Теоретическая производительность современных видеокарт достигает одного триллиона операций с плавающей запятой в секунду. Это в десятки раз больше, чем у самых быстрых четырехъядерных процессоров... Увы, но компьютерным играм на теоретическую скорость наплевать. Прожорливые игры вроде Crysis заставляют молить о пощаде даже самые выдающиеся видеоадаптеры современности. И здесь на помощь приходят технологии NVIDIA SLI и ATI CrossFire, позволяющие использовать сразу две и более видеокарт.

NVIDIA SLI

Легендарная Voodoo 2. Именно на ней была впервые опробована технология SLI.

Различные вариации соединительных мостов для SLI.

Аббревиатура SLI появилась около 10 лет назад. Именно тогда компания 3dfx обнародовала технологию под названием Scan Line Interleaving, что в переводе означало «чересстрочное сканирование кадров». Первым устройством с поддержкой SLI стал легендарный 3D-ускоритель Voodoo 2. Это была отдельная плата с интерфейсом PCI и двумя разъемами: к первому подключали монитор, а ко второму — специальный кабель, соединяющий Voodoo 2 с уже имеющейся в компьютере видеокартой. При работе в двумерных приложениях ускоритель простаивал и просто передавал сигнал от видеокарты к монитору. Зато при запуске трехмерных игр Voodoo 2 брал на себя всю обработку графики. Чтобы собрать SLI-систему, надо было установить второй ускоритель и подключить его к первому. В итоге получалось нагромождение плат, занимающее три разъема PCI, ведь ни AGP, ни тем более PCIe х16 тогда не было.

Принцип работы подобного SLI предельно прост: два ускорителя поочередно вычисляли строки изображения, то есть одна плата просчитывала четные строки, другая — нечетные. Что и говорить, технология для того времени была революционная, да и сам Voodoo 2 был очень удачным ускорителем. К сожалению, через пару лет дела 3dfx стали совсем плохи, и компанию вместе со всеми ее разработками купила NVIDIA. Для SLI наступил длительный период затишья.

Возвращение SLI состоялось в 2004 году, во многом благодаря появлению интерфейса PCIe х16. Он обеспечивал необходимую пропускную способность, а в системе могло быть два разъема PCIe х16. Изменилась расшифровка аббревиатуры SLI: отныне она означала Scalable Link Interface — «масштабируемый интерфейс соединения».

Типичная SLI-конфигурация.

Принцип работы алгоритма Split Frame Rendering.

Алгоритмы SLI также претерпели изменения. Вместо чересстрочного построения кадров NVIDIA предложила использовать два новых метода на выбор. Первый именуется Split Frame Rendering (SFR): изображение делится на две части, каждая из которых обрабатывается отдельной видеокартой. Пропорции частей могут изменяться в зависимости от степени нагрузки на каждую из плат. Допустим, в нижней части кадра располагается множество сложных объектов, а в верхней — только текстура неба. Тогда видеоадаптер, обрабатывающий верхнюю часть сцены, возьмет на себя большую часть кадра. К сожалению, при работе в режиме SFR обе платы вынуждены обрабатывать геометрию всего кадра целиком, что не самым благотворным образом сказывается на производительности.

Второй алгоритм называется Alternate Frame Rendering (AFR). При его включении видеокарты начинают обрабатывать кадры поочередно: одной достаются четные, другой — нечетные. В режиме AFR каждая плата просчитывает геометрию своего кадра, и, по идее, производительность здесь должна быть выше, чем в случае SFR. Однако в динамичных сценах, насыщенных резкими сменами кадров, при использовании AFR появляются неприятные рывки. Проблема в неравномерности загрузки: видеокарта, которая быстро справилась со своей сценой, вынуждена простаивать в ожидании, пока вторая плата справится со своим кадром. Из-за этого режим SFR даже при меньшем среднем числе кадров в секунду нередко обеспечивает более комфортный уровень игры. Просто за счет плавности.

Для построения современной системы NVIDIA SLI необходимы следующие компоненты.

Две одинаковые видеокарты от NVIDIA семейства GeForce 7000 или GeForce 8000. Существуют и более древние видеоадаптеры с поддержкой SLI, но сегодня они не актуальны. Откровенно офисные модели, вроде GeForce 7200 GS, в учет также не берем. Технология в ее нынешнем виде позволяет использовать две видеокарты от разных производителей и с разными частотами ядра или памяти (они автоматически уравняются). Версии BIOS также могут отличаться.

Соединительный мостик. Обычно он входит в комплект поставки материнской платы. Если вам вдруг захочется организовать SLI на базе двух GeForce 7100 GS или GeForce 7300 GT/GS/LE, то соединительный мостик не понадобится — видеокарты будут объединены на программном уровне.

