Как закалялась сталь: история SLI

Одна известная пословица гласит: "Все новое - хорошо забытое старое". С ней не всегда можно согласиться, потому что все старое тоже когда-то было новым. Однако последние инновации в сфере графических видео технологий оправдывают вышеупомянутую пословицу на все 100%.

SLI от NVIDIA - что-то принципиально новое в сфере графических адаптеров, или грамотная инженерная доработка старой доброй SLI от 3dfx, работающей еще на Voodoo2 Graphics? Давайте разберемся в этом вопросе более детально, вспомнив SLI от 3dfx, проведем параллели между старой и новой реализацией одной технологии. В этой статье вы ознакомитесь с историей зарождения и развития технологии SLI, а также узнаете то, что было недосказано в статьях про SLI от NVIDIA.

Впервые SLI увидела свет на ускорителях компании 3dfx в 1998 году. Через два года, в конце 2000 года у 3dfx начались финансовые трудности, и она перешла в собственность NVIDIA. Разные источники по-разному трактуют уход 3dfx с рынка графических ускорителей, да сейчас это интересно, пожалуй, разве что в исторической перспективе.

С появлением AGP о SLI забыли и, до недавнего времени, не вспоминали. Не так давно была разработана новая шина PCI Express, видеокарты для которой уже полным ходом выпускаются на чипах всех нынешних игроков этого рынка.

В отличии от единственной на системную плату шины AGP, шина PCI Express может быть разведена на одной материнской плате различными способами, при этом даже в случае реализации нескольких PCI Express разъемов, возможностей их при грамотном "делении" производительности окажется вполне достаточно, чтобы на одну материнскую плату можно было установить несколько достаточно производительных видеокарт с единым видео выходом. Осталось только решить, каким образом две видеокарты будут совместно функционировать.

Поскольку именно NVIDIA оказалась наследницей наработок вышеупомянутой 3dfx в этой области, ей осталось доработать технологию и настроить на "современный лад". Этим, скорее всего, и объясняется тот факт, что NVIDIA реализовала совместную работу видеокарт по технологии SLI немного раньше, чем появилась ATI CrossFire.

SLI и PCI

Как и где зарождалась технология SLI? Как известно, разработкой SLI занималась компания 3dfx. Итак, вернемся в прошлое и вспомним, с чего начинала эта компания, каких вершин ей удалось достигнуть, и почему она безнадежно развалилась.

Начало эпохи 3dfx

Производитель легендарных всемирно известных видеокарт Voodoo компания 3dfx начинала свою историю с небольшого предприятия по производству микросхем для игровых автоматов. На рынок PC она перешла в 1995 году, представив миру свой первый ускоритель 3D графики. Точнее, не ускоритель, а чипсет под названием Voodoo Graphics.

Сами же ускорители на базе чипов 3dfx выпускали другие компании. Одной из самых известных в то время была Diamond Multimedia, которая занималась поддержкой чипов Voodoo с самого начала. Самым известным видеоадаптером тех времен был Diamond Monster 3D. Ускоритель Voodoo Graphics представлял собой PCI-плату с двумя разъемами. К первому подсоединялся монитор, а ко второму - специальный passthrough-кабель, соединяющий ускоритель 3dfx с уже имеющейся в компьютере видеокартой. Так, при работе в 2D-приложениях, ускоритель передавал сигнал видеокарте через кабель. При запуске 3D-приложений отображение картинки на экран производилось при помощи ускорителя. Первый ускоритель поддерживал все API: Direct3D, Glide и OpenGL (не полноценно, а при помощи эмулятора).

Грамотный маркетинг, тесное сотрудничество с разработчиками ПО и очень квалифицированные специалисты не заставили долго ждать успеха. 3dfx развивалась весьма активно и уже совсем скоро начала теснить таких монстров, как S3, ATI и Matrox. А это, поверьте, не так уж легко.

