Производительность видеокарт в режимах SLI и CrossFireX

Когда-то, в давние времена технологий, получение большей мощности видеокарты означало необходимость покупать карту, более мощную (и, возможно, более дорогую!), чем текущая карта. Но, пользователи всегда «мечтали» иметь возможность просто купить дубликат видеокарты, которая у них есть, вместо того, чтобы тратить деньги на что-то более новое и быстрое?

Что ж, к счастью, Nvidia и их технология с несколькими GPU «SLI» дают нам просто решение, если вы используете одну из их карт.

Масштабируемый интерфейс связи (SLI)

Так что же такое SLI? И что делает SLI, или более конкретно: как он помогает использовать несколько видеокарт?

Интерфейс Scalable Link Interface (SLI) – это небольшая жемчужина, которую нам предоставили Nvidia в 1998 году. Впервые эта технология была использована компанией 3dfx на линейке видеокарт Voodoo2 в 1998 году, но позже компания была куплена Nvidia, и эта технология была заморожена на некоторое время.

В 2004 году Nvidia повторно выпустила SLI с обновлениями, позволяющими ей работать с существующей на тот момент технологией шин PCIe.

Хотя существуют проблемы совместимости (обсуждаемые ниже), связанные с запуском нескольких установок графического процессора, SLI позволяет использовать от двух до четырех карт одновременно. Это достигается путем использования алгоритма параллельной обработки, который собирает информацию, разбивает её на более мелкие части и позволяет обрабатывать несколько частей одновременно несколькими видеокартами.

Режимы SLI

Видеокарты Nvidia будут работать в SLI в трёх основных режимах: сглаживание SLI, SFR и AFR. Вы можете выбрать и изменить эти режимы в Панели управления Nvidia, которая должна была быть установлена на ваш компьютер при установке драйверов видеокарты.

Рендеринг с разделением кадров (SFR)

Этот метод берет кадр, который необходимо визуализировать, анализирует его, а затем разбивает кадр по горизонтали на столько частей, сколько имеется карт, и распределяет рабочую нагрузку между ними. Он может разбить кадр так, как он считает нужным, основываясь на том, что находится в кадре.

Например, если кадр содержит в основном пустое статичное небо в верхней половине кадра (менее ресурсоемкое), но изменяемые объекты в нижней половине (более интенсивно), то при разделении 50/50 одна карта будет выполнять больше работы. Поэтому видеокарта, отвечающая за верхнюю часть экрана, может получить около 60% площади экрана, в то время как карта, отвечающая за нижнюю часть, должна обработать только нижние 40%.

Примечание: эти проценты являются лишь расплывчатыми примерами, а не конкретными цифрами.

Альтернативный рендеринг кадров (AFR)

В этом режиме кадры ставятся в очередь, и каждая карта отображает полный кадр. Таким образом, если вы используете 2 карты, то одна будет отвечать за четные кадры, а другая – за нечетные кадры. Это часто считается более эффективным, чем SFR, для достижения более высокой частоты кадров, но также может вызывать такие проблемы, как микростеролазание.

Ключевое слово: Micro Stuttering – это когда вы видите на экране «визуальные заикания», вызванные несоответствием времени рендеринга кадров между картами. Если карты не синхронизированы должным образом или у них недостаточно информации, чтобы угадать следующий кадр, который нужно визуализировать, то вы увидите задержку.

SLI сглаживание

Этот режим обеспечивает лучшее качество изображения, в отличие от увеличения частоты кадров. Он работает для разделения нагрузки сглаживания между картами, повышая общее качество вашего изображения.

Использование этого режима может разблокировать более высокие режимы сглаживания в играх (например, SLI 8x, 16x и даже 32x в системах Quad-SLI).

Особенности технологии

SLI работает на устройствах подключенные в общую сеть видеокарт, где одна карта выступает в качестве конечного порта вызова или главного устройства, отвечающего за отправку на дисплей окончательно прорисованной трехмерной графики. Эта технология может одновременно соединять 2, 3 и 4 графических процессора, стилизованные под 2-way, 3-way и 4-Way SLI.

Мост SLI обеспечивает передачу данных и отношения «ведущий-ведомый» между двумя идентичными графическими процессорами. Идея состоит в том, чтобы обойти чипсет материнской платы в целом и позволить устройствам обмениваться данными напрямую, избегая, таким образом, конкуренции за ограниченную пропускную способность.

