Nvidia Optimus – всичко за технологията

С напредването на технологиите, производителите на мобилни компютри започнаха малко по малко да осъществяват това, което до преди години се считаше за невъзможно – изравняване на силите на настолните компютри с тези на лаптопите. Това разбира се все още не е напълно постигнато, но един от най-популярните митове, че лаптопите не стават и никога няма да стават за игри е изцяло разбит. Определяното като “невъзможно” се превръща в реалност главно благодарение на инженерните умения на компаниите производители на хардуер, които все по-често успяват да усъвършенстват производствения процес – стъпка, която позволява да се създават все по-малки и по-мощни компоненти. Преди броени месеци пък станахме свидетели на трансформирането на десктоп процесор към мобилен такъв. Постижението е на Intel, а в момента моделът е най-бързото решение на пазара – Intel Core i7. Не след дълго, същата компания показа и своите Arrandale процесори, създадени по 32-нанометрова технология. Както се очакваше това е поредният голям удар – едва ли има производител на мобилни компютри, който вече да не се е насочил към тях.

Високата производителност обаче предизвиква друг проблем, на който до едно време не се обръщаше особено внимание – разходът на електроенергия. Стигна се до там, че започнаха да се произвеждат лаптопи, които при максимално натоварване издържаха до около 40 и по-малко минути с едно зареждане, което до голяма степен обезмисля главната идея за мобилизирането на изчислителните машини. Производителите трябваше да стигнат до някакво решение на въпроса – така се появиха Ultra Low Voltage процесорите. Тяхната бързина обаче не е достатъчна за сериозна работа с тежък софтуер, а и те съвсем не са единствените компоненти, които предоставят своя принос за изтощаването на батериите. Все пак съотношението им между скорост на работа и консумация на ток е много повече от задоволително. Вградените в дъното видеокарти са компоненти, които не правят впечатление с разхода си, но когато стане дума за такива със собствена памет, енергийната им ефективност става една от най-значимите характеристики. И докато Intel и AMD успяха “да си измият ръцете” с представянето на процесори с ниска консумация, компаниите произвеждащи видеокарти също трябваше да измислят нещо иновативно.

С всичко по-горе успяхме да ви опишем ситуацията, пред която трябваше да се изправят дизайнери и инженери, учени и анализатори. Те трябваше да изготвят план за запазване на високата скорост на видеокартите и успоредно с това – да не увеличават консумацията. След дълги изследвания и тестове, стана ясно, че най-лесното решение да се запазят едновременно както производителността при графично натоварване, така и издръжливостта на батерията, ще е да се интегрират две видеокарти в системите. За пръв път това се случи през 2006-та година, а главните “виновници”, за превръщането на идеята в реалност са Nvidia и Sony. По този начин не се заема особено допълнително място, но се дава възможност на потребителите да избират коя видеокарта ще използват, преценявайки какво ще правят на компютъра си.

Първите лаптопи с тази технология бяха от Sony VAIO SZ линията, които можеха да се похвалят с екипировка, включваща вграден графичен чип на Intel и дискретна видеокарта от Nvidia. Втората се заемаше с тежки графични процеси, като 3D игрите, а ако решите да разпуснете, сърфирайки в Интернет, просто трябва да изберете режим на вградена карта и да рестартирате операционната система, за да се заредят другите драйвери. В конкретната конфигурация, Sony VAIO SZ18GP разполагаше с вградена Intel Graphics Media Accelerator 950 и дискретна Nvidia GeForce Go 7400 със 128 МВ собствена TurboCache памет. Въпреки, че сега и двете предложения ни изглеждат доста слаби, в средата на 2006 година моделът струваше 2832 долара (~ 4071 лв.), при това в САЩ.

