NVIDIA Optimus - АКПП для графики ноутбука

Высокая производительность или хорошие мобильные качества? При покупке ноутбука поиск ответа на этот незамысловатый вопрос частенько заставляет пользователя терзаться в муках выбора. Разумеется, всегда хочется и того, и другого, причем сразу. На рынке уже достаточно давно существуют ноутбуки, оснащенные одновременно и экономичным интегрированным видеоадаптером, и относительно мощным выделенным GPU. Вот только почему-то они далеко не так популярны, как этого многим хотелось бы. В чем же проблема и каково ее оптимальное решение?

⇡#Зачем нужен NVIDIA Optimus

Исторически, первым ноутбуком с двойной переключаемой графикой был Sony VAIO SZ. В нем использовалась обычная для того времени интегрированная графическая система Intel, а также внешний видеоадаптер NVIDIA - одно из младших решений линейки GeForce M, но все-таки заметно более производительное, чем встроенная графика. Для того времени это был настоящий прорыв, позволивший Sony VAIO SZ быть одновременно и действительно долгоиграющим ноутбуком, и более-менее справляться с играми, разумеется, по меркам мобильных ПК. У данного решения был лишь один минус - для смены активного графического адаптера требовалась перезагрузка. В 2009 году оба ведущих производителя графических чипов - NVIDIA и ATI, разумеется, не без участия компании Intel, улучшили механизм переключения с интегрированного видеоадаптера на выделенный. В прошлом году было выпущено достаточно много ноутбуков с двойной графической системой. В новых моделях для переключения видеочипов перестала требоваться перезагрузка, однако кое-какие неудобства все-таки остались. Вот некоторые недостатки переключаемых графических систем:

• Необходимость переключения вручную. Отчасти это было автоматизировано за счет привязки к профилям энергосбережения Windows. Однако для полной уверенности в том, что используется именно тот видеоадаптер, который нужен в данный момент, приходится это проверять и переключаться вручную, если это не так.
• Затраты времени на переключение. Хотя перезагрузка ноутбука больше не требуется, для переключения графики все еще необходимо порядка 5-10 секунд или более.
• Мерцание экрана. Во время переключения происходит мерцание экрана ноутбука. Вкупе со странным поведением операционной системы в этот момент ("торможение" или временное "подвисание"), это может навести неопытного пользователя на мысль о том, что с ноутбуком что-то не в порядке.
• Блокирование переключения приложениями. Некоторые приложения могут препятствовать переключению с одного графического адаптера на другой, поэтому их приходится закрывать, чтобы разблокировать процесс. В противном случае, при работе от аккумулятора ноутбук продолжит использовать выделенный видеочип, в то время как пользователь пребывает в полной уверенности, что работает на интегрированной графике, поэтому ожидает соответствующего времени автономной работы.
• Увеличенная стоимость. Переключаемая графика использует дополнительную системную логику - коммутатор и еще один интерфейс вывода на дисплей, что увеличивает стоимость по сравнению со стандартной платформой. Из-за этого во многих случаях производители предпочитают сэкономить и использовать либо только внешнюю, либо только интегрированную графику.

Для тех, кто более менее разбирается в компьютерах, все вышеперечисленные причины не представляют особых сложностей. Однако для неопытных пользователей, коих, как ни крути, большинство, переключение графики выглядит сложной и неочевидной процедурой, в процессе которой ноутбук ведет себя "странно". Например, купил такой пользователь ноутбук, в характеристиках которого указан внешний графический адаптер, а потом не может понять, почему же у него игры "не идут". А игры медленно работают потому, что был активен профиль энергосбережения, предполагающий использование интегрированной графики. В итоге, в лучшем случае, пользователь потратит время на общение с техподдержкой, а в худшем - потеряет доверие к производителям ноутбука и графического адаптера, а также продавцу, "обманувшему" при покупке. Можно, конечно, возразить, что если человек не способен прочесть инструкцию и понять, как пользоваться технологией, то оно ему, наверное, и не нужно. Однако в XXI веке такая аргументация едва ли допустима - в магазинах ноутбуки уже давно стоят на соседних полках с микроволновками и миксерами, и пользуются ими далеко не одни "компьютерщики". А переключаемая графика - это такая штука, которая может быть действительно полезна подавляющему большинству пользователей, а не только самым "продвинутым". Так или иначе, в компании NVIDIA решили заняться улучшением и упрощением процедуры переключения между интегрированной и дискретной графикой. Результатом этой работы и стала технология NVIDIA Optimus, а что она из себя представляет, мы сейчас и рассмотрим.