Существует четыре типа мостов:

• Стандартный мост SLI с полосой пропускания до 1 ГБ в секунду и тактовой частотой 400 МГц.
• Светодиодный мост SLI, который похож на ранее упомянутый стандартный мост, за исключением пикселей с тактовой частотой 540 МГц и способности излучать светодиодное освещение RGB во время работы.
• Мост SLI HB или мост с высокой пропускной способностью, работающий на частоте 650 МГц со скоростью передачи около 2 ГБ в секунду. В настоящее время это самый распространенный мост.
• Мост NVLink считаетсяя самым последним форматом и уникальным для линейки графических процессоров Nvidia RTX. Отличается скоростью до 100 ГБ в секунду.

Различные скорости передачи означают, что каждый тип подходит для определенного разрешения. Мост SLI лучше работает при 1080p, светодиод SLI — при , а SLI HB и NVLink подходят для 5K.

Работа SLI — сводится к разделению задач рендеринга в равной степени между графическими процессорами. В большинстве случаев одна карта будет концентрироваться на наборе кадров, а другая — на другой половине. В совокупности создается полностью сформированный кадр, готовый для отображения на мониторе.

В настоящее время существует три режима SLI:

• Рендеринг с разделением кадров, при котором нагрузка рендеринга распределяется по горизонтали на куски в зависимости от сложности 3D и делится на графические процессоры.
• Альтернативный рендеринг кадров, при котором каждый графический процессор последовательно выводит кадр. GPU 1 отображает кадр 1, GPU 2 отображает кадр 2, GPU 1 отображает кадр 3, GPU 2 отображает кадр 4 и т.д. До бесконечности. Результатом считается более высокая частота кадров.
• Сглаживание SLI, благодаря чему возможности сглаживания увеличиваются в два раза благодаря совместному распределению задачи обработки между графическими процессорами в схеме смещения. Результатом считается поразительно лучшее визуальное качество, но в результате производительность имеет тенденцию принимать удар. Возможно сталкивались с этой опцией в настройках игр, часто сопровождаемых SLI 8X или SLI 16X, и задавались вопросом, что все это значит?

Чтобы SLI работал, разработчики должны кодировать игры для поддержки этой технологии. Из-за сложности, присущей двум графическим процессорам для совместной работы, этот процесс требует значительных усилий.

После того, как они установили солидный набор настроек, которые не нарушают игру, Nvidia публикует так называемый профиль SLI. Он содержит набор обновлений драйверов, предназначенных для подготовки графического процессора к работе с игрой и повышения графической производительности.

Совместимость и проблемы режима SLI

Казалось бы, купи две видеокарты Nvidia, вставь их в разъемы на материнской плате и наслаждайся «удвоенной» скоростью работы. К сожалению, не всё так просто…

Два (или более) вида

Первое, что вам нужно знать, это то, какие видеокарты будут соединяться вместе: не любые две видеокарты смогут так взаимодействовать. Они должны иметь один и тот же графический процессор, и должны иметь одинаковое количество видеопамяти.

Например, если у вас GTX 1070 Ti 8GB производства Asus, а другая той же спецификации, но от MSI, то режим SLI доступен. Но, GTX 1070 и GTX 1080 несовместимы, так как они не являются одним и тем же графическим процессором.

Вам также необходимо убедиться, что видеокарты совместимы с режимом SLI, так как карты без порта SLI могут быть несовместимы. Также стоит отметить, что в Nvidia убрала поддержку 3-х и 4-х карточного SLI для серии GTX 10.

Слоты и заглушки

Следующим в списке стоит ваша материнская плата и блок питания. Они оба должны быть совместимы со SLI.

Это означает, что вашей материнской плате потребуется достаточно слотов PCIe x16, чтобы соответствовать количеству графических процессоров, а вашему блоку питания потребуется достаточно разъемов PCIe для питания того количества карт, которое вы будете использовать.

Отсутствие удвоения видеопамяти

Распространенное заблуждение относительно SLI состоит в том, что вы можете получить двойную, тройную или даже четырехкратную видеопамять с большим количеством видеокарт. К сожалению, Nvidia SLI использует ОЗУ только с одной карты, поскольку каждая карта должна получать доступ к одной и той же информации в одно и то же время.

Производительность видеокарт в режимах SLI и CrossFireX

Заядлые игроки не спят ночами, думая, как обеспечить увеличение производительности своего компьютера, чтобы игровой мир предстал перед ними во всей красе максимальных настроек графики. Для этого, одни покупают дорогую топовую видеокарту, другие — несколько бюджетных видеокарт и объединяют их с помощью технологии SLI или CrossFireX. Что же целесообразнее и эффективнее? Какой прирост производительности игрового видео дают две бюджетные видеокарты в режимах SLI и CrossFireX в сравнении с одной топовой?