Както всяко друго нововъведение, така и това може де се усъвършенства още много. Оставяйки настрана предоставяното ни удобство, ясно се виждаха минусите на хибридната графика :

- Трябва да затворите всички отворени програми и да запазите промените или работата, която сте започнали да вършите
- Трябва да рестартирате компютъра си, за да се презаредят новите драйвери
- Трябва да помните в кой профил се намирате в момента – забравянето на активиран профил за дискретна видеокарта означава по-кратък живот на батерията. Понякога пък просто няма да ви се занимава да го променяте

С цел да подобрят удобството при използване на хибридна графика, програмистите успяха да намалят минусите, като вече не бе нужно да рестартирате цялата машина, за да превключите двете видеокарти (И все пак трябваше да затваряте всички програми, използващи DirectX). Появиха се обаче някои бъгове, а всеки път когато правите размяната беше нужно да чакате около 5-10 секунди за активация.

Стигнахме до момента, когато всичко това трябва да се промени. Всички знаем, че всеки малък минус е въпрос на време, а когато става дума за удобството им, потребителите винаги са били перфекционисти.

Вторият голям скок в развитието на идеите стана факт на 9 февруари 2010 година, а новините отново идват от Nvidia. Новата технология се нарича “Optimus”, а нейната цел е да предостави перфектния баланс между висока производителност и живот на батерията. Optimus е нещо изключително просто, на което обръщаме внимание именно заради това негово качество. Гениалността на технологията се изразява в това, че е създадена да улесни максимално живота на потребителите й, които със сигурност биха предпочели някой друг да мисли вместо тях кога трябва да превключват между вградена и дискретна видеокарта.

Точно както хибридните автомобили сами преценяват кога трябва да използват електрическия мотор и кога трябва да превключат към използващия гориво, Nvidia Optimus се справя с решението към коя видеокарта да се обърне. Най-хубавото е, че това става напълно автоматично, без да ви притеснява с въпроси и без да има нужда сами да превключвате между предварително зададени профили. Това звучи изклюително просто и наистина е такова – труден е единствено начинът, по който се постига.

За да бъде реализирана, Optimus се нуждае от комбинация между хардуерен и софтуерен модул, който управлява графичните чипове според моментното натоварване на системата.

Така нареченият Optimus Copy Engine е алтернатива на DMA методът (Direct Memory Access – Директен Достъп до Паметта), трансфериращ информация между буферът на видеокартата и системната памет. Optimus премахва също и мултиплексорите (логически схеми за свързване на няколко източника на сигнал към един приемник – няколко входа и един изход). Вградената карта се използва за допълнение към дискретната – втората пресмята графичните изчисления и изпраща резултата към интегрирания чип, за да бъдат изобразени на монитора. По този начин се преодоляват грешките при превключване между картите и нуждата от мултиплексори. Този “двигател” е интегриран във всички видеокарти, произведени по 40-нанометров процес, което включва част от 200М сериите (GeForce GTX 280M например е изработена по 55-нанометрова технология), GeForce 300M сериите и следващите поколения видеокарти (включително новите Nvidia ION).

Как компютърът разбира, че трябва да включи по-бързата видеокарта?

Има два начина – първият от тях е, чрез софтуерна заявка от включваната програма.

- DX заявка – всяка 3D игра или DirectX апликация изпраща такава заявка
- DXVA заявка – При видео плейбек (DirectX Video Acceleration)
- CUDA заявка – при стартиране на CUDA апликации
- OpenGL – при стартиране на OpenGL апликации

При гореспоменатите ситуации например, компютърът автоматично ще превключва към видеокартата със собствена памет. Разбира се, понякога е възможно тя да е необходима и без да са получени някоя от посочените заявки – тук на помощ идват профилите. За да работи правино новата технология е нужно да са инсталирани съвременни драйвери с профили, подпомагащи видеокартите да изберат правилния графичен чип. Те се запазват в Nvidia Verde драйверите, които е нужно да бъдат обновявани често, като ъпдейтите на операционната ви система или антивирусната ви програма. Те ще се съдържат малки файлове, които се пазят на Web сървър от Nvidia и се свалят автоматично от потребителите на Optimus. За подобряването на сигурността, те ще са криптирани и ще се проверяват за дупки и нередности от софтуер на отделна компания.
За тези, които държат всичко да е под техен контрол, в панелът с настройките на Nvidia ще могат да се правят собствени профили, както и да се редактират настоящите такива.

