非常1+1,GPU的混合游戏

虽然NVIDIA的SLI和ATI的CrOSSFire这两种GPU互联技术已经被玩家渐渐所接受。但是SLI和CrossFire并不完美，最让人诟病的就是它们的功耗和驱动问题。那么，有没有一种经济实惠的方案，可以兼顾功耗和性能呢?答案是明确的，NVIDIA的Hybrid SLI和ATI的CrossFire X可能改变这种现状。它们代表了混合式多GPU的发展趋势，但是它们到底是什么样的技术?是厂商用来赚取眼球的工具?还是能给用户带来实惠的创新?就让我们一起来了解混合式多GPU互联技术吧。

显卡功耗，恼人的浪费

“混合式多GPU互联”是什么呢?其实这种互联方式与之前的SLI或crOSSFire的最大区别是允许不同规格GPU互联来提高图形性能，例如让主板集成的图形核心与独立显卡核心合作。而到目前为止，混合式多GPU技术主要分为两大帮派――Hybrid SLI和CrossFire X。

其实Hybrid SLI和CrossFire X的出现并非偶然。由于GPU市场的激烈竞争，中高端产品性能在爆炸式提升的同时，功耗也在同步甚至更快地增长。例如2007年NVIDIA和ATI公司各自的顶级产品――GeForce 8800 Ultra和Radcon HD 2900XT，两者功耗就分别达到了180W和225W，几乎相当于几年前一台电脑整机的功耗。哪怕是平均功耗达到60W的中端显卡也已超过主流处理器成为电脑里功耗最大的部件。高功耗带来了许多问题，首当其冲的就是噪音，其次是巨大的能源浪费。一般来说，电脑硬件需要全速运行的时间并不多，而空闲的时候这些硬件会将大量的能量转化为无用的热量，这样不但不环保，也会导致用户在散热系统上的二次投资。

同样的问题在功率敏感的笔记本平台上更加明显。虽然芯片具有节电功能，但仅靠降低频率和电压并不能解决根本问题。最好的办法是在不需要强劲性能的时候关闭高性能配件，仅在需要的时候才开启。因此，混合式多GPU技术的出现可谓是众望所归。

创新：集成与独立的联盟

Hybrld SLI有节电模式和最大性能模式供选择(图1)。节电模式下，显卡将关闭独立图形核心而仅仅使用整合图形核心；而在最大性能模式下，系统将让整台图形核心协助独立图形核心工作，以达到提升性能的目的(最妙的是，这两种模式的转换非常简单，不再需要插拔显示器插头，因为现在的画面输出任务都交给主板了)。AMD当然不甘示弱，把最新的CrossFire x技术“武装”到了牙齿。―方面，CrossFire X在继承CrossFire功能的情况下增加了Trip CrossFire(3显卡交叉火力)和0uad CrossFire(4显卡交叉火力)功能(但是有几个玩家可以这样终级升级呢?图2)；另―方面，CmssFire X还提供了对CrossFireO～erdrive和Hybrid CrossFire技术的支持。请注意这其中的HybridCrossFire(图3)技术，它就是用来与Hybrid SLI竞争的秘密武器。

CrossFire Overdrive

CrossFire Overdrive属于显卡超频技术，能够动态调节显卡GPU的核心频率，提高显卡性能。

现在你可以发现Hybrid SLI与CrossFire x两者相似之处很多。大体来说，这两种混合式多GPU技术参与组合的都是整合图形核心和独立GPU，其工作模式可以简单分为“A”与“1分”两种。

1.所谓“会”就是独立GPU和整合图形核心都启动。两者共同进行渲染工作，而最终画面由集成显卡输出。

2.“分”则是独立GPU和整合图形核心单独挂接显示器工作，由集成显卡提供基本的显示输出。而独立显卡可以执行自己的3D加速任务，也可以彻底关闭。这样既可以在需要强大性能的时候发挥商性能硬件的能力，也可以在不需要运算能力的时候将其关闭，减少系统的电源消耗。但“分”模式遭遇的技术问题更多也更复杂。例如PCI-Ex16并不是即插即用的接口，这样的话，独立显卡的动态开启和关闭就需要硬件方面的高级电源控制功能，系统还需要判断当前的工作环境，同时驱动还要能够在工作过程中改变调用的硬件。所以这种模式在此就不一一介绍了。下面，我们看看“台”是如何实现的。

当两个GPU处于“台”模式下共同工作时，它们之间的数据沟通由芯片组提供的PCI-E x16总线完成，而不需要SLI桥接部分。看到这里，你也许会问，为什么最初的多GPU技术不直接使用现在的混合式多GPU技术模式呢?

