IGP/GPU實時切換 詳解NVIDIA Optimus

2024-04-06 14:42:06

    泡泡網顯卡頻道2月13日 第二代Switchable Graphics 儘管已變得實用，但仍然不受到用戶注意，尤其是非專業用家的一般使用者，更是不願意付出更多的錢購買自已可能無法駕馭的技術，因此NVIDIA 決定研發更智能、更先進的GPU 省電技術，並命名為NVIDIA Optimus 技術。 

   有別僅用硬體單純地透過切換顯示輸出線路，選擇在IGP或是GPU工作，而是以驅動程式層面把把需處理的所有3D渲染工作，交由GPU作出運算處理，但最終圖像輸出至屏幕的仍是Intel IGP 處理器。因此IGP的只是被當作一個簡單的顯示控制器，但卻因此達成了無縫，無閃爍的經驗，沒有必要重新啟動，情況就如當年3DFX 加速卡把3D工作完成，並以2D顯卡作顯示輸出一樣。

   NVIDIA Optimus 技術不再需要額外的MUX線路， IGP/GPU實時切換的架構成本大幅下降，僅在高負載的3D程序及需要CUDA 運算時， GPU才會從完全斷電的睡眠狀態自動醒過來，並在完成工作後自動關掉，一般使用下不會感到它的存在，而不太重負載的工作則會交由Intel IGP負責，令Notebook達至省電與高效能兼備的效果。 

    Optimus架構，NVIDIA 軟體工程師製作了由數10萬行序程所達成，完全符合Microsoft API及不同顯示標準API的介面，以協議Intel IGP 與NVIDIA GPU 之間的分工，透過PCI-E的雙向設計，把運算及3D 渲染結果傳送至Intel IGP ，並沒有採用了非業界標準的序程，因此NVIDIA Optimus 技術可以完美地融合於現有的繪圖軟體及CUDA 軟體。

    新的NVIDIA Optimus技術中，由於IGP和GPU是同是並存，兩者將負責不同的工作，與昔日採用硬體切換並獨立運作的原理並不相同，因為GPU必需要把完成的3D 渲染資料傳送給IGP作顯示輸出，因此除了在GPU本地的Framebuffer 需要存放顯示的資料外，同時亦會把顯示的資料抄送至系統記憶體給IGP 作畫面輸出，這是一個非常浪費資源的動作，因此NVIDIA 在GPU 中入了全新的資料複製引擎，稱為「Optimus Copy Engine 」 。 ■

沒有Optimus Copy Engine 的話， GPU 如果要把3D渲染的結果傳給IGP 顯示，是需要把資訊複製給系統記憶體，讓IGP讀取並輸出至顯示屏，這是一個Direct Memory Access 機制中的mem2mem寫入指令，但此舉有一個重大的缺憾，就是GPU 需要等Framebuffer 和系統記憶體完成同步化讀寫後，才有空讀取Framebuffer 的資源進行下一幀畫面的渲染，導致GPU 效能大幅下降。 

    解決此一問題讓Optimus 技術得以實踐， NVIDIA在新一代40nm 的GT200M 家族及未來的GPU架構中，入了Optimus Copy Engine ，它代替了顯示核心內的內存控制器，負責把GPU Framebuffer 的資源直接拷貝至系統內存體，讓GPU 內的內存控制器可以專用負責3D渲染運算，不需要管meme2mem寫入動作。 

    而且Optimus Copy Engine支持雙向PCI-E傳輸技術，容許3D引擎在讀取系統內存的同時，亦可更新系統內存內的資料，這個非同步的DMA 運作模式令資訊傳送更有效率並令Optimus技術不會令效能出現下降，是個十分聰明的設計。 ■