Karty grafiki pod parą

Firma Asus zaprezentowała w kwietniu br. pierwszą kartę graficzną z trzema procesorami graficznymi. EAH 3850 Trinity wykorzystuje trzy układy RV670 MXM firmy ATI, umieszczone na jednej płytce PCB, a także łącznie 1,5 GB pamięci graficznej GDDR3. Każdy z procesorów taktowany jest zegarem o częstotliwości 660 MHz, a taktowanie pamięci ustalono na 850 MHz. Ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie wodnego chłodzenia. Producent nie ujawnił daty wprowadzenia karty do sprzedaży.

Rozwiązania oparte na dwóch kartach graficznych pracujących jednocześnie pojawiły się ponad 10 lat temu. Pionierem w tej dziedzinie była firma 3dfx, której akcelerator Voodoo2 mógł współpracować z drugim, identycznym. Dwie karty Voodoo2 pracowały w trybie SLI S. Pierwsza generowała obraz składający się tylko z linii nieparzystych, a druga – z linii parzystych. Następnie wyniki pracy obu kart były łączone w jedną klatkę animacji. W porównaniu z pojedynczą kartą rozwiązanie takie było w niektórych przypadkach prawie dwa razy szybsze.

Rozwinięciem pomysłu 3dfx jest technologia o identycznej nazwie, ale wprowadzona przez firmę Nvidia (która przejęła 3dfx). Analogicznym, konkurencyjnym rozwiązaniem jest CrossFire firmy ATI/AMD. Ponieważ do działania dwóch kart w trybie SLI lub CrossFire jest potrzebna odpowiednia płyta główna (w przypadku Nvidii z jej własnym chipsetem, dla kart z układem ATI/AMD z chipsetem AMD bądź Intela), zawęża to grupę potencjalnych użytkowników. Ale już sobie poradzono z tym ograniczeniem. Taki sam wzrost wydajności można teraz uzyskać, używając zamiast dwóch kart jednej, ale z dwoma procesorami graficznymi (GPU) na pokładzie. Najpierw na rynek trafiły karty z dwuprocesorowym układem ATI Radeon 3870 X2, a kilka tygodni temu zaprezentowano karty z układem Nvidia GeForce 9800 GX2.

Intel i AMD już zapowiedziały procesory ze zintegrowaną grafiką, a Intel planuje wprowadzenie w przyszłym roku układu graficznego opartego na architekturze wykorzystującej wiele rdzeni centralnego procesora (CPU) do obliczeń graficznych. Z kolei Nvidia pracuje nad projektem procesora graficznego (GPU), który umożliwi jej przyszłym układom graficznym przejęcie niektórych funkcji CPU.

Układ AMD Radeon HD 3870 X2 składa się z dwóch chipów RV670 (inaczej Radeon HD 3870), z których każdy ma do dyspozycji po 512 MB pamięci. Karta z tym układem udostępnia więc łącznie 1 GB pamięci, ale nie wierzmy marketingowej magii liczb, bowiem nie jest to pamięć wspólna. Dlatego np. pojedyncza tekstura umieszczona w pamięci może mieć maksymalnie 512 MB. Oba chipy, umieszczone na wspólnej płytce, pracują w technologii CrossFire i kolejne klatki animacji generują na przemian – jeden parzyste, a drugi nieparzyste. Do komunikacji między procesorami służy mostek PCIe, umożliwiający wymianę danych po dwukierunkowej szynie x16 (w każdą stronę z prędkością 16x256 MB/s).

Mimo zastosowania dwóch procesorów na jednym układzie nie pobiera on tak dużo prądu. Gdy jest obciążony (np. gdy działa gra), układ Radeon HD 3870 X2 zużywa maksymalnie ok. 195 W energii (dwa razy tyle co jednoprocesorowy Radeon HD 3870). Jednak dzięki technologii PowerPlay w czasie spoczynku pobór mocy jest znacznie ograniczony – system monitoruje stopień obciążenia układu graficznego i na tej podstawie automatycznie zmienia częstotliwość pracy procesora i napięcia zasilające. Według AMD, Radeon HD 3870 X2 pobiera wówczas niecałe 50 W mocy.

Z naszych testów wynika, że karta z układem Radeon HD 3870 X2 jest o 70–80 proc. szybsza niż jednoprocesorowa karta Radeon HD 3870. Zysk wydajności jest więc podobny do tego, jaki można uzyskać, stosując dwie oddzielne karty.

AMD opracowała też technologię CrossFire X, która umożliwia współpracę nie tylko dwóch, lecz nawet trzech lub czterech procesorów. Dzięki niej obok karty Radeon HD 3870 X2 w komputerze może działać zwykła karta Radeon HD 3870 (wówczas trzy GPU pracują wspólnie). Ostatnia możliwość to zestawienie ze sobą pary kart X2 albo karty dwuprocesorowej i dwóch jednoprocesorowych, tak by do pracy były zaprzęgnięte aż 4 procesory. Efektywność takich konfiguracji pokazuje wykres obok.

