NVIDIA Optimus — сочетание производительности ноутбука и долгого времени автономной работы

Статья опубликована в №10 (721) от 23 марта

Наличие в ноутбуке производительной дискретной видеоподсистемы наряду со встроенной в чипсет позволяет повысить быстродействие и общую гибкость платформы, однако до недавнего времени эта возможность ограничивалась некоторыми проблемами.

Технология NVIDIA Hybrid SLI, в которую входят GeForce Boost (объединение мощности двух GPU для ускорения работы) и Hybrid Power (динамическое переключение между ядрами для экономии энергии), представленная еще в 2007 г., должна была дать возможность выбирать, какой из установленных графических акселераторов использовать для конкретного приложения: экономичный интегрированный или производительный дискретный.

Исторически не сложилось

К сожалению, на тот момент времени сугубо программная реализация переключения обработки графики между видеоподсистемами оказалась довольно неудобной. Во-первых, оно требовало дополнительных, далеко не очевидных для обычного пользователя манипуляций: для задействования дискретного GPU нужно было переключить план энергопотребления ОС на «Производительный» (при «Сбалансированном» и «Экономии питания» переключения не происходило), для перехода на встроенную графику – наоборот. После окончания игры следовало вернуть план обратно, иначе батарея разряжалась очень быстро (отключались все технологии энергосбережения процессора в том числе). Во-вторых, поскольку вывод переключался на уровне драйвера, приходилось сперва закрывать все приложения, использующие Direct3D либо OpenGL, например видеоплееры и в некоторых случаях – даже браузер. В-третьих, в момент переключения экран несколько раз мигал, что было не слишком похоже на нормальный режим работы ПК и у неподготовленного пользователя вызывало подозрения о проблемах с оборудованием. Иногда требовалось даже перезагружать ПК, чтобы привести систему в нужное состояние. В результате, по словам президента аналитической компании Endpoint Technology Associates Роджера Кея (Roger Kay), по статистике функцию переключения графических акселераторов использовал лишь 1% владельцев подобных систем. Microsoft также не осталась в стороне: в вышедшем в ноябре 2008 г. документе «Guidelines for Graphics in Windows 7» компания сообщила, что поддержка Hybrid SLI в новой ОС не планируется по причине нестабильности и неудобства для пользователей.

Другим недостатком этой технологии, более существенным для разработчиков ноутбуков, является значительное усложнение схемотехники: нужно развести дополнительные дорожки для вывода видео от второго GPU, что приводит к появлению новых слоев текстолита и элементов на плате и, следовательно, к ее удорожанию, повышению энергопотребления, тепловыделения и снижению надежности.

Новые надежды

Схемы вывода изображения в Hybrid Graphics (сверху) и в Optimus (снизу)

NVIDIA Optimus – фактически новая инкарнация той самой идеи, в которой устранены вышеописанные неудобства. Переключение между GPU стало комфортным и незаметным для пользователя. В ряде случаев (например, при воспроизведении видео) это позволит как сэкономить ресурс батареи, так и добиться лучшего быстродействия.

Технически она реализована так: если ранее выводимый каждым из графических ядер видеосигнал передавался на собственный блок преобразования и вывода, то теперь изображение от дискретного GPU посредством шины PCI Express транслируется напрямую в кадровый буфер, встроенный в IGP. Таким образом, с точки зрения ОС при переключении видеоподсистем устройство вывода остается тем же, и не приходится проводить реинициализацию (на практике это значит, что экран более не мигает и не требуется перезагрузка).

Еще одним техническим нововведением стало внедрение в поддерживающие Optimus графические процессоры выделенного блока копирования содержимого кадрового буфера между памятью дискретного GPU и разделяемой ОЗУ интегрированного ядра.

Необходимость в выключении всех 3D-приложений перед сменой режима работы ранее объяснялась тем, что GPU нужно было полностью остановить рендеринг, перейти в режим копирования, перенести содержимое из своего буфера в ОЗУ и передать управление IGP, иначе возникнет рассинхронизация.

Теперь это происходит в фоновом режиме с достаточной скоростью для того, чтобы не требовать от пользователя никаких манипуляций и ожидания, более того, переключение вообще незаметно.

Как только запускается IGP, дискретная видеокарта полностью отключается от питания (представитель NVIDIA рассказал, что в тестовой системе Optimus можно было «на лету» вынуть из материнской платы MXM-модуль, и ОС продолжала работать). Такие развитые возможности управления питанием окажутся хорошим подспорьем в мобильных платформах.

Механизм копирования данных в Hybrid Graphics

Аппаратно Optimus поддерживается графическими акселераторами серий GeForce 200M, 300M, ION 2 и будущими GPU на базе архитектуры Fermi.

Со стороны процессоров и чипсетов поддерживаются Intel Core i3/i5/i7 (Arrandale) благодаря встроенной в них графике; Core 2 (Penryn), а точнее северные мосты для этих CPU, и новое поколение Atom Pine Trail.