Через год, в 1996 году, 3dfx анонсировала наследника Voodoo Graphics - Voodoo Rush. Впервые эти чипы были продемонстрированы на адаптерах Hercules 128/3d на Comdex. Первые продажи начались в начале следующего 1997 года. Видеоускорители на базе Voodoo Rush были дороже Voodoo Graphics и, к тому же, они не могли похвастать стабильно безглючной работоспособностью. По сему, они не претендовали на "массового" покупателя и, в принципе, считались не удачными. Видеоускорители на базе чипов Voodoo за то и ценили, что они были очень производительными и оснащенными. По этому среди покупателей ускорителей на базе этих чипов пользовались наибольшей популярностью дорогие решения.

Далее маркетинговая идея 3dfx продолжалась теми же темпами. Каждый год выпускался один топовый чип для долгосрочного пользования в перспективе, и более простая его версия, с упрощенными характеристиками.

Технология SLI

Через три года после выхода Voodoo Graphics, в 1998 году, на рынке видеокарт появилось слишком много продуктов, каждый из которых пытался "переплюнуть" шедевр 3dfx. Ответным ударом был выход нового ускорителя - 3dfx Voodoo2 Graphics. Именно на этом ускорителе впервые появилась технология SLI (а точнее - Voodoo2 SLI).

Технология SLI (тогда аббревиатура расшифровывалась, как "Scan Line Interleaving", что в переводе означало "чересстрочное сканирование кадров") позволяла объединять видеоускорители с целью увеличения производительности в 3D-приложениях.

На практике это выглядело примерно так. Так же, как и 3dfx Voodoo Graphics, 3dfx Voodoo2 Graphics был ускорителем в чистом виде. Подключение производилось по такому же самому принципу: монитор подключался к ускорителю, а специальный passthrough-кабель соединял ускоритель с 2D-видеокартой. Возможность SLI позволяла соединять видеоускоритель с таким же ускорителем посредством гибкого шлейфа, напоминающего ATA- и FDD-шлейф.

Таким образом, вся видеосистема занимала 3 разъема PCI. Конечно, это не очень удобно, но, по заверению 3dfx, позволяло увеличить производительность вдвое. На практике же прирост был не такой большой - от 20% до 50%.

Принцип работы заключался в том, что адаптеры вычисляли строки изображения поочередно. Каждый ускоритель записывал свои строки в свою видеопамять и через цифро-аналоговый преобразователь выводил свои строки на монитор. Если цифро-аналоговые преобразователи отличались по характеристикам, могли возникать неточности в отображении картинки.

Длительный период производительности Voodoo2 Graphics в режиме SLI не было равных. Этот ускоритель за время своего существования побывал во всех сегментах рынка видеокарт. Сначала он был топовым и практически не имел конкурентов.

С появлением новых чипов NVIDIA ускорители 3dfx переместились к среднему классу. И, наконец, с появлением шины AGP и выхода чипов RivaTNT и ATI Rage, ускорители Voodoo2 Graphics стали пользоваться все меньшей и меньшей популярностью. Первое время ситуацию спасали "глючные" драйвера для видеокарт AGP, но рынок видеочипов становился все уже и ситуация требовала решительных шагов вперед.

Переход на новую, тогда еще перспективную шину AGP, а также объединение ускорителя и видеокарты в одном устройстве (уже не нужно было разделять 2D и 3D графику) беспощадно убили технологию SLI. Судите сами: у шины PCI не было никакой перспективы к увеличению пропускной способности, хорошая видеосистема на базе Voodoo2 Graphics требовала немалых затрат и занимала уйму места в материнской плате, да к тому же и конкуренты не сидели на месте, разрабатывая все более мощные чипы…

Дальнейшая судьба 3dfx

После ухода с рынка видеокарт Voodoo2 Graphics компания 3dfx обновила линейку своих видеокарт. Новые чипы - Banshee, Velocity и Voodoo3 для шины AGP и PCI, были также представлены в нескольких модификациях, все шло нормально и ничто не могло предвещать беду.

