Nvidia Optimus - test
9 lutego Nvidia ogłosiła premierę Nvidia Optimus, czyli kolejnej technologii pozwalającej na przełączanie kart graficznych w układach kombinowanych (zintegrowany plus wydzielony). Optimus jest o tyle innowacyjny, że przełączanie między kartami graficznymi odbywa się automatycznie, bez ingerencji użytkownika. Redakcja Notebookcheck.com otrzymała do testu notebook, w którym zastosowano to rozwiązanie - jego działanie omówiono na przykładzie Asusa UL50VF.
Dylemat
Nabywca notebooka staje zazwyczaj przed dylematem, czy wybrać komputer z kartą grafiki autonomiczną, który zużywa sporo energii, czy może jednak z kartą zintegrowaną, o niższym zapotrzebowaniu na energię i tym samym pozwalającą na dłuższą pracę na zasilaniu z akumulatora. W tej sytuacji naturalnym było, że prędzej czy później powstaną układy hybrydowe, pozwalające zmieniać jedną kartę na drugą - stało się to w roku 2007.
Dotychczas dostępne rozwiązania (ATI i Nvidii) wymagały multiplekserów, by przełączać wyjścia dwóch różnych układów graficznych i porty wideo. Multipleksery te zajmują dużo miejsca na płycie głównej, wydłużają ścieżki sygnałowe a także potrzebują stałego zasilania. Co więcej, te rozwiązania używają sterownika proxy (koniecznego przy Windows XP i Vista), który łączy sterowniki Intela i Nvidii. Stworzenie go jest skomplikowane, a po wypuszczeniu nie jest on aktualizowany. Tym samym klienci muszą poprzestać na sterownikach fabrycznych i omijają ich korzyści z udoskonaleń poprawiających wydajność i eliminujących błędy.
Choć kolejne rozwiązania umożliwiające przełączanie grafiki były coraz doskonalsze, obciążał je ciągle pewien defekt. Zmiana wyjścia grafiki powodowała mianowicie jakieś zaburzenie w wyświetlaniu obrazu, jego skakanie czy migotanie. Do tego nie można było przeprowadzić zmiany, kiedy w użyciu była aplikacja korzystająca z DirectX (wystarczył Pasjans w Windows 7).
Nvidia Optimus – rozwiązanie?
Nvidia przedstawiła właśnie trzecią generację rozwiązania zmiany grafiki, które nazwano Optimus. Umożliwia ono zmianę aktywnego układu odpowiadającego za grafikę bez ponownego uruchamiania laptopa, czarnego ekranu, skoków obrazu, zamykania aplikacji I ręcznego ustawiania. System ten działa pod kontrolą Windows 7, w autonomicznych kartach wykonanych w procesie 40 nm (z serii 200M I 300M) w połączeniu ze zintegrowanymi układami Intela (GMA 4500M, GMA 4500MHD, GMA HD, GMA 3150). Nowe karty Nvidii posiadają bowiem pewien niezbędny element, dlatego też Optimus nie działa na układach bazujących na starszych rdzeniach (np. GeForce GTX 260M, GTX 285M bazujących na G92).
Jak to działa?
Do interfejsów obrazu (wewnętrznego i zewnętrznego) podłączony jest tylko zintegrowany układ graficzny i to on przekazuje zawsze wyświetlany na ekranie obraz. Kiedy jakaś aplikacja sygnalizuje zadanie wymagające użycia układu Nvidii, sterownik uruchamia go i jest on wykorzystywany do obliczania obrazu. Wynik obliczeń nie jest przekazywany bezpośrednio (tak jak było do tej pory), ale poprzez magistralę PCI-E jest kopiowany do pamięci (współdzielonej) układu zintegrowanego. Innymi słowy, układ zintegrowany renderuje okno z wykorzystaniem zawartości pochodzącej z wydzielonej karty grafiki. Linia powrotna magistrali PCI-E normalnie jest rzadko wykorzystywana i powinna gładko uporać się z tym zadaniem. Według Nvidii dochodzi do opóźnienia w wymiarze 0,2 klatki. Tym samym zwłoka nie powinna być poważniejszym problemem. Kiedy mocniejsza karta grafiki przestaje być potrzebna, sterownik ją wyłącza i ponownie obciąża zadaniami tylko układ zintegrowany Intela.
Nowa architektura sterownika
Ważnym problemem, który przeszkadzał w sprawnym działaniu starszych rozwiązań hybrydowych, był do tej pory sam użytkownik. Części posiadaczy laptopów z takimi rozwiązaniami nie chciało się bawić w ręczne konfigurowanie tych funkcji, a część nawet nie wiedziała o ich istnieniu we własnym laptopie. Tym samym przełączanie GPU było używane rzadko i pojawiało się tutaj niezadowolenie klientów (ze zbyt wolnego przeprowadzania operacji, jeśli nie była używana grafika wydzielona, lub z długości pracy na akumulatorze, gdy nie dochodziło do przejścia na układ zintegrowany). Aby rozwiązać ten problem i odciążyć użytkownika, Nvidia wdrożyła nową architekturę sterowników.