По мнению NVIDIA, смысла в реализации новой технологии для платформ AMD нет, что вполне логично – в мобильном сегменте «зеленые» придерживаются закрытого подхода к построению систем, используя собственные чипсеты, графику и процессоры. К тому же у AMD есть свой аналог Optimus – ATI PowerXPress.

NVIDIA Optimus предполагает и серьезную программную базу. Новый драйвер содержит большое количество предустановленных профилей для различных приложений, определяющих, в каком случае какой из графических чипов задействовать.

Пользователь может изменять их по своему усмотрению и добавлять собственные, для чего предусмотрена возможность создания ярлыка в контекстном меню Проводника Windows для исполняемых файлов и ярлыков.

При этом заявляется о готовности технологии даже к еще не вышедшему ПО, поскольку драйвер теперь позволяет загружать обновленные профили в фоновом режиме без участия пользователя.

Практика

Механизм копирования данных между кадровыми буферами в Optimus

Оценить новое решение NVIDIA на практике нам удалось с помощью новейшего мультимедийного ноутбука ASUS N61Jv, оснащенного топовым процессором Core i5 540M, 4 ГБ ОЗУ и графическим акселератором GeForce GT325M. GPU содержит 48 потоковых процессоров, работает на частоте 450 МГц и связан с 1 ГБ GDDR3 с частотой 1.4 ГГц и шиной шириной 128 бит. Таким образом, ASUS N61Jv вполне может выступать не только как рабочий или мультимедийный ноутбук, но и в качестве игрового ПК среднего класса (с учетом разрешения матрицы 1366×768 быстродействия GPU зачастую вполне достаточно). Отдельно стоит похвалить дизайнерское решение разработчиков, подчеркивающее наличие Optimus: небольшие прорези по бокам подсвечиваются синим при работе Intel HD Graphics и белым при активации чипа NVIDIA. Из других особенностей выделим наличие порта USB 3.0, неплохой акустики Altec Lansing и стильный дизайн.

В процессе тестирования система вела себя по-разному: иногда она работала именно так, как и положено «правильной» гибридной графике, а иногда приходилось вмешиваться в настройки драйвера.

Впрочем, с точки зрения неискушенного пользователя ничего страшного в этом нет – хоть система и будет работать медленно, если не переключится на GeForce GT325M в нужный момент, но и пугающих явлений, случавшихся с Hybrid SLI, тоже не произойдет.

Чаще всего Optimus действительно правильно определяет запуск приложений с нужными API (DirectX, DXVA, CUDA) и запускает дискретную видеокарту, хотя в PCMark Vantage, например, переключение пришлось форсировать.

Режим работы Optimus при малой нагрузке

Что касается экономичности, то иногда ситуация становится парадоксальной. Так, если активно пользоваться сайтами с интернет-видео, то благодаря переложению декодирования с процессора на аппаратный блок NVIDIA PureVideo HD период автономной работы значительно вырастает.

В то же время при большой нагрузке дискретный GPU, конечно, сильно укорачивает «жизнь» батареи, однако и эффективность у него выше: игры работают гораздо быстрее, видео для мобильного телефона перекодируется за единицы, а не десятки минут.

В конце концов, намного приятнее провести час за комфортной игрой, чем полтора часа «наслаждаться» недостаточной производительностью встроенного в процессор графического ядра.

Выводы

Режим работы Optimus при большой нагрузке

Стоит подчеркнуть, что Optimus не ориентирована на изменение производительности портативных ПК в ту или иную сторону, основное ее предназначение – повышение удобства работы на системах с двумя GPU. Если сравнивать две системы, оборудованные одинаковыми GPU, процессорами и объемом ОЗУ, в тестах они продемонстрируют равное быстродействие. Однако с точки зрения удобства работы новая платформа несравнима со старой: чтобы запустить нуждающееся в повышенной мощности графики приложение с использованием дискретной видеокарты, не требуется никаких действий. Служебное приложение NVIDIA, показывающее, какое из графических ядер запущено в конкретный момент, иногда отображало 2–3 цикла включения-выключения дискретной графики в процессе запуска тестов (при переключении с трехмерного меню на двумерные заставки при загрузке уровней и т. п.), подобная гибкость позволит максимально сэкономить заряд батареи. Правда, с ориентированными на CUDA приложениями пока такой гибкости нет: как только в ОЗУ оказывается процесс, запрашивающий соответствующую функциональность (видеоконвертер или клиент распределенных вычислений), сразу задействуется внешняя видеокарта независимо от того, выполняются ли на самом деле вычисления. Также не выключается дискретный GPU, если требующее его участия приложение свернуто или пользователь переключается со вкладки с ускоряемым посредством Adobe Flash 10.1 видео (YouTube, например) на другую. Однако тут дело за дальнейшей оптимизацией драйвера, и с его развитием можно надеяться на устранение большинства недостатков.