Однако через неделю после появления Voodoo3 Graphics для AGP на прилавках магазинов появились новые видеокарты от конкурентов - NVIDIA RivaTNT2, Matrox G400, ATI Rage128 Pro и S3 Savage4. Самым главным конкурентом Voodoo3 была линейка чипов NVIDIA RivaTNT2. Чип от NVIDIA поддерживал 32-битный цвет, z-буфер, полнофункциональное использование шины AGP и большие текстуры. До выхода игры Quake II от id Software это было не так актуально. Но с появлением этой игры низкая функциональность видеокарт 3dfx стала более заметной и неблагоприятной.

Выход модернизированной версии Voodoo3 затянулся надолго. Сначала он был обещан на август 1999 года, затем перенесен на середину осени, потом снова откладывался… Тем временем выходит GeForce256, устанавливая новый уровень производительности и технологической начинки видеокарт.

Проблемы в 3dfx не исчезали, по каким-то причинам было слишком много брака, и новый чип никак не поступал в серию. В конце концов проблему выявили, но уже было слишком поздно. Рэнди Эйзенбах, руководитель производства, сократил штат инженеров, которых осталось всего двое и, судя по слухам, "сливал" информацию конкурентам. Чтобы как-то "свести концы с концами" 3dfx в июле 2000 года безуспешно попыталась продать свою фабрику по производству видеокарт в Мексике.

Через пару месяцев, в сентябре 2000 года, 3dfx сделала вынужденный решающий шаг. В надежде избежать разорения, она полностью отказалась от производства видеокарт, сосредоточившись на чипах. Но, с выходом NVIDIA GeForce2 GTS и NVIDIA GeForce2 MX, с которыми линейка чипов Voodoo 4 и Voodoo 5 просто не могла конкурировать, дела 3dfx стали совсем плохи… И уже 6 сентября стало понятно, что даже хороший инвестор не спасет ситуацию - 3dfx начала поиски потенциального покупателя их видео бизнеса.

Первые переговоры с NVIDIA состоялись 25 октября. Во время проведения переговоров компания 3dfx убедила NVIDIA в том, что приобретение их бизнеса будет очень выгодным и перспективным. Были раскрыты все секретные наработки в области видеокарт, а также изложены спецификации уже существующих технологий. NVIDIA этим заинтересовалась и предложила еще одни переговоры, до которых, кстати говоря, 3dfx могла и не дожить (ее уже в декабре могли объявить банкротом). В итоге, NVIDIA купила 3dfx со всеми ее наработками и технологиями, которые, как видите, сейчас ей пригодились.

SLI и PCI Express

Прошлое прошлым, а мы вернемся в наше время. NVIDIA, возрождая технологию SLI, решила не менять ее название. Изменилась только расшифровка аббревиатуры. Теперь SLI - это Scalable Link Interface, что переводится как "Масштабируемый Интерфейс Соединений".

Суть ее работы также осталась прежней. Она заключается в распределении нагрузки между двумя графическими адаптерами, находящимися в одном компьютере и соединенными между собой специальным мостиком (SLI-bridge). Это позволяет заметно увеличить производительность в 3D-приложениях, хотя и требует немалых затрат.

Почему нельзя было реализовать SLI раньше? Ответ прост - потому что на материнских платах был только один разъем для графических адаптеров - AGP. Сейчас же есть PCI Express.

Разъемов с этой шиной на современных материнских платах - как минимум 2, а зачастую намного больше. Да и сама NVIDIA сегодня может себе позволить очень многое - ведь она производит не только видеочипы, но и чипсеты для материнских плат. А значит, ее в некотором роде можно считать диктатором новых направлений в сфере ИТ.

Отличия новой и старой технологии SLI

Принцип работы SLI, а также тест видеосистемы вы можете прочесть в статье "Технология SLI: AMD против Intel". В этом же материале рассмотрены отличия SLI от 3dfx и SLI от NVIDIA.

В отличии от SLI решения 3dfx, для работы SLI от NVIDIA вам понадобятся не три, а всего две видеокарты. Ведь во всех современных адаптерах ускоритель объединен с видеокартой. Это выгодно по двум причинам: задействовано меньше свободных разъемов на материнской плате, а также отсутствуют задержки при оцифровке изображения и вывода его на монитор.