Видеокарта Sapphire Radeon HD 7950

Одна видеокарта против двух

Возьмем среднего игрока, имеющего одну из новых видеокарт, к примеру Radeon HD 7950. Что произойдет с производительностью, если использовать вместе с ней в связке вторую такую же видеокарту по технологии CrossFire? Тестирование в бенчмарке от Futuremark показывает: в одиночку HD 7950 выдает 34,9 FPS, две такие карты, HD 7950 CrossFireХ — 69,9 FPS (при разрешении 1024 на 768), или 5,8 FPS и 11,6 FPS соответственно при разрешении 2560 на 1600. Тест Unigine Heaven 2.0 показывает в разрешении 1024 на 768: HD 7950 в одном экземпляре — 108,6 FPS, в связке из двух — 163,9 FPS, либо при 2560 на 1600 — 39,2 FPS и 77,8 FPS соответственно. Как заметно из данных тестов, две видеокарты дают прирост производительности практически в два раза по сравнению с одной. Можно утверждать, что за 500 долларов (средняя цена видеокарты Radeon HD 7950 сейчас 250 — 300 долларов) это вполне достойное решение для большинства игр. Стоит отметить, что компания AMD любит выпускать новые видеокарты с «сырыми» драйверами, поэтому некоторые игры, к примеру Elder Scrolls: Skyrim, Battlefield 3 могут отображаться не так красиво, как должны.

Две объединённые в режиме SLI видеокарты

CrossFireX и SLI

Технология CrossFireX от AMD по сути аналогична SLI (Scan Line Interleave) от NVIDIA, они обе служат для объединения нескольких видеокарт для обработки 3D изображений. Первая обещает средний прирост производительности в зависимости от разрешения и модели карты на 70-100%, вторая — в 2 раза.

Обе технологии требуют наличия специальной материнской платы, минимум с 2-мя разъемами PCI Express x16/2.0/2.1, мощный блок питания — более 500 ватт и шустрый многоядерный процессор. Видеокарты нужны одной серии, модели могут быть разными (на разных чипах). Быстродействие всей системы будет определяться ядром наименее производительной из карт. Соединять видеокарты нужно специальными гибкими мостиками, раньше применялся еще и программный способ, когда передача данных шла через шину PCI Express, а сопряжение видеокарт осуществлялось драйверами, но потери производительности такого способа по сравнению с физическим составляли от 10-15%. Последние модели видеокарт вовсе не могут так объединяться. При помощи технологий CrossFireX и SLI можно объединить до 4 видеокарт.

Изображение при использовании нескольких графических процессоров строится несколькими методами. Первый — Scissor (CrossFireX) или Split Frame Rendering (NVIDIA), при котором разные видеокарты обрабатывают разные части изображения, не всегда равные. Минус данного режима — проблема сглаживания на стыке частей изображения.

Второй режим — SuperTiling (только CrossFireX), когда картинка делится на равные квадраты, нагрузка на видеокарты распределяется приблизительно одинаково. Недостаток заключается в неравномерной обработке графической и геометрической составляющих кадра.

Alternative Frame Rendering — используется AMD и NVIDIA. Видеокарты обрабатывают кадры по очереди, пиксели и геометрическая составляющая кадра рассчитываются совместно, но из-за неравных характеристик кадров изображение может «замораживаться».

SuperAA (CrossFireX) или SLI AA (NVIDIA) — этот метод нацелен на улучшение качества картинки больше, чем на повышение производительности. Две видеокарты прорисовывают одно изображение с разными режимами сглаживания, заключительная картинка генерируется потом.

Однозначно ответить, что из технологий лучше, CrossFireX или SLI, нельзя. В настоящий момент производитель CrossFireX заявляет, что скоро будет возможна работа со всеми приложениями, включая старые игры, которые никак не реагировали на увеличение количества видеокарт. SLI такой гарантии не дает. Однако, недавно проводилось тестирование двух технологии с помощью инструмента Frame Capture Analysis Tool (FCAT) от NVIDIA, который тестирует количество «коротких» и пропущенных кадров, не учитываемых обычными системами измерения производительности по количеству кадров в секунду. Результаты показали, что связка CrossFireX обычно содержит больше пропущенных и «коротких» кадров, чем SLI NVIDIA. Пока нет достоверных данных, сможет ли рядовой геймер заметить эти различия.