Материнская плата на одном из чипсетов NVIDIA nForce с двумя разъемами PCIe х16. Платы для SLI отличаются друг от друга режимами работы графических разъемов. Существуют схемы «х8+х8» и «х16+х16»: в первом случае к каждому из разъемов PCIe х16 подводится по 8 линий PCIe, во втором — по 16. На сегодняшний день большинству графических тандемов достаточно платы, поддерживающей SLI в режиме «х8+х8». Однако при использовании флагманских видеокарт лучше отдать предпочтение модели с полноценными разъемами PCIe х16. Так вы обеспечите себя небольшой добавкой по скорости.

ATI CrossFire

Видеокарта RAGE FURY MAXX — первый эксперимент ATI по объединению двух графических чипов.

Технология CrossFire была представлена миру в сентябре 2005 года. Однако это не первый случай, когда в одной системе использовалась пара графических чипов ATI. В конце прошлого века появилась видеокарта RAGE FURY MAXX, которая вмещала в себя сразу два чипа RAGE 128 PRO. Она обеспечивала высокую производительность в играх, но из-за ряда аппаратных и программных ошибок так и не стала популярной.

Режим SuperTiling — эксклюзив компании AMD.

Современные графические тандемы ATI поддерживают три режима работы: уже упомянутый Alternate Frame Rendering, Scissors («ножницы») — точную копию режима Split Frame Rendering от NVIDIA, и SuperTiling, который действительно интересен. При использовании последнего алгоритма кадр разбивается на множество квадратов с размерами 32 на 32 пикселя. Нагляднее всего это можно представить на примере шахматной доски: белые квадраты обрабатывает одна видеокарта, а черные — другая. Нагрузка между платами распределяется равномерно, но, как и в случае с SFR/Scissors, каждый видеоадаптер должен просчитывать геометрию всего кадра целиком. При запуске игры драйвер Catalyst автоматически выбирает один из трех режимов работы, который, по его мнению, лучше всего подходит для данного приложения.

На ранних этапах развития CrossFire собрать связку из двух одинаковых плат было невозможно. Требовалась одна обычная видеокарта, а другая — из той же серии, но с дополнительным чипом Compositing Engine. Модели Radeon, предназначенные для режима CrossFire, назывались мастер-картами, а к их именам добавлялась приставка CF. Для соединения двух видеокарт между собой использовали специальный внешний Y-образный кабель, состоявший из двух разъемов DVI-I («мама» и «папа») и одного DMS-59. Надо ли говорить, что композиция из пары плат и кабеля, болтающегося позади системного блока, была далека от совершенства?

Принцип работы Alternate Frame Rendering на примере Radeon.

Шло время, и технология активно развивалась. Компания ATI предложила программную версию CrossFire, при использовании которой не требовалось наличие соединительных кабелей — видеокарты обменивались информацией через разъемы PCIe х16. Впервые программное соединение было опробовано на младших моделях Radeon, а уже потом на более мощных видеокартах. Современные платы ATI (а точнее, уже AMD), как и платы NVIDIA, связываются при помощи специальных мостиков.

Технология CrossFire очень демократична в плане выбора видеокарт: подходят любые две модели со схожей архитектурой. Например, можно объединить видеокарты Radeon HD 2600 Pro и Radeon HD 2600 XT. Но тут есть один момент: характеристики более мощного видеоадаптера будут понижены до значений более слабого. В случае нашего примера мы получим CrossFire-систему как бы на двух Radeon HD 2600 Pro.

Чипсеты, совместимые с CrossFire, выпускают не только AMD, но и Intel. Однако из всех наборов микросхем Intel один лишь Х38 может похвастаться официальной поддержкой этой технологии в режиме «х16+х16». На остальных платах CrossFire работает по схеме «х16+х4». Вообще, разница между режимами минимальна. Если вы не планируете устанавливать рекордов быстродействия, то и особой потребности в двух полноценных PCIe х16 нет. На чипсетах AMD графические разъемы работают в симметричных режимах «х8+х8» или «х16+х16». Исключение составляет лишь AMD 570X.

Когда тандема не достаточно

Связка 3-Way SLI — выбор для самых отчаянных энтузиастов.

Связка из двух видеокарт может значительно повысить производительность системы. Однако бывают случаи, когда и такого быстродействия мало. И вот в конце прошлого года NVIDIA представила новую версию SLI, позволяющую объединять сразу три видеокарты. Технология получила название 3-way SLI.

