Технология повышения производительности видео-подсистемы SLI

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Автотракторный»

Кафедра «ДВС и электронные системы автомобилей»

Реферат на тему «Технология повышения производительности видео-подсистемы SLI»

по дисциплине «Информатика и программирование»

Выполнил

студент группы П-110:

Гриднев Я.А./

Проверил

ст. преп. ИНИТ

Сорокина С.В./

Челябинск, 2017г

АННОТАЦИЯ

Гриднев Я.А., Исследование поведения объекта, Южно-Уральский государственный университет, П-110, 20 с., ил., таб., список литературы - наименований, прил.

Цель реферата - формирование у студентов навыков в самостоятельном поиске информации в сети Интернет.

Задачи реферата - получить и обобщить знания о новых типах энергонезависимой памяти, сравнить с другими типами энергонезависимой памяти.

В реферате рассмотрена одна из новых технологий видеопамяти, созданная для повышения видео производительности.

ВВЕДЕНИЕ

Технология NVIDIA SLI - это революционная платформа, позволяющая гибко изменять графическую производительность путем объединения нескольких графических решений NVIDIA в одной системе на базе SLI-сертифицированной материнской платы. Используя собственные программные алгоритмы и специальную логику масштабирования в каждом GPU, технология SLI предлагает двукратное увеличение производительности с 2-мя платами и 2.8-кратное с 3-мя в сравнении с одиночным графическим решением.

1. История создания технологии повышения производительности

Рисунок 1 Пример использования системы повышения видео производительности-SLI

В 1998 году компания 3dfx представила графический процессор Voodoo2, среди прочих нововведений которого была технология SLI (англ. Scan Line Interleave-- чередование строчек), которая предполагала совместную работу двух чипов Voodoo2 над формированием изображения. С технологией SLI могли работать даже карты различных производителей, а также карты с разным объёмом памяти. SLI-система позволяла работать с разрешением 1024Ч768, что в то время казалось невозможным. Недостатками SLI от 3dfx были высокая цена ($600) и большое тепловыделение, к тому же наблюдались проблемы чересстрочной синхронизации результирующего изображения. Однако вскоре видеокарты перешли с шины PCI на более современный AGP-порт. Так как на материнских платах этот порт был только один, то выпуск видеокарт с поддержкой SLI на время прекратился.

В 2000 году с выпуском нового чипа VSA-100 3dfx удалось реализовать SLI на AGP, но на этот раз в рамках одной платы, на которой размещались два или четыре таких чипа. Однако платы на базе SLI-системы обладали большим энергопотреблением и выходили из строя из-за проблем с электропитанием. На весь мир плат Voodoo5 6000 было продано около 200 штук, причём действительно рабочими из них оказались лишь 100.

В 2001 году NVIDIA покупает 3dfx за 110 млн долларов. С введением спецификации PCI-E становится вновь возможным использование нескольких графических карт для обработки изображения. В 2004 году, с выходом первых решений на базе новой шины PCI Express, NVIDIA объявляет о поддержке в своих продуктах технологии мультичиповой обработки данных SLI, которая расшифровывается уже по-другому -- Scalable Link Interface (масштабируемый интерфейс).

Дальнейшим развитием технологии стал выход в 2006 году

технологии Quad SLI позволяющей объединить пару двухчиповых видеокарт (тогда для GeForce 7900GX2). А в конце 2007 года введена в эксплуатацию технология 3-Way SLI, позволяющая объединять в связке 3 видеокарты Nvidia.

Недостатки SLI-технологии от 3dfx:

Требовалась аппаратная поддержка данной технологии всеми (многими) чипсетами

Отсутствовала поддержка интерфейса AGP.

На синхронизацию выводимых разными чипсетами строк одного кадра требовалось дополнительное время.

В режиме SLI чипсеты рассчитывали только текущий кадр и не могли работать на опережение, рассчитывая следующий кадр.

Существовала возможность несогласованной работы DAC, т.к. не была

предусмотрена их калибровка.

2. Технология pgc

Лавры 3dfx, предоставившей пользователям возможность подобной модернизации видеоподсистемы, не давали покоя конкурентами. Первой публичной попыткой сделать нечто в том же духе предприняла компания Metabyte (в лице подразделения Wicked 3D), создав технологию PGC (Parallel Graphics Configuration). Вкратце суть технологии PGC в том, что в системе устанавливались две разные или одинаковые видеокарты, каждая из которых формировала и отображала лишь часть конечного изображения, точнее, первая карта формировала верхнюю половину кадра, а вторая - нижнюю. В результате появлялась возможность установить в пару к вашему AGP-видеоакселератору еще и PCI-ускоритель и получить прирост производительности.