SLI мост

Анализ связок из двух видеокарт и одной топовой показал, что связка приближается по эффективности или превосходит топовую. Так, пара HD 7850 превосходит HD 7970 GHz Edition (почти на том же уровне сработали две карты HD 7790). А две GTX 650 Ti BOOST побили результат GTX 680 (NVIDIA), связка из GTX 660 также подобралась по производительности к GTX 780. Это данные для большинства игр, в игре Batman:Arkham City пара CrossFireX не работает вообще, а на разрешении 1920×1080 две GTX 660 уступают одной GTX 770. Стоимость топовых карт может составлять до 25000 рублей, связка из двух более древних обойдется дешевле без потери производительности. С другой стороны, материнская плата с поддержкой режимов CrossFireX или SLI стоит дороже обычной, мощный блок питания, тоже удовольствие не из дешевых, если присовокупить к этому расходы на электричество, получается, что система на нескольких видеокартах не намного дешевле, а быть может даже дороже системы на одной топовой видеокарте. Кстати, старые видеокарты могут не поддерживать DirectX одиннадцатой версии, что тоже отражается на качестве игровой графики.

Использование режимов CrossFireX или SLI оправдано в современных компьютерных играх с высокими требованиями к графическим адаптерам и поддержкой DirectX 11, таких как Crysis Warhead, Metro 2033, Crysis 2, Far Cry 3, Crysis 3, Battlefield 3, Batman:Arkham City, Dirt Showdown. Что касается более старых игр, платить больше за незначительный прирост производительности, который может вообще оказаться незаметным пользователю, особого смысла нет.

DirectX 11

Видеокарты — это аппаратные технологии, но одного «железа» недостаточно. Для того, чтобы игра полноценно работала, нужен еще и специальный софт. Для того, чтобы игра была совместима с ОС Windows, ставится игровой движок DirectX. 11 версия разработана специально под Windows 7, с еще более современным Windows 8 поставляется DirectX 11.1.

По сравнению с предыдущими версиями технологии, в одиннадцатой доступна низкоуровневая поддержка операционной системы и аппаратного обеспечения, многопотоковая обработка существенно улучшилась. Теперь возможна расширенная аппаратная обработка изображений для тесселяции, для этого используются три дополнительные стадии. Значительно улучшено сжатие текстур. В 11 версии встроена 5-ая шейдерная модель, которая использует множество объектно-ориентированных концепций, можно легко решить проблемы, связанные с характером шейдеров с помощью усовершенствованных интерфейсов, полиморфизма и дополнительных объектов.

Что такое мост SLI

Последнее, что вам понадобится для запуска настройки SLI, – это мост SLI. Nvidia использует физический разъем для соединения видеокарт вместе, что позволяет им взаимодействовать друг с другом, не используя драгоценную полосу пропускания в слотах PCIe.

Вам понадобится один из двух мостов SLI: либо стандартный мост (для менее мощных карт), либо мост с высокой пропускной способностью (для более мощных карт).

Серия SLI Bridge

Если у вас более мощные карты (например, GTX 1080), вы можете использовать стандартный мост, но это не позволит обеспечить полную производительность карт.

Производительность SLI

Итак, мы знаем, что такое SLI, как он работает и что вам нужно для его использования. Но стоит ли вам бросаться покупать вторую GTX 1080 Ti? Здесь «вода становится мутной». В то время как Nvidia утверждает, что удвоение производительности возможно при удвоении количества карт, это случается редко.

Проблема в том, что игры изначально не знают, как правильно использовать несколько видеокарт, и разработчики должны добавлять в них профили SLI. Это не простая задача, и она может занять очень много времени, поэтому большинство разработчиков не тратят на это время.

Это означает, что если вы не играете в игру ААА, возможно, что не будет никакого увеличения производительности (фактически, даже есть вероятность снижения производительности).

Производительность для каждой игры будет отличаться. Так что это не значит, что это будет совершенно бесполезно для вас, просто вы должны знать об этом, прежде чем инвестировать в технологию или какие-либо конкретные игры.

Связка графических процессоров SLI от компании Nvidia

Масштабируемый интерфейс связи (SLI) разработка корпорации Nvidia, которая объединяет несколько видеоадаптеров посредством их установки в материнскую плату на базе шины PCI Express x16 и соединения мостом. Отличительно особенность данной технологии является то, что материнская плата обязательно должна поддерживать SLI режим, иначе связать видеоадаптеры GeForce не получится.

Видеокарты также можно объединить программным методом без использования специального SLI-моста. Однако этот метод повлечет снижение производительности в сравнении с мостовым подключением.

При построении системы с использованием нескольких видеокарт Nvidia следует обратить внимание на то, что обязательным условием корректной работы в режиме SLI является наличие одинаковых моделей видеоадаптера. Иначе возникает ситуация, при которой система с установленными видеокартами разных версий будет ориентироваться на менее производительный видеоадаптер.