Две много важни неща на които не се обръща достатъчно внимание при разглеждането на технологията са това, че при неизползване на дискретната видеокарта тя се изключва напълно и не хаби никаква консумация на енергия. Освен за дългия живот на батерията, това помага и за задържането на по-ниски температури в корпуса, което също е много важно, особено при ултра тънките ноутбуци. Недостатък обаче все още е ограничеността – Optimus ще работи само с Windows 7 операционна система (поради използването на нова архитектура), при това само върху последните модели видеокарти на Nvidia. Това разбира се ще се промени в най-скоро време, тъй като все по-малко хора използват вече остарелите операционни системи на Windows (а и повечето от новите лаптопи така или иначе се продават с предварително инсталирана Windows 7). Стари видеокарти също вече няма да се произвеждат и вграждат в новите конфигурации, така че в общи линии почти всички нови машини с Nvidia, закупени от този момент нататък трябва да поддържат Optimus.

Лаптопи с Nvidia Optimus

Първият лаптоп с официалнна поддържка на Optimus ще е ASUS UL50Vf. Той ще излезе на пазара през месец март, тази година и ще бъде снабдена с Intel Core 2 Duo SU7300 процесор на 1.3 Ghz, Intel GS45 Express чипсет с GMA 4500MHD вградена карта и Nvidia GeForce G210M дискретна карта с 512 МВ собствена памет. Това е най-слабата графична карта, поддържаща новата технология, а компютърът е насочен към бюджетния сектор с цена от 849 долара (~ 1220 лв). След него на пазара ще се появят и N61Jv, N71Jv, N82Jv и U30Jc.
Освен Core 2 Duo (Penryn), Optimus ще може да работи и с новите Arrandale Core i3, Core i5 и Core i7 процесори, както и с Pine Trail Atom от 4хх серията.

Заключение:
Nvidia Optimus не е някакво уникално научно постижение, нито е някаква кой знае каква иновация. Optimus просто прави графичното ускорение такова, каквото трябва да бъде. По интересното не е в това, което ни предлага Optimus, а защо нещата не бяха такива от самото начало. Едва ли някой ще отрече, че творението на Nvidia трябва да бъде интегрирано във всеки един мобилен компютър. Без съмнение пътят към енергийната ефективност и високо издръжливите батерии вече е ясен – подобен начин на оптимизация вече сме видяли в Arrandale процесорите на Intel, а явно производителите вече знаят, че за да оптимизират компонентите си просто трябва да ги направят такива, че да работят когато трябва и да не работят, когато не трябва – защо ни е нужна изчислителна мощ, докато разглеждаме пощенската си кутия?

Благодаря, че отделихте време, за да прочетете тази статия! Ако имате някакви въпроси или коментари, може да използвате формата отдолу или да посетите нашия форум.
Поздрави от мен Симеон Николов и целия екип на Laptop.bg!

Още по темата:

1. Nvidia показа 16 нови лаптопа с Optimus
   На щанда на Nvidia на Computex изложението в Тайван се представят 16 нови ноубтука с Optimus технологията за съхранение на батерията, чрез автоматично превключване между...
2. Alienware M11x с нови процесори и NVIDIA Optimus
   Alienware M11x е най-малкият лаптоп, който предлага производителят на геймърски машини. Диагоналът на екрана е 11.6 инча, а дизайнът е все така уникален. M11x получава...
3. Страхотна демонстрация на Nvidia Optimus (с видео)
   В една подробна статия вече ви обяснихме как работи новата технология на Nvidia за превключване между вградена и дискретна видеокарта – Optimus. В случай, че...