Недостатки PGC

Так как использовались карты с разными интерфейсами (AGP и PCI), возникала разбалансировка их совместной работы из-за различной пропускной способности шин. Например, если использовалась пара из PCI и AGP, то нагрузка скорее всего не распределялась равномерно 50 на 50, в итоге AGP-карта постоянно ждала момента, когда PCI-карта закончит работу по выводу своей половины кадра на мониторе. Конечно, можно было использовать две PCI-карты, но тут же возникали другие проблемы. Для того чтобы полностью реализовать возможности современных графических акселераторов, необходимо было ориентироваться исключительно на AGP-интерфейс. Однако разъем AGP на материнской плате был в единственном экземпляре. Сегодня карты с PCI-интерфейсом и не встретишь, спрос на них среди продвинутых пользователей и в те времена был низким, а ведь именно эта группа пользователей готова тратить деньги на самые производительные решения. В результате связка AGP-карта + PCI-карта не стала самым распространенным решением PG.

Технология PGC при всей своей внешней привлекательности так и не попала на рынок, несмотря на то что некоторые компании лицензировали ее.

3. технология maxx

Компания ATI пошла своим путем, двигаясь одновременно по двум направлениям. Что касается первого метода повышения производительности видеокарт, то тут все просто и понятно, это выпуск новых графических чипов. В качестве альтернативного решения была предложена технология с кодовым именем Aurora, которая впоследствии получила имя MAXX (Multiple ASIC Technology). ASIC расшифровывается как Application Specific Integrated Circuit, или микросхема специального назначения. Что же собой представляла технология MAXX???Прежде всего, технология MAXX была только программным решением, которое позволяло задействовать два графических процессора для выполнения общей работы. Фактически воплощалась в жизнь идея параллельной обработки данных. Каждый из графических процессоров полностью формировал один кадр, а затем готовые кадры поочередно выводились на экран монитора. Технология MAXX была способна поддерживать одновременную работу более чем двух графических процессоров. Решение, которое позволяло двум графическим чипам, установленным на одной карте, поочередно выводить на экран готовые кадры изображения, называлось Alternate Frame Rendering (AFR).??В качестве примера выберем видеокарту, в которой впервые была реализована эта технология, - ATI Rage Fury MAXX. По сути, карта Rage Fury MAXX представляла собой две платы Rage Fury Pro, размещенные на одной карте: два чипа Rage 128 Pro, 64 Мб локальной видеопамяти и стандартный VGA-выход. Карта имела AGP x2/x4 форм-фактор.??64 Мб локальной видеопамяти типа SDRAM представляли собой два кадровых буфера по 32 Мб для каждого из двух чипов Rage128 Pro. Локальная видеопамять использовалась не только для кадрового буфера: часть локальной видеопамяти занималась кадровым буфером (с двойной или тройной буферизацией), а основная часть локальной видеопамяти использовалась для хранения текстур.

4. Структура и механизм работы памяти на фазовых переходах

Запоминание, хранение и считывание информации в РСМ основано на изменении электрического сопротивления малого объема халькогенидного сплава при обратимом фазовом переходе. Для изготовления памяти на фазовых переходах используется халькогенидное стекло на основе сплава антимонида и теллурида германия Ge-Sb-Te (GST). Поддержание любой из фаз (аморфной или кристаллической) не требует электрической мощности, поэтому память является энергонезависимой. Переключение между фазами в разных вариантах происходит при нагреве электрическим током.

Технология PCM базируется на хорошо отработанной промышленной технологии массового производства оптических перезаписываемых дисков различного назначения (CD RW, DVD-RAM и DVD+RW), но чтение информации осуществляется благодаря изменению электрического сопротивления, а не оптических свойств.

Активный материал элемента памяти РСМ, находящийся в аморфной фазе, имеет высокое сопротивление. В поликристаллической фазе, напротив, -- низкое сопротивление. Изменение фазового состояния материала вызывается за счет локального нагрева, возникающего при прохождении тока. Резистивный нагревающий элемент контактирует со слоем халькогенидного материала, и ток, протекающий через нагревающий элемент, вызывает изменение фазы.

Вычисление порогового напряжения

Формула 1 Формула порогового сопротивления

, (1)

E-ЭДС, В

R1-сопротивление первое, Ом

Rб-сопротивление б, Ом

новая sli-технология: amd против intel

В 2004 году появилось множество усовершенствований в архитектуре графических процессоров, таких как шина PCI-Express, новая SLI-технология и быстрая видеопамять GDDR-3.