⇡#Как устроена NVIDIA Optimus

Технологию можно условно разделить на две составляющие - программную и аппаратную. Программная часть осуществляет слежение за обстановкой. Она распознает текущие потребности в производительности и включает или отключает выделенный графический процессор в соответствии с ситуацией. Компания NVIDIA выделяет два наиболее существенных программных аспекта технологии Optimus: во-первых, это Optimus Routing Layer (слой маршрутизации Optimus), во-вторых, набор профилей приложений Optimus. Слой маршрутизации позволяет распознавать потребности приложений в автоматическом режиме. Выделенное видеоядро активируется, если приложение посылает один из трех видов вызовов:

• DX Call: любое DirectX-приложение (в частности, графический движок любой игры) инициирует этот вызов;
• DXVA (DirectX Video Acceleration) Call: этот вызов посылают программы воспроизведения видео;
• CUDA Call: инициируется приложениями, использующими NVIDIA CUDA.

В дополнение к автоматическому распознаванию потребностей приложений, в технологии NVIDIA Optimus также поддерживается набор профилей приложений - для каждой из установленных в системе программ создается свой набор настроек. Как обещает NVIDIA, ассортимент профилей будет постоянно и автоматически обновляться, так что можно особенно не переживать о том, что для используемого вами приложения его не обнаружится. В крайнем случае, профиль можно создать самостоятельно. С аппаратной точки зрения, в NVIDIA Optimus существует два нововведения. Во-первых, в системе с двойной графикой на основе NVIDIA Optimus всегда используется один и тот же интерфейс вывода на монитор - тот, который встроен в "северный мост" чипсетов Intel. А интегрированный и выделенный графические чипы взаимодействуют друг с другом по стандартной шине PCI Express. Соответственно, нет необходимости в дополнительных соединениях, коммутаторе и лишнем чипе вывода на дисплей, что, надо полагать, благотворно скажется на стоимости наборов микросхем для ноутбуков, использующих технологию NVIDIA Optimus. Во-вторых, для максимально быстрого и прозрачного процесса переключения видеядер, NVIDIA предусмотрела дополнительный блок, встроенный в выделенный графический адаптер, который называется Optimus Copy Engine. Этот "движок копирования" снимает с графического процессора нагрузку по синхронизации содержимого выделенной видеопамяти и разделяемой оперативной памяти, которая используется интегрированной графикой.

⇡#Как работает NVIDIA Optimus

С точки зрения пользователя, эта система работает предельно просто. Если используется приложение, в котором использование внешнего GPU может принести определенную пользу, скажем, повысить качество видео, скорость рендеринга, снизить нагрузку на процессор и т.д., то система включает выделенный, более производительный графический адаптер. Если приложение не сможет получить какие-либо преимущества от использования внешней графики, то задействуется более "экономичное", с точки зрения энергопотребления, интегрированное видеоядро. И, что самое главное, это происходит полностью автоматически, мгновенно, и без каких-либо видимых эффектов, способных вызвать у пользователя малейший дискомфорт. Визуально, при переключении графики с помощью технологии NVIDIA Optimus не происходит вообще ничего. Настолько ничего, что в NVIDIA даже потратили время на создание специального микро-приложения, которое показывает, какой из графических адаптеров задействован в данный момент. Эта программка создана просто для того, чтобы пользователь хоть как-то мог оценить изящество работы технологии NVIDIA Optimus. Честное слово - вживую все выглядит точно так же, как на этой анимированной картинке. "Раз" - и ноутбук переключается на выделенный видеоадаптер, "два" - и обратно, на интегрированную графику. Пользоваться технологией NVIDIA Optimus максимально комфортно - просто работаешь за ноутбуком, а он сам включает нужное видеоядро, в зависимости от "тяжести" графической задачи. Для большей наглядности имеет смысл рассмотреть несколько сценариев работы Optimus, иллюстрирующие принцип работы технологии NVIDIA Optimus.

⇡#Сценарий 1: компьютерная игра World of Warcraft

Компьютерной игре требуется высокая производительность графической подсистемы. Очевидно, что для игр выделенная графика подходит гораздо лучше, чем интегрированная. Даже в не самой требовательной игре, такой как World of Warcraft, интегрированный графический адаптер вряд ли обеспечит приемлемую частоту смены кадров при высоком качестве графики, в то время как любой современный дискретный GPU обеспечит значительно более высокую скорость и качество. Как работает NVIDIA Optimus. Пользователь запускает игру. NVIDIA Optimus распознает ее запуск и переключает ноутбук на выделенный графический адаптер для повышения производительности. Если игра будет поставлена на паузу на длительный период времени, выделенный GPU будет выключен для сбережения энергии до тех пор, пока игра не будет снята с паузы.