Możliwości technologii CrossFire X w zakresie łączenia różnych kart są imponujące, gdyż można ze sobą dowolnie zestawiać jednoprocesorowe karty z układami Radeon HD 3850 i 3870 oraz dwuprocesorową kartę z układem Radeon HD 3870 X2. W przypadku zastosowania kart o drastycznie różnej wydajności karta szybsza zawsze będzie musiała poczekać na wynik pracy karty wolniejszej – w poprzedniej wersji CrossFire po prostu obniżane było taktowanie szybszego akceleratora, teraz odpowiadają za to sterowniki. Gdy z kolei zastosowane w CrossFire X karty będą miały różną wielkość pamięci, np. 256 MB i 512 MB, karta z większą pamięcią będzie widoczna jako model 256 MB. Dla przykładu, jeśli obok karty Radeon HD 3870 X2 1 GB zainstalujemy kartę Radeon HD 3 850 256 MB, a następnie włączymy tryb CrossFire, cały zestaw będzie działał jak trzy karty Radeon HD 3 850 256 MB.

CrossFire X zostało zaprojektowane do pracy z chipsetem AMD 790 FX, ale będzie działało poprawnie także na wielu innych, np. AMD 480, 580, jak również Intel 955, 965, 975, P35, G35, X38 oraz X48.

Dwuprocesorowy układ Nvidii wykorzystuje dwa chipy G92 (stosowane m.in. do produkcji kart GeForce 8800 GT i 9800 GTX), które współpracują ze sobą w technologii SLI. W odróżnieniu od Radeona HD 3870 X2, gdzie dwa procesory graficzne umieszczono na wspólnej płytce, w układzie Nvidia GeForce 9800 GX2 są dwie oddzielne płytki połączone wewnętrznym mostkiem SLI. Na każdej zainstalowano procesor G92–450 i 512 MB pamięci GDDR3 (łącznie karta ma jej zatem 1 GB). Nvidia podaje, że karta pobiera maksymalnie 197 watów mocy – porównywalnie do Radeona HD 3870 X2. Natomiast wydajność dwuprocesorowej karty Nvidii w porównaniu z jednoprocesorowym odpowiednikiem może być w niektórych przypadkach wyższa niż dla układów AMD i wynosić nawet do 95 proc. Jest to spowodowane lepszą optymalizacją sterowników do dzielenia pracy między kilka układów graficznych, a także lepszym wsparciem producentów gier.

Również karty z układem GeForce 9800 GX2 potrafią pracować w parach dzięki obecności pojedynczego złącza SLI na grzbiecie karty. Po połączeniu dwóch kart dwuprocesorowych uzyskujemy tryb Quad-SLI, gdzie w procesie tworzenia obrazu uczestniczą cztery układy graficzne.

Dwuprocesorowy układ Radeon HD 3870 X2 (producent nazywa go też R680) składa się z dwóch chipów RV670 (Radeon HD 3870) – schemat przedstawia jego architekturę. RV670 to pierwszy procesor graficzny wytwarzany w procesie technologicznym 55 nm. Ma powierzchnię zaledwie 192 mm2, podczas gdy starszy układ Radeon HD 2900 XT, produkowany w procesie 80 nm – aż 408 mm2. Wpływa to na obniżenie poboru mocy i na niższą temperaturę pracy karty z tym układem.

RV670 zawiera 64 zunifikowane jednostki cieniujące, 16 modułów teksturujących TMU i 16 jednostek ROP, które wykonują końcowe operacje w procesie renderowania (nakładanie i mieszanie tekstur, wygładzanie krawędzi). Procesor komunikuje się z pamięcią za pomocą 256-bitowej szyny danych i wykorzystuje pierścieniową magistralę pamięci (opis tej komunikacji znajdziesz w artykule zamieszczonym na naszym CD). Chip RV670, użyty w dwuprocesorowym układzie Radeon HD X2, różni się od pojedynczego Radeona HD 3870 częstotliwością i pamięcią podręczną. Taktowanie pojedynczego układu zwiększono z 775 MHz do 825 MHz, a drogie kości GDDR4 2,25 GHz zastąpiono tańszymi pamięciami GDDR3 1,8 GHz.

Chip RV670 jest sprzętowo zgodny z bibliotekami graficznymi DirectX 10.1 i Shader Model 4.1 (zadebiutowały wraz z poprawką SP1 do Windows Vista), dzięki którym grafika generowana przez układ może być bardziej realistyczna, np. modele postaci bardziej złożone geometrycznie.