Асимметричный ответ ATI: новая технология CrossFire
24 мая, в Москве, в самый разгар жаркой весны, сотрудники фирмы ATI провели конференцию, посвященную описанной в этой статье технологии, подробностям новой игровой приставки Xbox 360 и другим не менее полезным вещам. Было здорово, спасибо Николаю Радовскому и другим представителям компании за полезную информацию и очень компетентные ответы на вопросы!
А теперь, не мешкая, перейдем к сути статьи:
ATI CrossFire — так официально называется канадский ответ на NVIDIA SLI, о котором шептались и «подозревали» технологические форумы сети еще полгода назад. Есть ли отличия? Да, несомненно. Есть ли преимущества? Судя по всему, да, и весьма значительные. Через некоторое время мы опубликуем тесты и практические исследования аспектов качества, а пока исследуем теоретические и архитектурные стороны и попробуем спрогнозировать тенденции и результаты. Общая архитектура CrossFire
Основная цель технологии — организация совместной работы двух графических ускорителей над построением изображения. Причем, архитектура должна быть не только эффективной (высокий КПД, низкая стоимость дополнительных схем, доступность для простых частных покупателей и энтузиастов), но и удобной в использовании (совместимость с уже существующими программами и даже с уже существующими аппаратными решениями, прозрачность, простота и надежность). Требований очень много, и, забегая вперед, похвалим ATI за качественный и очень продуманный подход при решении этих задач. Итак, нам предложена вот такая архитектура:
Несколько ускорителей (в варианте для пользователей их два) формируют собственную часть изображения, и выводят её через TMDS трансмиттеры в общепринятом цифровом стандарте DVI. Затем информация попадает в «черный» (на схеме — красный) ящик под названием Composing Engine, устройство, которое собственно и осуществляет совмещение результатов работы ускорителей для получения финального изображения. На выходе из этого красного ящика — вновь стандартный цифровой DVI сигнал, но на этот раз — уже финального кадра, собранного из двух порций данных, рассчитанных обоими VPU. Для устранения проблем с синхронизацией, Composing Engine содержит собственную буферную память, что позволяет этому устройству накапливать данные асинхронно, и, затем, по мере готовности обоих ускорителей, формировать и выдавать результирующий кадр. Таким образом, четкая синхронизация работы VPU не требуется, достаточно двух фактов — каждый VPU должен знать, какую часть данных ему надо рассчитать, и каждый VPU должен закончить передачу рассчитанных данных в этот «красный ящик», Composing Engine. После этого будет осуществлена передача кадра на устройство вывода, в формате DVI или (если нам нужен аналоговый сигнал) на внешний графический DAC, преобразующий цифровой DVI поток в стандартный аналоговый VGA сигнал.
Теперь самый актуальный вопрос как VPU будут делить между собой рассчитываемые данные? Небольшая теоретическая часть на эту тему:
Основные алгоритмы взаимодействия ускорителей
Для двух VPU будет происходить вертикальное разделение финального кадра на две зоны. Интересно, что граница зон не обязательно должна проходить по середине кадра и может выбираться динамически, исходя из сложности той или иной части изображения — грубо говоря, в верхней половине может оказаться меньше объектов, чем внизу (небо) и тогда один из ускорителей будет простаивать, что может быть скомпенсировано увеличением его зоны ответственности. Задача подобной динамической балансировки нетривиальна, и требует анализа сцены, что не всегда удобно. Этот метод хорош для сбалансированных по критерию геометрических вычислений / закраска приложений, так как в идеале (при правильном адаптивном делении кадра на зоны ответственности), позволит им поровну распределить и геометрическую и пиксельную нагрузку по двум ускорителям.
Итак, суммируем плюсы и минусы вышеописанных подходов:
Какой из них избрали специалисты ATI? Оставайтесь с нами, об этом чуть позже. А пока перейдем к конкретике реализации CrossFire в «железе». Как же вышеописанный метод «красного ящика», объединяющего изображения, был исполнен ATI на практике? Вот так: Конкретика CrossFire
Итак, у нас есть две карты, установленные в одной системе (требуется материнская плата CrossFire Edition), с двумя графическими PCI-Express слотами форм-фактора x16. Обычная карта ATI и специальная карта ATI с технологией CrossFire:
Вот почему статья называется «Асимметричный ответ» 😉 Оказывается, инженеры ATI решили поместить описанный выше «красный ящик» (С Engine на схеме) на одну карту, «главную», и передавать на него данные со второй карты через обычный внешний DVI разъем. Тем самым, создав решение, совместимое с уже существующими картами, выпущенными до появления CrossFire! Разве это не здорово — если у вас уже есть PCI-Express карта ATI с DVI выходом, то вам достаточно докупить специальную CrossFire карту, соединить DVI выход старой карты с новой при помощи специального провода, который идет в комплекте. И ваша суперсистема готова. На выходе новой карты вы получите уже собранное Composing Engine, по результатам работы обоих ускорителей изображение, в DVI или аналоговом VGA формате.