На данный момент тройную версию SLI поддерживают лишь две модели видеокарт: GeForce 8800 GTX и GeForce 8800 Ultra. Причина такой дискриминации в том, что только у этих видеоадаптеров есть по два разъема для подключения SLI-мостов. Сам мостик нестандартный: на нем не два, а целых шесть разъемов. Кстати, теоретически видеокарты можно соединить и при помощи трех обычных мостов: двух жестких и одного гибкого.

Современная плата с четырьмя разъемами PCIe х16 и поддержкой технологии CrossFire X.

Для сборки системы 3-way SLI понадобится материнская плата, основанная на наборе системной логики NVIDIA и оснащенная тремя разъемами PCIe х16. Речь идет о моделях на базе чипсетов nForce 680i SLI и nForce 780i SLI. Также настоятельно рекомендуется процессор помощнее, а еще лучше — самый мощный. На данный момент таковым можно считать Intel Core 2 Extreme QX9770. Надо заметить, что из всех SLI-совместимых материнских плат этот процессор дружит только с моделями на чипсете nForce 780i SLI.

Что касается прироста производительности, то тут все зависит от конкретного приложения. Как показывает практика, при наличии быстрого процессора преимущество от использования трех видеокарт в сравнении с двумя может достигать 30-35%. Однако все свои преимущества технология раскрывает только на очень больших разрешениях (1920х1200 и выше) с высокими настройками фильтрации и сглаживания. Оно и понятно: вряд ли владелец системы с 3-way SLI будет запускать игры в разрешении 1280х1024 со стандартными опциями качества.

Конкурент в лице AMD не дремлет. Компания достаточно давно разрабатывает CrossFire X — свой ответ на 3-way SLI. В планах AMD значится выпуск драйвера, который позволит объединять в одной системе не только три, но и четыре видеокарты. Для соединения между собой видеоадаптеры будут использовать те же самые гибкие мостики, что и в случае классического CrossFire.

Материнские платы с четырьмя графическими разъемами уже не редкость — все благодаря чипсету AMD 790FX. Платы на его основе обеспечивают два полноценных интерфейса PCIe х16 для обычного CrossFire. При добавлении третьей или четвертой видеокарты разъемы автоматически переключаются в режим х8. 790FX поддерживает исключительно процессоры AMD, но поклонникам Intel не стоит отчаиваться. Ряд компаний (к примеру, MSI или ASUS) продают материнские платы с четырьмя графическими разъемами, но основанные на наборе системной логики Intel X38. Далеко не факт, что драйвер CrossFire Х будет обеспечивать поддержку технологии на подобных платах, но и препятствий для этого нет.

Если сравнивать технологии SLI и CrossFire в лоб, то творение NVIDIA выглядит мощнее. Но и времена, когда CrossFire была откровенно слабее конкурента, уже стали уделом прошлого. Правда, проблем, связанных с использованием графического тандема, у NVIDIA все же поменьше.

Насколько целесообразно собирать систему с двумя видеокартами? Во-первых, надо понимать, что SLI и CrossFire — это не панацея. Если ПК плохо сбалансирован, а в роли «бутылочного горлышка» выступает процессор или оперативная память, то графический тандем слабо повлияет на производительность. Во-вторых, две видеокарты потребляют много энергии и выделяют много тепла. Поэтому перед сборкой следует обзавестись просторным корпусом и мощным качественным блоком питания. В-третьих, обе технологии сильно зависят от оптимизации драйверов и игр. Сложно предугадать, насколько увеличится быстродействие в том или ином приложении от использования второй видеокарты. Иногда прирост может вообще отсутствовать.

Есть ли смысл собирать тандем из двух плат среднего ценового сегмента? Все зависит от конкретной ситуации, но в большинстве случаев покупка одной более мощной видеокарты выглядит разумнее. Не потребуется дорогая материнская плата, да и проблем с эксплуатацией будет меньше.

Новые стандарты качества

Схема работы алгоритма Super AA.

SLI и CrossFire можно использовать не только для повышения быстродействия системы, но и для улучшения качества картинки. Речь идет о режимах сглаживания SLI AA (для видеокарт GeForce) и Super AA (для Radeon).

При включении SLI AA каждая из видеокарт полностью обрабатывает один и тот же кадр, но с разными шаблонами полноэкранного сглаживания. После этого кадры накладываются друг на друга и происходит усреднение цветов соответствующих пикселей. Таким образом, качество сглаживания удваивается. Доступные режимы SLI AA: х8, х16 и х32.

Метод Super AA работает по тому же принципу, что и разработка NVIDIA. Отличие заключается лишь в доступных режимах сглаживания: 8х, 10х, 12х и 14х. Режимы 8х и 12х представляют собой соответственно «удвоенные» версии 4-кратного и 6-кратного multisampling, в режимах 10х и 14х к multisampling добавляется 2-кратный supersampling.