Sterownik może skorzystać z wewnętrznej listy profili, na której zapisane są poszczególne ustawienia grafiki (m.in. czy ma być użyta karta grafiki). Przy uruchomieniu każdej aplikacji sterownik wczytuje dane z tej listy i, jeśli trzeba, włącza mocniejszy układ graficzny. Dzieje się to w pełni automatycznie, dzięki czemu użytkownik teoretycznie nie musi się troszczyć o zmianę urządzenia. System ten funkcjonuje dobrze, o ile oczywiście wspomniana wcześniej lista pozostaje aktualna. Jako że wielu użytkowników nie aktualizuje oprogramowania karty graficznej, a aktualizacje sterowników nie pojawiają się regularnie, lista ta nie jest doskonalona. Dlatego też Nvidia stawia w przypadku nowych sterowników na automatyczne uzupełnianie profili z internetu. Tym samym teoretycznie nawet stary sterownik powinien rozpoznać nową aplikację i wybrać optymalne dla niej rozwiązanie graficzne. Można również zmieniać te profile ręcznie lub wybierać aktywną kartę grafiki przez menu kontekstowe. Obie te metody nie działały jednak idealnie w udostępnionej redakcji demonstracyjnej wersji urządzenia. Przy korzystaniu z metody menu kontekstowego były problemy ze skrótami na pulpicie i nie można było zmienić profili na stałe. Należy sądzić, że zostanie to poprawione w wersji finalnej.
Optimus w laptopach – kiedy?
Nvidia twierdzi, że do lata na rynku pojawi się 50 modeli komputerów przenośnych z technologią Optimus. Będą to urządzenia różnej wielkości – od netbooków na platformie Pine Trail (z Ionem 2) po notebooki typu DTR dla graczy (z GeForce'em GTS 360M). Pionierem we wprowadzaniu tego rozwiązania ma być Asus – pojawi się ono niebawem w modelach U30JC, UL50VF, N82JV, N61JV i N71JV.
Na pokazie, w którym uczestniczyła redakcja Notebookcheck.com, zademonstrowano działającego ThinkPada z tą technologią, ale Lenovo dopiero rozważa stosowanie Optimusa w swoich laptopach i nie jest to jeszcze przesądzone.
Sprawdzian praktyczny
Redakcja Notebookcheck mogła sprawdzić funkcjonowanie Nvidia Optimus na przykładzie modelu Asus UL50VF (praktycznie identyczny jak UL50VT, z tym że z technologią Nvidia Optimus), dysponującego wydzieloną kartą grafiki GeForce G 210M i zintegrowanym układem GMA 4500MHD. Co prawda ten GeForce zalicza się do kart z niskiej półki wydajnościowej, ale i tak jest przynajmniej trzykrotnie wydajniejszy od towarzyszącej mu integry. Niektóre gry o wysokich wymaganiach działają na nim nawet płynnie, choć na minimalnych ustawieniach. Poza tym G 210M oferuje wsparcie CUDA i DirectX Compute przy stosowaniu GPU do innych obliczeń (np. przy kodowaniu materiału wideo).
By można było śledzić, czy w danej chwili faktycznie aktywny jest GeForce, Nvidia udostępniła redakcji nieoficjalne jeszcze narzędzie, które pozwala na kontrolowanie statusu GPU. Nie jest ono przeznaczone dla odbiorców końcowych, ale w przyszłości użytkownicy laptopów z Optimusem otrzymają podobne narzędzie (poprzez nową edycję sterowników).
Wszystkie rozpoznane przez sterownik gry i aplikacje funkcjonowały w teście zgodnie z oczekiwaniami. Na przykład kiedy tylko została uruchomiona gra World in Conflict, startował GeForce G 210M i przejmował przeliczanie obrazu. Po zamknięciu gry karta wydzielona była wyłączana. Nie stwierdzono skoków obrazu ani długiego czasu oczekiwania na jego odświeżenie. Przełączanie grafiki było można rozpoznać tylko dzięki wspomnianemu narzędziu Nvidii i uzyskiwaniu zgodnych z oczekiwaniami osiągów. Optimus współpracuje dobrze również z Flash 10.1 i uruchamia kartę Nvidii dopiero przy odpaleniu filmiku w tej technologii (za inne aplikacje Flash odpowiada układ Intela). Na tym przykładzie widać, że Optimus niekoniecznie działa w zależności od uruchomionej aplikacji, a może także radzić sobie z ich segmentami.