В целом же можно констатировать, что с момента своего появления технология NVIDIA Optimus способна в значительной мере повлиять на рынок ноутбуков, поскольку она обеспечивает возможность добиться недостижимого ранее сочетания долгого времени работы от батареи и высокой производительности в 3D в тот момент, когда это нужно пользователю, и абсолютно прозрачно для него. Неудивительно, что подавляющее большинство игроков этого рынка уже представили модели с ее применением.

Як протидіяти DDoS та цілеспрямованим атакам на інфраструктуру

ВИДЕОКАРТЫ

Редакция THG,  30 июля 2010 Страница:   1

Optimus = великолепная графическая производительность и длительное время автономной работы

Технология NVIDIA Optimus, представленная в феврале 2010, привлекла к себе немало внимания, в том числе за свою простоту и эффективность. Если вы ещё не в курсе, то NVIDIA Optimus — это новая технология для ноутбуков, которая обеспечивает производительность на уровне дискретной графики, но вместе с тем даёт превосходное время автономной работы. Optimus достигает этой цели с помощью автоматического и прозрачного выбора подходящего графического процессора (GPU) для выполнения работы между дискретным GPU NVIDIA или интегрированным GPU Intel.

Технология очень важна для пользователей ноутбука, поскольку в прошлом потребителям приходилось выбирать между производительностью или временем автономной работы, при этом одна характеристика существенно страдала, чтобы «вытянуть» другую.

Старая технология под названием «Switchable Graphics/Переключаемая графика» помогла решить проблему, но у неё наблюдалось слишком много недостатков.

В случае переключаемой графики пользователи могли выбирать дискретный GPU или интегрированную графику у ноутбука, но приходилось вручную переключаться между двумя режимами. И это переключение часто требовало выхода из приложений или перезагрузки ноутбука.

Кроме того, при использовании переключаемой графики пользователь должен был запоминать, в каком состоянии находится ноутбук, после чего переключаться при необходимости. В итоге технология оказывалось неудобной для пользователей, переключение выполнялось редко.

Технология Optimus иная, поскольку она определяет наилучший графический процессор для текущей работы, после чего выполняет соответствующую маршрутизацию нагрузки. В итоге пользователь автоматически получает необходимую производительность, но и время автономной работы тоже можно максимизировать — и всё это прозрачно для пользователя, с нулевыми усилиями. Технология просто работает.

Некоторые считают Optimus «революционной» технологией, но мы на Tom's Hardware уже не раз указывали, что всё зависит от реализации технологии в ноутбуках производителей.

NVIDIA выпустила на рынок Optimus с ноутбуком Asus UL50-Vf в качестве ведущего продукта. Acer представила Optimus на рынке нетбуков с моделью Aspire One 532G.

Позднее Asus выпустила на рынок ноутбук U30jc с технологией NVIDIA Optimus, а также модели N61Jv, N71Jv и N82Jv.

• ASUS U30Jc.
• На конференции Netbook Summit в мае 2010 NVIDIA обещала, что этим летом (а если быть более конкретным, то в июне) начнётся знаковый период для Optimus, поскольку на рынок выйдет больше 50 дизайнов, а также подключатся четыре новых OEM-производителя.

Июнь действительно начался удачно для NVIDIA на выставке Computex в Тайбэе (Тайвань), где дебютировали 16 новых дизайнов ноутбуков на NVIDIA Optimus, включая именитых производителей, таких как Gateway (14″ ID49C и 13,3″ EC39C), Lenovo (14″ z460, 13″ y360) и Packard Bell (15,6″ EasyNote TX86 и 13,3″ EasyNote Butterfly). Asus также объявила пару новых нетбуков с поддержкой Optimus (12″ 1215PN и 10″ 1015PN).

Но вскоре после Computex новости стали ещё более интересными: Dell объявила, что Alienware M11x добавит поддержку NVIDIA Optimus к знаменитому 11″ геймерскому ноутбуку.

1. Alienware M11x.
2. Toshiba тоже представила три новых дизайна, все из которых основываются на NVIDIA Optimus (14″ Satellite M645-S4055, 15″ Satellite A665-S6058 и 18″ Satellite X505-Q882).

• Toshiba Satellite M645.
• Так что, похоже, NVIDIA выполняет данные раньше обещания; компания получила широкую поддержку со стороны индустрии, а именно компаний Acer, Dell, Lenovo и Toshiba, плюс отметим с десяток ноутбуков от Asus.

NVIDIA всё же смогла продвинуть Optimus как очень полезную функцию для ноутбуков, а AMD несколько запаздывает с ответом. В любом случае, с более чем 30 выпущенными на рынок ноутбуками с поддержкой NVIDIA Optimus и с десятком нетбуков, главными победителями выходят потребители.

Многие, кто попробовал Optimus в деле, отзываются о технологии очень положительно. Сегодня ноутбуки с поддержкой Optimus доступны в разных форм-факторах, от 10-дюймовых вплоть до 18-дюймовых, причём сегменты рынка тоже разные: от нетбуков до игровых систем и ноутбуков класса «замена настольного ПК».