Слухи о появлении новой технологии SLI возникли уже в первой половине 2004 года. На тот момент компьютерное сообщество отнеслось к перспективе объединения производительности двух видеокарт весьма и весьма скептически. Однако утечки информации продолжались, интерес пользователей постоянно подогревался, и на момент выхода SLI в свет многие уже представляли в общих чертах принцип работы этой технологии. Его можно сформулировать в двух словах: SLI позволяет объединить вычислительные ресурсы двух видеокарт и тем самым повысить производительность системы в 3D-приложениях.

Технология SLI (ScanLine Interleaving) предусматривает параллельное использование двух видеокарт с целью повышения производительности видеосистемы. (Вспомните разработку 3dfx образца 1998 года.) Для согласования данных и синхронизации видеокарты соединяются специальной платой-перемычкой, надеваемой на специальные 26-контактные разъемы в верхней части плат. Разработчик технологии, компания nVidia, предполагал реализовать ее в видеопроцессорах GeForce 6800 и GeForce 6600.

Для поддержки технологии SLI был выпущен чипсет - nForce4 SLI, предназначенный для материнских плат под процессоры AMD Athlon 64. Многие производители, недовольные высокой ценой этого чипсета, смогли реализовать поддержку SLI на чипсете nForce4 Ultra (больше всего в этой области отличилась DFI).

Однако маркетинговый отдел nVidia быстро пресек эти инициативы. Впрочем, nVidia понять можно: очень долгое время она плелась в хвосте ATI, пытаясь из откровенно слабых чипов выжать максимум производительности путем "заточек" под конкретные игры. Естественно, доля рынка nVidia падала, и многие обозреватели предрекали ей еще большее падение. Однако совершенно неожиданно ситуация в корне поменялась: последнее поколение чипов nVidia демонстрирует очень высокую производительность, сравнимую с конкурентами. Если две high-end видеокарты (например, GeForce 6800 Ultra) объединить по технологии SLI, то подобная система не будет иметь себе равных! И, естественно, nVidia пытается получить максимальный экономический эффект от продаж SLI-чипсетов.

Другой немаловажный успех пришел к nVidia на рынке middle-end, причем как в PCI-Express, так в AGP-секторе. Речь идет о видеокартах на чипе GeForce 6600 GT, которые имеют наилучшее соотношение "цена/производительность". Особо показателен рынок AGP-видеокарт. У многих сложилось такое впечатление, что компания ATI полностью махнула рукой на этот сектор и сосредоточилась исключительно на PCI-Express-продуктах. Оно и понятно - компания Intel, как "локомотив индустрии", пророчила картам PCI-Express светлое будущие. Однако конечные пользователи проявили скептицизм и по-прежнему продолжали покупать AGP-видеокарты. При этом в розничных магазинах уже исчезли различные видеокарты Radeon 9800(Pro\XT), а редкие карты X800 Pro хоть и побыстрее GeForce 6600 GT, но, к сожалению, заметно дороже.

nVidia если и не вырвалась вперед, то уж точно сравнялась с ATI по привлекательности своих продуктов. И хотя технология SLI - это один из главных козырей nVidia, но, вероятно, это в большей степени маркетинговая технология, не дающая большинству пользователей реальных преимуществ. Самая главная проблема SLI - это конкретная оптимизация драйвера под то или иное игровое приложение. То есть, если драйвер знает игру, то прирост производительности может достигать 50% (и выше). В противном случае, прирост скорости будет менее 50%, третий вариант - прироста не будет вообще. Кроме того, установка двух "бюджетных" видеокарт (класса GeForce 6600 GT) дает довольно высокую производительность, но не обгоняет по скорости одиночную видеокарту более высокого класса (типа GeForce 6800 GT), а стоимость двух 6600 GT больше, нежели одной 6800GT.

графический изображение sli

5. алгоритмы построения изображений

Рисунок 2 Метод Scissor (ATI), Split Rendering(nVidia)

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

Рисунок 3 Технология Alternate Frame Rendering

Обработка кадров происходит поочерёдно: 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(но по такой логике простой и сложный кадр будет давать "фриз" и на одиночной видеокарте).

SLI AA

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, 14x, 16x и 32x.

6. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Новое поколение материнских плат и видеокарт с поддержкой SLI предоставляют пользователям намного больше функций, чем обычное ускорение трехмерной графики.