⇡#Сценарий 2: конвертирование и копирование видео на плеер Zune HD

Компьютеры с интегрированной графикой при конвертировании видео вынуждены полагаться исключительно на производительность центрального процессора. С другой стороны, системы с GPU производства NVIDIA способны снять нагрузку с процессора за счет использования технологии CUDA. Как действует NVIDIA Optimus. Распознается запуск приложения, поддерживающего NVIDIA CUDA, и ноутбук переключается на выделенный графический адаптер. Как только это приложение будет закрыто, происходит обратное переключение на интегрированную графику для снижения энергопотребления.

⇡#Сценарий 3: просмотр web-страниц

При работе в Сети, например, просмотре web-страниц, электронной почты и т.д., производительность графического адаптера остается незадействованной. Фактически, система с интегрированной графикой в таких условиях ни в чем не уступает системе с выделенным GPU, значительно превосходя ее в энергосбережении. Однако при воспроизведении контента использующего Adobe Flash 10.1, и особенно - потокового HD-видео, выделенное видеоядро может очень даже пригодиться. Как действует NVIDIA Optimus. Пользователь запускает web-браузер. Драйвер Optimus видит, что ресурсоемких приложений не запущено, поэтому внешний видеоадаптер остается выключенным. Благодаря этому, система потребляет меньше энергии и обеспечивает длительное время автономной работы. В то же время, производительность остается вполне достаточной для просмотра web-страниц. Однако если пользователь заходит на страницу с потоковым флэш-видео, например, Youtube, то NVIDIA Optimus распознает, что включение выделенного графического процессора может поднять производительность и качество воспроизведения роликов Adobe Flash 10.1, и включает выделенный видеоадаптер.

⇡#Где искать NVIDIA Optimus

В 2010 году основным партнером для продвижения технологических новинок NVIDIA была выбрана компания ASUS. И на данный момент именно этот производитель получил эксклюзивное право на технологии NVIDIA Optimus (а также на использование технологии 3D Vision в ноутбуках). Эксклюзив, разумеется, временный. Однако в самое ближайшее время, порядка пары месяцев, Optimus-ноутбуки будет продавать только ASUS. Сразу после этого свои устройства должна представить компания Acer. Надо полагать, прочие производители также не заставят долго ждать и выпустят аналогичные продукты. Поддержкой технологии NVIDIA Optimus обладают графические адаптеры серий GeForce 200M и 300M, а также новое поколение NVIDIA Ion. Технология в основном рассчитана на ультрапортативные компьютеры: нетбуки, CULV-ноутбуки, наиболее компактные модели "обычных" производительных ноутбуков. Хотя, конечно, задействовать ее можно в любом компьютере, к примеру, в ASUS собираются использовать технологию NVIDIA Optimus в одном из будущих ноутбуков игровой G-серии. И все-таки, первым ноутбуком, поддерживающим технологию NVIDIA Optimus, стал ASUS UL50Vf - самый крупный представитель тонкой, легкой и долгоиграющей серии портативных компьютеров ASUS. По большому счету, не очень понятно, как можно численно измерить "полезность" NVIDIA Optimus. Ведь эта технология не обещает никаких количественных улучшений, и в сухих цифрах она ничем не лучше (но, конечно, и не хуже) любой другой системы, использующей "гибридную" графику, будь то старая реализация Sony, требующая перезагрузки, или одно из прошлогодних решений от ATI или NVIDIA. Дело в том, что NVIDIA Optimus лучше обоих "поколений" переключаемой графики не количественно, а качественно. Единственное, что можно было бы измерить - время переключения графики, с NVIDIA Optimus и без. Но и это фактически бессмысленно, поскольку без NVIDIA Optimus процесс переключения занимает около 5-10 секунд, а с Optimus - доли секунды. А уж какие именно доли - три тысячных, четыре сотых или полторы десятых, в принципе, совершенно не важно. Разница в любом случае огромна.

⇡#Выводы

Компания NVIDIA провела хорошую работу, проанализировав все недостатки существовавших систем переключения графики и последовательно устранив их. Благодаря упрощению Optimus аппаратной части (и, разумеется, тому факту, что отныне большинство процессоров Intel будет оснащаться встроенной графикой), производители более охотно будут делать ноутбуки с подобной двойной графикой. А благодаря простоте и прозрачности использования, покупатели ноутбуков будут больше заинтересованы в гибридных графических системах. Оба этих факта, в конечном итоге, должны увеличить распространение таких систем и максимально снизить цену вопроса.