На карте с технологией CrossFire установлен специальный разъем, напоминающий DVI, но имеющий большее число контактов, на схеме он обозначен как DMS. Через этот разъем в карту попадает DVI сигнал с первой карты, через него же из карты выходят сигналы DVI и аналогового VGА результирующего изображения, собранного красным ящиком. Кроме того, на исходной карте остается незадействованным второй выход (DVI+VGA или только VGA), а также TV-Out, а на карте CrossFire — тоже есть второй DVI+VGA. Все эти выходы, не участвующие в совместном построении изображения, разумеется, могут быть использованы для дополнительных мониторов и других стандартных применений в «мирное», не игровое время, но на них естественно нельзя выводить совместное изображение, рассчитанное обоими ускорителями в режиме CrossFire — оно поступает только на выходы разъема DMS.
А теперь самый интересный вопрос. Внимание, знатоки. Какой алгоритм разбиения изображения был выбран ATI для реализации в своем «красном ящике»?
Правильный ответ любой из трех описанных выше!
Физически, на CrossFire карте «красный ящик» представляет собою не специальный чип с жестко запрограммированным в него алгоритмом работы, а небольшой универсальный чип с программируемым массивом логических вентилей. Этот небольшой чип содержит в себе гибко настраиваемую схему логических элементов и буферную память для хранения промежуточных результатов, а алгоритм его работы задается драйверами, загружающими в него соответствующую схему связей. На данный момент ATI реализовали все три выше описанные методики, но это не значит, что в будущем не появятся новые, улучшенные или гибридные решения по разделению нагрузки на два ускорителя. Все, что будет необходимо — просто обновить драйверы. Не удержусь и второй раз похвалю инженеров ATI за элегантное решение — мало того, что такой подход существенно снизил стоимость разработки и внедрения CrossFire, он позволил выбирать для каждого конкретного применения режим, оптимальный с точки зрения КПД (из доступных) и, тем самым, во многом застраховал наши инвестиции в мультичиповое решение от капризов конкретных игр и приложений.
* При условии, что у вас есть системная плата CrossFire Edition
Теперь немного совсем приземленной конкретики. Для начала цены и доступность:
Причем, на прилавках магазинов CrossFire карты будут уже в конце июня, начале июля.
Вот такие данные по производительности решений с двумя картами, CrossFire X850 XT в сравнении с NVIDIA SLI 6800 Ultra приводит ATI (внимание: в обоих случаях задействованы две карты):
Для разрешения 1600х1200 (4xAA 8xAF)
Воздержимся от комментариев до получения собственных результатов скорости и качества работы этой технологии, а пока же отметим, что SLI работает лишь с ограниченным (причем сильно ограниченным) числом игр, в чем очень заметно проигрывает CrossFire, и, требует покупки двух новых карт, что также не может считаться большим плюсом по сравнению с CrossFire. Которая (потенциально) применима к практически миллиону уже существующих владельцев продуктов на базе всех карт семейства X800 и X850, без необходимости продавать свою старую карту.
Разумеется, реально очень многое будет зависеть от соотношения цена / производительность в конкретных играх. А также от наличия проблем с качеством изображения и совместимостью. Все эти аспекты мы исследуем в ближайшее время, а пока же подведем промежуточный итог:
Инженеры ATI создали очень выгодную, гибкую и удобную архитектуру многочипового рендеринга, нацеленную на конечных пользователей и игровые приложения. На бумаге перспективы CrossFire выглядят более заманчиво, чем NVIDIA SLI, а архитектурное решение можно (и нужно) признать более изящным и продуманным. В активе и совместимость с уже существующими картами и работа со всеми приложениями, и гибкий выбор метода совместной работы ускорителей. Разумеется, подобная технология нацелена на достаточно узкую нишу энтузиастов, и не принесет компании особенной сверхприбыли, но не следует забывать, что лидерство в абсолютном зачете, которое может обеспечить CrossFire, несомненно, скажется на продажах mainstream продукции ATI в лучшую сторону, а технологическое лидерство в такой области — не менее осязаемый и ценный вклад в имидж компании.