Jako że Optimus nie opiera się na sterownikach modyfikowanych, trudno spodziewać się błędów w grach czy aplikacjach. Redakcja przetestowała na Asusie UL50VF 23 popularne gry i nie wystąpił żaden nieoczekiwany problem. Przełączanie grafiki w większości przypadków przebiegało pomyślnie, z jednym tylko wyjątkiem (no, ale można to złożyć na karb sterownika we wczesnej wersji beta). Jeżeli dana gra nie figurowała w sterowniku, należało przypisać ją ręcznie dla GF G 210M poprzez menu kontekstowe albo trwałą koligację w sterowniku (profile gier). Ze względu na stałe aktualizowanie architektury sterownika w przyszłości problem ten powinien być rzadkością.
Jedyną tak naprawdę niedogodnością, z jaką się zetknięto, był problem z celowym uruchomieniem aplikacji z układem zintegrowanym (wbrew schematowi sterownika). Często zdarzało się tak, że dany program ruszał jednak z kartą Nvidii zamiast z układem zintegrowanym (dostarczona wersja sterownika zawierała błąd nie pozwalający na zachowanie przyporządkowania w profilu). Ten feler można jednak przeboleć, zważywszy na to, że użytkownik raczej nie będzie przejawiał chęci do odpalania aplikacji 3D z wykorzystaniem wolniejszego układu zintegrowanego (zjawisko to dotyczyło bowiem przede wszystkim zasobożernych gier).
Ciekawą sprawą jest wbudowane wyjście HDMI. W laptopie Asusa nie było ono połączone z kartą zintegrowaną ale z GeForce'em. Z tego powodu karta Nvidii aktywowała się za każdym razem przy podłączeniu poprzez HDMI zewnętrznego monitora lub telewizora. Jest to cokolwiek irytujące (z racji wyższego zużycie energii) w przypadku, kiedy na dłużej czy stale chce się korzystać z zewnętrznego wyświetlacza. Wyjście VGA funkcjonowało natomiast zarówno z GMA jak i z GeForce'em (działało przełączanie).
Poza tym w UL50VF zachowano sprzętowy przełącznik grafiki z UL50VT, choć pod Windowsem jest on bezużyteczny (jako że system ten nie obsługuje na razie ręcznego przełączania w sterowniku).
W teście sprawdzającym przebiegi na akumulatorze również zostało potwierdzone, że w UL50VF można zmieniać aktywny układ graficzny. Udało się mianowicie uzyskać znakomity czas w wymiarze 11 godzin i 47 minut w teście czytelnika programu Battery Eater, podczas gdy przy włączonym układzie GeForce G 310M bateria wyczerpała się w tym samym teście po 8 h i 20 minutach. W teście obciążeniowym (Open GL) przebiegi te wyniosły odpowiednio prawie cztery i prawie 3 godziny.
Również podczas pomiaru poboru mocy dała o sobie znać korzyść z posiadania układu hybrydowego. W trybie jałowym, bez obciążenia, zmierzono pobór wyższy o 4 W przy włączonej karcie Nvidii (wynosił on 10,8 W, kiedy aktywny był tylko układ Intela). Przy pełnym obciążeniu (FurMark plus Prime95) różnica wynosiła 6 W (maksymalny pobór mocy z aktywnym GeForcem sięgał 53,7 W).
Podsumowanie
Technologia Nvidia Optimus wypadła w testach pozytywnie. Rozwiązanie hybrydowe zostało dopracowane i pod tą postacią powinno się stać szerzej rozpowszechnione. Dokonując bilansu, można powiedzieć, że komputer z Optimusem jest oszczędniejszy, chłodniejszy, cichszy i wykazuje się dłuższą pracą na akumulatorze od porównywalnego notebooka dysponującego tylko kartą wydzieloną. Nowa architektura sterownika i koncepcja automatycznego przełączania grafiki funkcjonują zadowalająco dobrze już w tej początkowej fazie rozpowszechnienia (pokazy prasowe) i zwykle nie wymaga ingerencji użytkownika.
Optymalnym rozwiązaniem byłoby oczywiście wyposażenie laptopa w jedną kartę grafiki, która we wszystkich trybach pracy zużywałaby tylko minimalne ilości energii. Takiego rozwiązania jednak nie ma i raczej nie prędko się go doczekamy. W tej sytuacji Optimus wydaje się świetnym rozwiązaniem dla użytkownika, który z jednej strony potrzebuje większej mocy graficznej, a z drugiej kładzie duży nacisk na możliwie długie działanie komputera bez zewnętrznego źródła zasilania.
