATI или NVIDIA и получать наслаждение от игр до выхода нового поколения графических чипов.

К тому же сейчас всё активнее используются тандемы из нескольких карт для обсчета физических процессов в играх (в помощь центральному процессору). Здесь компании ATI и NVIDIA идут схожими путями. Одна из карт занимается обработкой физики, а другая — графики (игровые движки Havok & PhysX).

 

ATI Eyefinity и NVIDIA Surround/3D Vision Surround

Хотя ATI Eyefinity представлена на рынке уже почти 2 года, сильного распространения в геймерской среде, на которую она была нацелена, не получила. Аналогична ситуация и с NVIDIA 3D Vision Surround. В принципе, это и не удивительно. Ведь проведём небольшой подсчёт: для реализации NVIDIA 3D Vision Surround придётся купить три монитора 120 Гц, несколько пар очков, не меньше двух видеокарт GeForce GTX 4х0 или 5х0 (для приемлемой производительности 470/480/570/580), а также стойку, если делать всё правильно. То есть придётся потратить больше $2500 только на видеоподсистему, а ведь и остальная "начинка" компьютера стоит больших денег (она также должна быть мощной). Для Eyefinity, если мы хотим систему с 3 мониторами, ценник будет несколько ниже, ведь для этой системы не нужны несколько пар очков (аналгично с NVIDIA Surround), хватит одной карты 5ххх/6ххх (однако на максимальных настройках качества изображения врядли получится поиграть ввиду сверхвысокого разрешения), не нужны мониторы 120 Гц, но желательно покупать специальные с тонкой рамкой, которые стоят больше обычных. Для системы из 6 мониторов ценник практически удваивается. А какой процент любителей игр способен расстаться с такой суммой только на видеоподсистему? Поэтому мы все читаем подобные статьи, смотрим новости и вздыхаем в надежде на светлое будущее.....

 

 

 

При написании статьи были использовани материалы с ресурсов:

Википедия
Tom's Hardware Guide
iXBT

Также отдельно спасибо хотим сказать ув. AndreyPopov

 

 

Наверх


Обсудить в конференции

 

 

Верстка:
Дмитрий Люкшин (Tester)
На главную страницу

Главная | Справочник | FAQ | Статьи | Загрузки | Контакты | Конференция

Логотипы, торговые марки и прочие зарегистрированные знаки принадлежат их правообладателям.
Copyright © 2001 - 2017, Radeon.ru Team.
Перепечатка материалов запрещена.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100