这与当时的GPU架构有很大关系。架构不同带来了任务分配问题。在DirectX10之前，每一款GPU内部都有两个重要的运算单元(图4)――顶点渲染单元(Vertex Shader，简称VS)和像素渲染单元(Pixel Shader，简称PS)，有的产品设计了3个VS单元和8个PS单元，有的则有6个VS单元和8个PS单元。因此，不同的GPU面对复杂多变的计算任务时性能表现会有较大差距。特别是在多GPU协同工作任务里，任务分配是一个非常重要环节，必须将计算任务按照各个GPU的处理能力进行合理分派，否则就会带来效率的下降。而如果任务分配面对的是不同的GPU，高效的任务分配变得更是困难，也正是因为这个原因，混合式多GPU技术迟迟不能实现。

这就好比一个从事鞋子包装的企业。送进来的鞋子既有男式也有女式的，两者比例随时在变化。企业里原来的那台包装机工作量已经严重饱和，需要再添置一台。问题是包装机型号不同，针对各种鞋子的包装能力也不相同；有的包装男鞋更快，有的包装女鞋更快。于是采购主管必须考虑怎样购买包装机才能让包装能力提升最大化。

假如购买的型号和现在这台包装机不同，那么两者的包装能力就会产生差异，造成一条包装线上男鞋相对积压，另一条线上女鞋相对积压，反倒使效率下降。这就需要针对两台包装机的特点，把鞋子先进行一些分配。但送来的男女鞋子的比例又一直在改变，因此分配任务会变得相当困难，而且分配过程本身浪费掉的时间还可能抵消分配带来的效率提升。

多GPU技术面对的是同样的窘境。每帧画面包含的顶点运算量和像素运算量都不一样，如果组合的是两个运算能力不对等的显卡，那么就必须要对每一帧如何分解做出复杂的运算，这会消耗大量的处理器资源，可能造成性能的下降。

DirectX 10带来了变化。因为显示芯片引入了“统一计算单元”的概念，从前分开的VS、PS单元被融合到一个统一的计算单元里(图5)，显卡内部所有的可编程运算器都由这种单元组成。这样，不同型号显卡之间计算能力的差别变成了固定的比例。只要把画面简单地分割成对应比例 的部分，不论两者性能差距多大，都可以获得性能提升，于是混合多GPU技术才最终在整合DireetX 10图形核心平台上得以实现，配合软件和驱动，甚至还可以实现独立显卡渲染3D图像、集成显卡进行物理计算等更复杂的工作。

那么正常工作时联合渲染的性能表现如何呢?根据NVIDIA提供的数据，当集成显卡搭配诸如GeForce 8400等低端产品的时候，可以获得几乎一倍的性能提升(图6)。CrossFire X的情况差不多，AMD表示，在RS780芯片组+Radeon HD 2400平台上使用Hybrid CrossFire技术，可以使Radeon HD 2400的3DMARK06得分提高接近50％，其闲置时的功耗也仅有1.2W。“如果以整合图形核心性能基数为1.0x，而用上一片性能基数约为1.5x的低端独立显卡，Hybird CrossFireX技术将会给消费者带来约2.1x－2.2x的性能。”AMD这样说到。但随着独立GPU性能的提高，混合显卡的性能提升变得越来越小。这也不难理解，对高端独立显卡来说，它的运算能力已是集成显卡的几倍，自然不会有明显的性能提升。但值得注意的是，即使是与顶级独立显卡搭配，联合渲染依然还能有5％左右的提升，因此它的效率的确是比较高的。