Всё это случилось как нельзя кстати перед стартом сентябрьского сезона продаж.

Мы же на Tom's Hardware планируем представить полный обзор технологии, так что оставайтесь с нами.

Узнать подробности о технологии NVIDIA Optimus.

Nvidia Optimus: отзывы в Клубе экспертов THG

Другие статьи

Что такое технология NVIDIA Optimus

Технология NVIDIA Optimus предназначена для сочетания производительности ноутбука и долгого времени его автономной работы.

Слоган технологии звучит так: производительность + время автономной работы.То есть основной посыл NVIDIA — добиться от ноутбука высокой производительности не в ущерб времени работы.

В ноутбуке есть встроенная видеокарта, есть дискретная.Предполагается, что первую вы будете использовать во время «офисной» работы, вторую — в тех случаях, когда вам необходимо аппаратное ускорение, будь то игры, HD-видео, в том числе FullHD в браузерах, работа с мультимедиа и прочее.

Раньше для переключения между графическими картами необходимо было ваше участие — переключение происходило вручную.Над клавиатурой находится кнопка переключения режимов питания.

При этом требуется либо перезагружать ноутбук, либо перезагружать ОС или, самый лучший вариант, ничего не делать, но при этом некоторые программы могут отказаться работать, начинали просить перезагрузки.В любом случае процесс порой занимал не меньше 15 секунд времени.

Технология Optimus работает таким образом: в случае необходимости аппаратного ускорения система сама включает дискретную графику.Происходит это буквально за секунду.

У NVIDIA есть специальный индикатор, который показывает, когда работает внешняя графика, а когда — нет.

Работаете с текстом — используется встроенная графическая карта, открыли страницу с браузером, где воспроизводится FullHD-видео, — «графика» тут же включается.Переключились на другое окно, где просто текст, — и система вновь отключает внешнюю графическую карту.

Не будем вдаваться в дебри работы технологии, но представитель фирмы уверяет, что во время отключения внешней карты на неё полностью прекращается подача энергии.То есть буквально карту можно вытащить, эксперимент такой был проведен, карту с интерфейсом PCI Express просто вытащили из тестового стенда, система не ругнулась и не заметила ничего, продолжая работать на встроенной графике.

Для технологии Optimus могут быть использованы только процессоры Intel.Причем со стороны NVIDIA нет никаких барьеров, компании AMD было предложено принять участие в работе технологии, однако последние отказались.

Как следствие, Optimus можно встретить в ноутбуках с процессорами Intel Core2Duo, Core i7, Core i5, Core i3, Atom N4xx.В качестве дискретного графического решения могут выступать видеокарты GeForce M (nextgen), GeForce 300M, GeForce 200M, а также нового поколения ION.

• Технология Optimus распространяется на все классы ноутбуков: mainstream, gaming, thin and light, netbooks.
• Может прозвучать вопрос о системе работы технологии:можно ли настраивать степень отключаемости, например, деактивации лишь нескольких графических процессоров в видеокарте.
• Ответ отрицательный — Optimus работает исключительно по принципу on/off.

Технология NVIDIA Optimus обеспечивает идеальное сочетание производительности ноутбука и долгого времени его автономной работы

САНТА-КЛАРА, КАЛИФОРНИЯ — 9 февраля, 2010 — Компания NVIDIA сегодня представляет передовую технологию NVIDIA® Optimus™ для ноутбуков, которая выбирает наилучший графический процессор для текущего приложения и автоматически перекладывает нагрузку либо на дискретный GPU NVIDIA, либо на интегрированную графику, гарантируя отличную производительность при максимальном времени работы от батареи.

«Потребителям больше не надо выбирать между производительностью и долгим временем работы от батареи», — сказал Рене Хаас (Rene Haas), директор направления мобильных решений в NVIDIA. «NVIDIA Optimus дает им все сразу — отличную производительность и отличное время работы от батареи ».

Так же, как и гибридные машины выбирают между бензиновым и электрическим двигателем, технология NVIDIA Optimus выбирает между графическими процессорами.

Технология NVIDIA Optimus мгновенно переносит нагрузку на оптимальный процессор, увеличивая время работы от батареи до двух раз1 по сравнению с похожими системами с одним дискретным GPU. Для 3D игр, видео и вычислений на GPU используется высокопроизводительный дискретный процессор NVIDIA.

Для базовых приложений, таких как просмотр интернет-страниц или почты, используется интегрированная графика. Результат — долгое время работы от батареи без ущерба производительности устройства.

«Гениальность NVIDIA Optimus заключается в ее простоте», — сказал д-р Джон Педди (Jon Peddie), президент Jon Peddie Research, ведущий аналитик на рынке GPU. «Можно работать в интернете долгое время без подзарядки, а когда понадобится дополнительная мощь для таких приложений, как Adobe Flash 10.1, то Optimus автоматически переключится на более мощный GPU NVIDIA».