Как в случае с Voodoo Graphics, обе видеокарты NVIDIA соединяются с помощью SLI-bridge (SLI-мостика). Мостики бывают разной длины, в зависимости от расстояния между видеокартами. Крепится SLI-bridge на специальный разъем, который есть на каждой SLI-совместимой видеокарте. Вся информация между видеокартами передается не через шину, а через мостик на скорости около 1 Гб/с. Один из адаптеров - ведущий, второй - ведомый, к ведущему подключается монитор. На ведущей карте находится фрейм-буфер, которому сообщается вся обработанная информация с обеих видеокарт и совмещается между собой.

В отличии от 3dfx SLI, современные видеокарты могут работать в двух режимах: Split Frame Rendering и Alternate Frame Rendering. Режим Split Frame Rendering очень напоминает реализацию SLI от 3dfx. Вся картинка делится на две части таким образом, чтобы нагрузка на видеокарты при обработке изображения была приблизительно одинаковой. Заметьте, что если бы кадр делился на две равные части, нагрузка на видеокарты была бы не одинаковой. Например, в автомобильных симуляторах вся сложная часть трехмерной модели находится в нижней части экрана, а в верхней части помимо красивого горизонта, почти ничего нет. Так, одна видеокарта будет работать в полную силу, а вторая "отлынивать".

Чтобы этого не допустить, драйвера распределяют нагрузку между видеокартами должным образом. Поскольку игровые сцены в компьютерных игрушках носят нестабильный характер, драйверу нужно постоянно регулировать нагрузку между видеокартами.

В режиме Alternate Frame Rendering каждый адаптер обрабатывает свой кадр. Центральный процессор отправляет ведущей карте запрос на обработку первого кадра и сразу же отправляет ведомой карте запрос на обработку второго кадра. Таким образом, одна видеокарта обрабатывает нечетные кадры, а вторая - четные.

Теперь несколько слов о разгоне видеокарт. Их можно разгонять, только до одних и тех же частот и обе сразу. Так, помимо SLI режима, у геймеров есть возможность получить еще немного дополнительных fps в играх с помощью разгона.

Достоинства и недостатки новой версии SLI

Самым главным достоинством технологии SLI является увеличение производительности в 3D-приложениях. Еще одно - вы получаете возможность немного доплатить и купить две карточки NVIDIA GeForce 6800 вместо одной NVIDIA GeForce 6800 Ultra. Во многих играх увеличение производительности достигает 60-70%. В тестовых приложениях эта цифра иногда доходит и до 100%. Не разгоняя видеокарту и не рискуя ее перегревом, стало возможным увеличить производительность в играх. С точки зрения модернизации компьютера технология SLI также имеет свои преимущества. Не меняя видеокарту, вы просто докупаете еще одну, которая к моменту модернизации ПК обязательно подешевеет.

Из недостатков стоит выделить высокую стоимость видеосистемы, включая мощный блок питания (от 400 Вт) и материнскую плату на новом чипсете. Также не самым лучшим образом реализовано распределение видеопамяти. Если установить в компьютер две платы по 128 Мб, то объем полезной видеопамяти так и останется 128 Мб, а не удвоится. Это объясняется тем, что данные, полученные от API, дублируются для каждой видеокарты.

Напоследок

В конце 90х годов прошлого столетия очень многим полюбилась технология SLI. Многие и сейчас рыщут по барахолкам в поисках SLI-комплектов на базе Voodoo2. Но сейчас они уже утратили смысл, современная компьютерная индустрия уже находится на намного более высоком уровне…

И вот, технология SLI снова возродилась. Конечно, производительность видеосистем SLI 1998 года с современными не сравнить. Но принцип их работы, не считая нескольких отличий, в общем остался таким же. И кто знает, было бы ли сейчас у NVIDIA какое-то подобие SLI, если бы инженеры 3dfx не потрудились в 1998 году над разработкой ускорителей Voodoo2 Graphics, на которых впервые появилась возможность SLI...