Hybrid SLI предусматривает более рациональное использование режима совместного использования графического ядра, встроенного в чипсет, и дискретной видеокарты.

Технология состоит из двух частей: GeForce Boost и HybridPower.

Первая будет задействована в приложениях, интенсивно работающих с 3D-графикой. С GeForce Boost часть расчетов трёхмерной сцены возьмет на себя ускоритель, интегрированный в набор системной логики, что даст заметную прибавку в производительности тем системам, где установлен не самый быстрый дискретный адаптер, например GeForce 8500 GT или GeForce 8400 GS.

Рисунок 4 Сравнение гибридной SLI и дискретной видеокарты

HybridPower же, напротив, позволит использовать встроенную графику, отключая внешний ускоритель, когда пользователь работает в интернет, офисных приложениях или смотрит видео. Наибольшую выгоду, по словам NVIDIA, от данной технологии получат владельцы ноутбуков с выделенной видеокартой, время автономной работы которых заметно возрастет. В настоящее время Hybrid SLI поддерживается: настольными GPU GeForce 8500 GT и GeForce 8400 GS для организации GeForce Boost; производительными GeForce GTX 280, GeForce 9800 GX2, GeForce GTX 260, GeForce 9800 GTX+, GeForce 9800 GTX и GeForce 9800 GT в режиме HybridPower; а также системными платами для процессоров AMD на nForce 780a, nForce 750a, nForce 730a (только функция GeForce Boost) со встроенным графическим ускорителем GeForce 8200.

Экономия электроэнергии может достигать впечатляющих значений.Очень полезная функция и для оверклокеров, так как она кроме экономии электроэнергии позволяет основной видеокарте «отдохнуть» в момент простоя и продлить ее срок службы, особенно если используется экстремальный разгон.

Еще одной полезной дополнительной особенностью SLI-связки является возможность использования до 4-х мониторов одновременно.

В случае с видеокартой XpertVision GeForce 8800 GS 768MB Sonic получаем эффективную работу режима SLI почти во всех играх, чего не скажешь о синтетических тестах. Прирост быстродействия был заметен везде и в среднем составляет от 20 до 60%. В тяжелых играх типа Crysis или Company of Heroes с высокими настройками графики прирост быстродействия составил вплоть до 90-100%.  Более мощная видеокарта GIGABYTE GeForce 8800 GT 512Mb также показала отличные результаты по масштабированию производительности в режиме SLI. Почти во всех наших тестах технология проявила себя с лучшей стороны. Опять нечувствительны к ней оказались синтетические тесты, которые во многом ограничивал используемый процессор.

Таблица 1 Сравнение видеокарт с разными разрешения дисплея

Но нас это никак не огорчает, ведь пользователю надо комфортно играть в игры, а не смотреть на «попугаи» в 3DMark.

Прирост производительности в этом случае составил в среднем 20-60%, однако, в отличие от предыдущей видеокарты, он так и оставался на отметке 60% - отсутствовали резкие скачки производительности при переходе в очень тяжелые графические режимы.

Рассмотрим тест еще более мощной видеокарты ASUS EN8800GTS/HTDP/512M/A. Ситуация, аналогичная предыдущей. Средний прирост составляет 20-60% и отсутствие всплесков.

А вот видеокарта NVIDIA GeForce9800 GX2, внутри которой собрана SLI-система, показала прирост производительности всего до 30% по сравнению со своим одночиповым аналогом.