Ноутбуки с технологией NVIDIA Optimus скоро выйдут на рынок, первыми ласточками станут модели Asus UL50Vf, N61Jv, N71Jv, N82Jv и U30Jc. Подробнее о технологии NVIDIA Optimus смотрите на странице http://www.nvidia.ru/object/optimus_technology.html.

1 R840 потребляет примерно 8 Вт в режиме ожидания + FB — 9.6 Вт, всего 17.6 Вт. Optimus CULV+GT215 потребляет всего 8 Вт, при этом GT215 отключается вообще. 8 Вт в сравнении с 17.6 Вт — это экономия энергии более чем в 2 раза.

О компании nvidia

Компания NVIDIA (Nasdaq: NVDA) — лидер в области технологий программируемой графики и изобретатель GPU — высокопроизводительного процессора, который генерирует захватывающую интерактивную графику на рабочих станциях, персональных компьютерах, игровых приставках и мобильных устройствах. NVIDIA поставляет свои GeForce® GPU продукты на рынок развлечений и потребительский рынок, продукты Quadro GPU предназначены для рынка профессионального дизайна и визуализации, а компьютерные решения Tesla™ поставляются на рынок вычислений, требующих высокой производительности. Главный офис NVIDIA расположен в Санта-Клара, Калифорния, а филиалы компании находятся в Азии, Европе и Америке.

За дополнительной информацией обращайтесь: Ирина Шеховцова NVIDIA Corporation Тел.: +7 (495) 981 03 00 доб. 10777

E-mail: irinas@nvidia.com

Отдельные заявления данного пресс-релиза, включая, но не ограничиваясь ими, упоминающие о преимуществах, особенностях, влиянии и возможностях технологии NVIDIA Optimus, приводятся с расчетом на будущее и могут изменяться в результате обстоятельств и рисков, приводящих к результатам, материально отличным от ожидаемых.

Такие обстоятельства и риски включают разработку более быстрой или эффективной технологии, использование CPU для параллельных вычислений, конструкторские, производственные или программные ошибки, влияние технологического развития и конкуренции, изменения в предпочтениях и требованиях покупателей, выбор других стандартов или продуктов конкурентов покупателями, изменения в стандартах отрасли и интерфейсах, неожиданное снижение производительности наших продуктов или технологий при интеграции в системы, а также другие риски, указываемые время от времени в отчетах, которые NVIDIA отсылает в Комиссию по ценным бумагам и биржевым операциям, включая отчет по форме 10-Q за финансовый период, закончившийся 25 октября 2009 года. Копии отчетов для SEC опубликованы на нашем сайте и доступны у NVIDIA бесплатно. Данные, относящиеся к будущему заявлению, не относятся к будущей производительности, а только к текущему моменту, и, кроме случаев, установленных законом, NVIDIA не несет ответственность за обновление таких заявлений, чтобы отразить будущие события или обстоятельства.

© Компания NVIDIA®, 2009. Все права защищены. NVIDIA, логотип NVIDIA и Optimus являются товарными знаками и/или зарегистрированными товарными знаками компании NVIDIA в США и/или других странах.

Все другие названия компаний и/или продуктов могут являться товарными знаками и/или зарегистрированными товарными знаками соответствующих владельцев.

Функции, цены, наличие и спецификации могут быть изменены без предупреждения.

NVIDIA Optimus: технология, улучшающая автономность вашего ноутбука

Автономность батареи портативных компьютеров является одним из важнейших моментов при их выборе, поскольку его основная функция заключается в том, чтобы иметь возможность носить его и использовать в любом месте, где мы хотим, поэтому чем больше автономия, тем лучше , Конечно, это зависит не только от емкости аккумулятора, но и от эффективности его аппаратного обеспечения, но даже технологии должны повысить его эффективность.

И одной из таких технологий является именно NVIDIA Optimus.

Что такое технология NVIDIA Optimus?

NVIDIA определяет это так: «Эта технология интеллектуально оптимизирует ваш ноутбук и обеспечивает впечатляющую графическую производительность, которая вам нужна, когда вам это нужно. Все это продлевает время работы от батареи, чтобы дольше использовать ваши развлечения ».

Очевидно, это не говорит нам и не объясняет ничего. Они определяют это как технологию для экономии заряда батареи и все, но как это работает?

Суть этой технологии заключается в том, что через программное обеспечение (называемое IGP или Интегрированный контроллер дисплея ) он может определить, когда мы запускаем 3D-приложение, которое требует большей графической мощности, а когда нет. Что он делает, так это использует в своих интересах тот факт, что ноутбук имеет интегрированную и выделенную графику одновременно активировать и деактивировать один или другой по мере необходимости.

Таким образом, когда мы запускаем 3D-программу, которая требует графической мощности, программное обеспечение активирует выделенный график , который имеет более высокое потребление, но когда это не так, он деактивирует его и использует интегрированный, который имеет гораздо более низкое потребление и который, следовательно, помогает экономить заряд батареи. Потому что почему активирована выделенная графика, которая потребляет гораздо больше, когда она не нужна?