混合式多GPU，提升整合主板销量的重要推手

现在，Hybrid SLI和Hybrid CrossFire技术都已经，NVIDIA会率先在其代号为MCP78的AMD DirectX 10级别整合芯片组中对其提供支持。而英特尔平台则在短期内不能享受到Hybrid SLI带来的好处，必须等待今年第二季度MCP7A芯片组的。与此同时，AMD也在大力推广CrossFireX技术，将在2008年第二季度推出首度全面支持CrossFire X技术的RS780系列芯片组，包括RS780和RS780D。它们都对UVD+和CrossFire X提供了完整的支持，区别只是集成的显示核心性能。由此可见，无论是NVIDIA或是AMD都准备在混合式多GPU领域大干一番，借由新技术进一步促进整台芯片组和中高端显卡的销量。当然，这种方案对大多数的电脑用户也是一大福音，毕竟我们可以选择更廉价的显卡升级方案，而不用担心噪音和热量。高端用户则可以购买一张支持这种技术的整合平台，让自己的系统在空闲时可以更省电地运行。

不完美的混合多GPU

在期待Hybrid SLI和CrossFire X的同时，我们也看到混合多GPU技术存在的一些潜在问题。

1.驱动麻烦。出于种种原因，现在的GPU驱动往往存在各种各样Bug，在单GPU和传统双GPU时代，这些Bug带来的大多是渲染错误、性能低下或画质下降等问题，而在混合多GPU时代，一旦出现问题所造成的影响更为严重。例如无法正确判断系统工作状态，就会造成独立GPU无法正确开启／关闭，这就相当于功能的彻底失效；又或在调用的时候出现了些许的错误，结果很可能是整个系统的崩溃；而电源管理上一旦出现失误，很可能电脑就必须强制重启。除了驱动问题以外，游戏兼容性也是一个让人比较担心的方面。众所周知，哪怕是传统的CrossFireg或者SLI技术，都无法保证可以正常地在大多数游戏中开启，在Hybrid SLI和CrossFire X时代，这种问题恐怕不会得到根本改善，甚至会更糟糕。试想，如果用户组建的混合多GPU系统频繁出现黑屏、死机或自动重启，而且在许多游戏里还无法正常工作，对于用户选择这项技术的热情无疑会是一个很大的打击。

2.最大的问题――产品定位。混合式多GPU技术的核心消费群体无外两类人，第一类是低端用户，第二类则是高端玩家。但纵观两类人群消费的整台芯片组，其集成的图形核心性能非常有限，即使是搭配低端显卡，性能提升也无法达到中端的水准；而激烈竞争下，中端显卡的价格也在不断走低，因此低端用户额外购买一张低端显卡，通过混合多GPU互联，即使获得性能提升也是杯水车薪。而对于高端用户，他们需要的是具有强大图形性能的整台图形核心平台――这样的平台现在并不存在。无论NVIDIA还是AMD，整台的平台方案都是是针对低端的。这些平台自然不会受到高端用户的青睐。而且由于短期内这两家厂商并没有高端整合平台的计划。因此高端玩家面对混合式多GPU技术，恐怕也只能望之兴叹了。

3.推广方面的困境。虽然英特尔并没有自己的混合多GPU技术，但是作为全球最大的整合图形芯片组供应商，英特尔的态度在这次混合GPU战争中显得尤其重要。出于商业和竞争原因，Hybrid SLI很难在英特尔平台上大展拳脚；而CrossFire X由于已经成为TAMD的技术，未来也不太可能出现在英特尔平台上。因此，混合式多GPU技术很可能成为AMD平台一个很有诱惑力的卖点，从而吸引一批玩家。英特尔当然不希望看到这样的局面，外加已经传出英特尔即将进军独立GPU市场的传闻，很可能英特尔会研发属于自己的混合式多GPU技术，最终成为三足鼎立之势(虽然目前英特尔在GPU这方面与NVIDIA和AMD相比并不拥有什么技术优势)。面对同时拥有GPU、CPU、芯片组的英特尔和AMD，NVIDIA的前进也许会遇到不小困难，但也可能从夹缝中赢得更多市场。也许在未来NVIDIA还会选择将Hybrid SLI扩展到不同型号的独立GPU之间，利用自己在独立GPU领域的巨大优势巩固Hybrid SLI的地位。

不管怎样，混合式多GPU技术是市场的需求，从某种程度上甚至可以说是必然会出现的技术，因此，它一定会有一个光明的未来。届时，计算机会变得越来越环保，在能源越来越紧张的未来，为绿色IT的理想贡献出不可或缺的一份力量。