7. адаптивная вертикальная синхронизация

Это -- ещё одна программная технология, поддержка которой появилась в новейших драйверах компании NVIDIA. Пусть она и не относится напрямую к GeForce GTX 680, но совершенно точно направлена на улучшение комфортности при игре на видеокартах компании. Напомним, что вертикальная синхронизация (VSync) придумана и используется для того, чтобы минимизировать артефакты изображения в виде разрывов кадра (tearing), заметные тогда, когда FPS в игре вырастает выше частоты обновления монитора. Такие артефакты видны и в случае, когда FPS ниже, но заметнее они именно при очень высоком FPS. На следующем графике указан момент, когда возникают разрывы изображения. Естественно, такие вещи раздражают пользователя -- казалось бы, частота кадров у системы высокая, а плавности нет. Поэтому была придумана вертикальная синхронизация, ограничивающая FPS сверху, привязывая её к частоте обновления монитора. Но при включении этой синхронизации появляется другая известная проблема -- рывки или скачки в частоте кадров (stutter). Они случаются, когда частота кадров падает ниже 60 FPS, вызывая резкое двукратное падение частоты кадров до 30 Гц и ниже (20 Гц, 15 Гц) в случае включенной синхронизации. Естественно, это также не улучшает восприятия видеоряда в играх. Чтобы решить обе эти проблемы и приблизиться к идеальной плавности в частоте кадров, инженеры NVIDIA сделали в драйверах то, что давно делается на игровых консолях -- изменили работу алгоритма вертикальной синхронизации так, чтобы избавиться от разрывов кадра и одновременно минимизировать скачки FPS. Разработанную технологию назвали адаптивной вертикальной синхронизацией (Adaptive VSync), она динамически включает и выключает VSync так, чтобы приблизиться к идеальной плавности и постоянной частоте смены кадров. Проще всего это продемонстрировать на графиках -- лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать. При частоте кадров выше 60 FPS в случае адаптивной синхронизации будет работать обычный VSync, но когда FPS падает ниже отметки 60 (или другого значения частоты обновления экрана), то адаптивная вертикальная синхронизация временно отключает VSync, позволяя частоте кадров достигнуть своего обычного значения, не «придушенного» синхронизацией до половины частоты обновления. А уже после того, как FPS возвращается к отметке выше 60, VSync снова автоматически включается, чтобы не появились разрывы в изображении.

Таким образом, эта технология значительно увеличивает плавность вывода движущейся картинки на экран, приближая её к плавности консольных игр. Начиная с версии 300, в видеодрайверах NVIDIA появилась поддержка этой технологии. Она включается из панели настроек драйвера, причём можно включить синхронизацию и на половинной частоте обновления экрана, что также может быть полезно в случаях, когда производительность в игре скорее ближе к 30 FPS, чем к 60 FPS (ведь обычный VSync в таких случаях просто не будет работать).

К слову, у NVIDIA есть и ещё одна программная возможность -- ограничение количества FPS сверху так, чтобы частота GPU динамически снижалась в случае избытка производительности. Например, вы играете в старую игру, в которой с лёгкостью получаете 200-300 FPS. Зачем вам столько, если их всё равно не видно? И зачем гонять видеочип на частоте в 1 ГГц, если игре более чем достаточно и половины от этого значения?

К сожалению, эта возможность (пока?) недоступна из драйверов, но есть в NVAPI. И при помощи утилиты EVGA Precision 3.0 (а в дальнейшем эта настройка появится и в панели управления видеодрайвера) в играх, использующих DirectX или OpenGL, вы можете ограничить потолок FPS, к примеру, на уровне 60 кадров в секунду и получить при этом идеальную плавность и достаточно высокую производительность, да ещё и сниженную частоту GPU и меньшее напряжение, а значит и потребление энергии. Все они будут ровно такими, которые потребуются для достижения 60 FPS в игре.

Возможно, эти программные технологии не так эффектны, как некоторые аппаратные усовершенствования, появившиеся в Kepler, но нам кажется, что вместе с Adaptive VSync это очень интересные программные возможности, значительно улучшающие комфортность игры и энергоэффективность системы. И для некоторых пользователей эти технологии могут оказаться даже более важными, чем некоторые из аппаратных изменений. Как и её более производительная сестра, новая модель GeForce GTX 670 поддерживает все технологии компании NVIDIA, в том числе Adaptive VSync, PhysX и 3D Vision Surround. И это не пустые слова, ведь скорости мощного чипа GK104 должно хватать даже для тяжёлых приложений с включением физических эффектов и стереорендеринга, кроме тех условий, когда рекомендуется применение выделенного GPU для PhysX-эффектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Характеристики видеопамяти, с системой повышения производительности-SLI , показали нам, что данный тип видеопамяти является уникальным типом повышения производительности видеокарт.

Получили и обобщили знания о новых типах повышения видео производительности, сравнили с другими типами видеопамяти.

В реферате рассмотрели одну из новых технологий видеопамяти, созданную в попытке повысить в разы производительность, рассмотрели его преимущества и минусы по сравнению с другими версиями повышения производительности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. http://www.sembook.ru/book/poiskovye_sistemy/istoriya-sozdaniya-razvitiya-poiskovikov/

2. https://www.seorate.ru/rate/sep/

3. http://comprice.ru/articles/detail.php?ID=40180

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/NVIDIA_SLI

5. http://ru.gecid.com/video/nvidia_sli__teoriya_i_praktika_ispolczovaniya_tehnologii/?s=all

Размещено на Allbest.ru