Стоит отметить, что для использования технологии NVIDIA Optimus необходимо, чтобы ноутбук был оснащен встроенной в процессор графикой, а также выделенной графикой, совместимой с GeForce GTX 850M и выше графика (в том числе новый GTX 1660 Ti). Операционная система также должна быть Windows 7 или выше .

Какие преимущества дает эта технология?

NVIDIA Optimus работает полностью автоматически Таким образом, он не требует какого-либо взаимодействия с пользователем, что является первым преимуществом, так как переключение между iGPU и выделенной графикой выполняется автоматически, и поэтому мы всегда будем экономить заряд батареи, когда не запускаем приложения, требующие графической мощности. Кроме того, этот процесс выполняется в фоновом режиме и никак не влияет на то, что делает пользователь.

На самом деле и в случае, если вас что-то беспокоит, если вы, например, играете — и, следовательно, используете специальную графику — и у вас мало батареи, Optimus не будет использовать iGPU что-то, что значительно снизит производительность игры, чтобы сэкономить заряд батареи. В этом случае мы будем продолжать использовать выделенную графику для достижения наилучшей производительности, пока батарея не разрядится, сохраняя философию не вмешиваться в то, что делает пользователь.

Как Nvidia Optimus помогает экономить энергию

АрхивВидео и дисплеи

автор : Александр Деревянко   21.12.2010

В статье рассмотрена технология Nvidia Optimus и её реализация в портативных устройствах. Она помогает экономить заряд батареи при использовании внешней графики.

Технология Nvidia Optimus появилась на свет в феврале 2010 года и привлекла к себе немало внимания. Интерес был обусловлен в первую очередь простотой, во вторую — эффективностью найденного решения.

Nvidia Optimus — это технология для портативных устройств, которая обеспечивает производительность на уровне графических приложений и вместе с тем даёт длительное время автономной работы.

Optimus достигает этого благодаря автоматическому и незаметному для пользователя выбора требуемого в данный момент графического процессора (GPU).

При этом осуществляется коммутация между отдельно комплектуемым GPU Nvidia или встроенным GPU от Intel.

Эта технология важна для пользователей ноутбуков, потому что в прошлом им самостоятельно приходилось выбирать между высокой производительностью или большим временем автономной работы, что было не очень-то удобно и не всегда стабильно. Причём выбор одной характеристики приводил к падению другой: или время, или скорость.

Сама идея на первый взгляд не очень нова. Предыдущая технология, под названием «Switchable Graphics», решала ту же проблему, но у неё нашлось слишком много недостатков. В случае переключаемой графики пользователи могли вручную выбирать выделенный GPU или интегрированную графику.

Такое переключение почти всегда требовало выхода из рабочих приложений и перезагрузки ноутбука. Кроме того, при использовании переключаемой графики пользователь должен был запоминать, в каком состоянии находится ноутбук, после чего производить необходимую коммутацию.

В итоге технология оказалась неудобной в работе, и её применение осуществлялось довольно редко.

Optimus использует коммутации на другом программно-аппаратном уровне, что позволяет не отвлекать пользователя на всякие мелочи.

При ближайшем рассмотрении выясняется, что технология Optimus справляется с поставленными задачами потому, что она определяет наилучший графический процессор для текущей нагрузки и, кроме того, обеспечивает взаимно согласованную работу обоих графических чипов при их коммутации.

В итоге пользователь автоматически получает необходимую производительность, и время автономной работы при этом становится максимальным.

Многие специалисты считают, что Optimus — это революция своего рода в технологии оптимизации производительности и максимизации времени непрерывной работы. Однако в итоге всё зависит в основном от её реализации в конкретных ноутбуках.

Впервые Nvidia выпустила на рынок свою технологию Optimus с ноутбуком Asus UL50-Vf. Затем Acer представила её же на рынке нетбуков с выпуском модели Aspire One 532G. И ещё несколько позже Asus анонсирует ноутбук U30jc с технологией Nvidia Optimus, а затем и модели N61Jv, N71Jv и N82Jv.

Аппаратная реализация

Когда переключение графических адаптеров происходило вручную, это приводило к фактической остановке системы.

Отключающийся адаптер начинал процесс переноса данных другому адаптеру с высвобождения своей памяти. Затем он отключался, и подсоединялся второй чип (иногда это вызывало мигание экрана).

Ещё некоторое время система адаптировалась к новому оборудованию: новый адаптер устанавливал своё «присутствие» в системе.

Схема взаимодействия двух адаптеров такова, что не всегда данные можно безболезненно перекинуть с одной видеокарты на другую без потери информации. Соответственно при использовании трёхмерных приложений переключить графику становилось крайне затруднительно, и приложения приходилось закрывать.

Ещё один аспект: ранее система допускала наличие только одного видеодрайвера, что соответственно приводило к дополнительным сложностям, которые позволяли бы запускать разные драйверы для встроенной и интегрированной графики. Сейчас эта проблема решена на уровне ОС.

На схеме обозначен Display Driver Interposer. Это программа, управляющая переключением графического чипа. Кроме того, она делает видимым для ОС нужный в данный момент драйвер нужного чипа. Понятно, что для работы необходим и программный слой между Interposer и вторым чипом.

По-прежнему остается важным требование поддержки данного метода со стороны производителя. Сегодня Windows 7 допускает наличие в системе двух активных видеоадаптеров с разными драйверами, так что эта проблема на уровне программной поддержки разрешена с помощью корпорации Microsoft.

В новом поколении своих платформ Intel довольно резко изменила схему взаимодействия системных компонентов. Половина графического чипа ушла в общий корпус с процессором, а снаружи осталась его часть, отвечающая непосредственно за вывод изображения.

Такие изменения повлекли за собой и новую схему взаимодействия с другими компонентами. Чип Nvidia теперь подключается не параллельно и независимо, а включается в работу с IGP через шину PCI Express. Этим архитекторы добились упрощения разводки платы. Кроме того, отпала необходимость в мультиплексорах, а внешний чип стал подключаться через общую шину.

Если в работе не используются приложения, требующие мощной выделенной графики, то включается интегрированное ядро. В этом случае выводом изображения на экран занимается встроенный чип, а внешний (по отношению к интегрированному) чип Nvidia полностью отключен и не потребляет электроэнергию.

При запуске приложения, требующего внешней видеокарты, чип Nvidia включается.

Optimus реализована так, что выводом изображения на экран по-прежнему занимается интегрированный видеоадаптер. Получается, что работают сразу два графических адаптера.

Один готовит картинку, а второй в это время выводит её на экран.

Внешняя карта Nvidia, после формирования кадра, передает информацию в оперативную память, откуда его забирает интегрированная видеокарта и выводит на экран монитора ноутбука.

Как две хозяйки на кухне, не мешающие друг другу. Благодаря такому подходу переключение происходит мгновенно и прозрачно для пользователя.

Утилита для работы с Nvidia Optimus представлена стандартным и проверенным способом: имеется известная по предыдущим реализациям программка, которую может видеть любой владелец ноутбука с адаптером Nvidia. Нововведения появились лишь в виде ещё одной закладки, где прописываются данные для запускаемых приложений.

Краткий экскурс в историю

В своё время крайне оригинальным решением в этой области могла похвастать компания ATI (ныне AMD). Это так и не реализованная до конца технология XGP. Суть её состоит в том, что внутри ноутбука стоит интегрированный чип, а другой, более мощный, выносится во внешний бокс и подключается к ноутбуку по довольно быстрому интерфейсу PCI-E x16.

Явное преимущество такого подхода заключается в том, что стационарно мы получаем мощную рабочую станцию, а находясь в движении — автономный ноутбук. Коме этого, в комплекте идёт отличный выход на внешний монитор и удобная док-станция. По многим оценкам тех дней, у этой технологии есть много плюсов. Однако её не развили и не продвинули «в массы».

При этом AMD закрыла технологию патентом, предполагая, наверное, продвигать её самостоятельно.

Технология Nvidia Optimus была представлена в начале февраля и первоначально применялась только в ноутбуках компании ASUS.

К лету число поддерживающих Optimus моделей различных производителей достигло нескольких десятков, и в перспективе она должна быть внедрена во все ноутбуки с процессорами Intel (Core2Duo, Core i7, Core i5, Core i3, Atom N4xx), адаптерами Nvidia и переключаемой графикой.

В качестве дискретного графического ядра могут выступать не только адаптеры Geforce, но и новое поколение Ion, что позволяет применять технологию даже в топовых нетбуках.

ASUS постоянно выпускает новые модели, поддерживающие Nvidia Optimus. Пока она применяется в основном для портативных и мультимедийных устройств, таких как U30Jc, U33Jc Bamboo, U43Jc Bamboo, N53Jn, N73Jn и т. д.

Со временем разработка компании NVIDIA будет активно внедряться в ноутбуках других классов, за исключением, может быть, игровых — там наличие экономичного интегрированного ядра не имеет особого смысла.

В компании NVIDIA эту технологию считают одной из ключевых для рынка ноутбуков.

Что сегодня в реальности на рынке

Факты — вещь упрямая. Первым ноутбуком, поддерживающим технологию Nvidia Optimus, стал ASUS UL50Vf — самый крупный представитель серии тонких, лёгких и мощных портативных компьютеров.

А сегодня ASUS официально представила новейший ультрапортативный лэптоп — U36. Устройство построено на платформе Intel Calpella и может быть укомплектовано любым мобильным процессором из серий Core i3 или Core i5.

Отмечено, что девайс выполнен в сверхтонком корпусе из алюминия и сплава магния. Толщина корпуса составляет всего 19 мм. Данная модель поддерживает технологию Nvidia Optimus, а вес ноутбука составляет всего 1,44 кг.

По заявлениям производителя, благодаря технологии Super Hybrid Engine устройство может работать без подзарядки до десяти часов.

Ещё одна из моделей ASUS — ноутбук U36, который нацелен на конкуренцию с новыми моделями Apple MacBook Air, а также недавно анонсированными решениями от Lenovo и Sony. Этот «МИГ-29 от ASUS» выделяется среди прочих тонким корпусом из магниевого сплава (ну чем не истребитель?). Он к тому же изящен, лёгок и мощен. И посмотреть приятно и иметь такой должно быть престижно.

Другие игроки рынка тоже пытаются не отставать. Стоит назвать довольно интересный вариант компании Gigabyte, которая продолжает развивать концепт док-станции под названием Booktop. Успех первой модели М1022 в 2009 году привёл к выпуску ещё одной — М1305.

А теперь вышла и новинка T1125, в которой производитель совместил все достоинства планшетного ПК и доковой технологии. Устройство имеет поворотный сенсорный LED-дисплей с диагональю 11,6 дюйма, что позволяет использовать его и как ноутбук, и как планшет.

Компания AMD планирует в 2012 году выпускать процессоры, выполненные по 32-нанометровому техпроцессу. Современный процесс изготовления играет важную роль в производстве ноутбуков и планшетов. И это касается не только AMD. Снижая уровень нагрева и энергопотребления чипов, можно уменьшить их размеры и улучшить производительность.

Планируемое графическое ядро процессоров AMD Trinity будет поддерживать технологию DirectX 11. Работа над спецификациями DirectX 12 должна быть завершена к концу 2012 года. Если всё пойдёт по плану, то AMD получит шанс отвоевать часть рынка центральных процессоров за два следующих года.

По имеющимся оценкам, чипы AMD Trinity должны выйти на рынок позже, чем чипы Intel Ivy Bridge, которые должны иметь в два раза более мощное графическое ядро.

На сегодняшний день технология Nvidia Optimus нашла широкую поддержку среди производителей ноутбуков и портативных устройств. Все ведущие игроки этого рынка стремятся обеспечить её поддержку в своих программных и аппаратных решениях.

Что нужно знать о NVIDIA Optimus

Для большинства ПК использование встроенного графического оборудования Intel просто отлично. Вы не заметите разницы между встроенной и дискретной графикой при использовании настольных приложений.

Однако есть разница: интегрированная графика Intel потребляет гораздо меньше энергии, чем графика NVIDIA.

Используя встроенную графику с низким энергопотреблением, когда нет необходимости в выделенной видеокарте высокой мощности, ноутбуки могут экономить электроэнергию и увеличивать срок службы батареи.

Когда вы запускаете приложение, которому нужна мощная трехмерная графика, например, игра для ПК, ноутбук включает графическое оборудование NVIDIA и использует его для запуска приложения. Это значительно повышает производительность 3D, но требует больше энергии — это хорошо, если ваш ноутбук подключен к розетке.

В большинстве случаев переключение должно происходить без того, чтобы вы ничего не заметили и не нуждались в настройке. Технология NVIDIA Optimus прошла долгий путь за последние несколько лет и очень совершенна. ( Обновление графических драйверов может решить проблемы с Optimus.)

Некоторые ноутбуки могут иметь светодиод, который загорается при использовании графики NVIDIA, поэтому вы можете видеть, работает ли графика NVIDIA, разряжающая батарею.

Имейте в виду, что вы не увидите никаких преимуществ от Optimus, если оставите приложения, для которых требуется постоянная работа графики NVIDIA.

Например, Steam хочет продолжать работать в фоновом режиме, но по умолчанию графика NVIDIA остается включенной во время работы.

Если вы оставляете Steam открытым все время, время работы от батареи будет сокращено, поскольку графика NVIDIA будет постоянно включена.

Управление NVIDIA Optimus

Некоторые ноутбуки могут иметь опцию BIOS для отключения встроенной графики и исключительно для использования графики NVIDIA. Однако это не очень распространено.

Хотя графический драйвер NVIDIA довольно неплохо выполняет автоматическое обнаружение, когда необходима графика NVIDIA, он не идеален. Вы можете загрузить загруженную игру (или другое приложение, использующее 3D-графику) и заметить низкую производительность — признак того, что игра использует встроенное графическое оборудование Intel.

Чтобы заставить приложение использовать графику NVIDIA, щелкните правой кнопкой мыши ее ярлык (или файл .exe), выберите «Запуск с графическим процессором» и выберите высокопроизводительный процессор NVIDIA. Вы также можете выбрать опцию «Встроенная графика», чтобы приложение использовало ваше встроенное графическое оборудование.

Чтобы приложение всегда использовало определенный графический процесс, выберите параметр «Изменить графический процессор по умолчанию». Это откроет панель управления NVIDIA и позволит вам выбрать графический процессор по умолчанию для приложения.

Optimus от NVIDIA еще не поддерживается должным образом в Linux. Проект Bumblebee развивается, и теперь вы можете заставить Optimus работать на Linux , хотя он и не идеален.