ATI CrossFire - Raport dotyczący technologii CrossFire to nowa technologia opracowana przez ATI, polegająca na łączeniu kart graficznych w obrębie jednego systemu. Oto podstawowe korzyści: wyŝsza wydajność - do dwóch razy większa liczba klatek niŝ w przypadku pojedynczego GPU. wyŝsza jakość obrazu - do dwóch razy wyŝsza jakość antialiasingu niŝ w przypadku pojedynczego GPU przy maksymalnej wydajności wyŝsza kompatybilność - poprawione efekty w kaŝdej aplikacji 3D wyŝsza elastyczność - prosty upgrade systemów GPU, obsługa pojedynczego lub wielu monitorów system ATI CrossFire z dwiema kartami Otaczający nas świat składa się z nieskończonej liczby detali. Proces tworzenia światów wirtualnych, które chcą sprostać temu poziomowi złoŝoności moŝe pochłonąć nieograniczoną moc obliczeniową. RozłoŜenie tego zadania na skończoną liczbę składowych, takich jak piksele i wielokąty, równoległe obliczenia na wielu elementach, mogą nam pomóc zbudować taki złoŝony obraz. Rzecz jasna najłatwiejszym sposobem podniesienia mocy obliczeniowej jest powiększanie liczby tranzystorów, które wykonują to zadanie. JednakŜe po przekroczeniu pewnego punktu, koszt mikroprocesora wzrasta geometrycznie w stosunku do wzrostu jego rozmiaru i liczby tranzystorów. Niestety, wydajność nie wzrasta w tym samym tempie. Celem wieloprocesorowej technologii jest umoŝliwienie proporcjonalnego wzrostu niezaleŝnie od technologicznego procesu wytwarzania. ATI jest jednym z pionierów wieloprocesorowej technologii. Jeśli pamiętacie nasze artykuły jeszcze z 1999 roku, mieliśmy okazję testować wtedy technologię ATi MAXX, wykorzystującą opatentowaną technikę Alternate Frame Rendering (naprzemienne renderowanie klatek). Karta graficzna Rage Fury MAXX łączyła dwa procesory Rage 128 PRO na pojedynczej płycie przeznaczonej dla wymagających graczy.
Pomimo ograniczeń narzuconych przez interfejs szyny AGP, była w stanie osiągnąć prawie 80% wzrost liczby klatek przy wysokiej rozdzielczości w grach takich jak Quake 3. W 2001 roku, ATI rozpoczęła współpracę z Evans & Sutherland mającą na celu opracowanie wieloprocesorowych stacji roboczych. Rezultatem okazał się simfusion image generator, który wykorzystywał 4 ATI GPU na płycie. Wersje oparte na procesorach RadeonŽ 9700 i 9800 wyposaŝone w technologie ATI o nazwie Supertiling i Super AA, mogą obsługiwać do 24 próbek antialiasingu w czasie rzeczywistym przy wyjątkowo wysokich rozdzielczościach. Aby spełnić wymagania jeszcze bardziej wymagających aplikacji, generatory obrazu simfusion mogą być razem łączone. System wizualizacji Evans & Sutherland RenderBeastŽ wykorzystuje do 16 połączonych kart simfusion, co daje w sumie 64 GPU. Cały system jest w stanie tworzyć do 768 miliardów pikseli na sekundę i obsługiwać do 384 elementów antialiasingu. Technologia ta sprawdziła się w wojskowych symulatorach, komercyjnych symulatorach lotu, planetariach, wizualizacji w przemyśle motoryzacyjnym i innych przemysłowych zastosowaniach.
Płyta SimFUSION 6000q z poczwórnym GPU Radeon 9800 Mimo, Ŝe wieloprocesorowe technologie były rewolucyjne, ograniczenia w obsłudze technologii sprawiły, Ŝe nie były w stanie dostarczyć swoich wszystkich moŝliwości szerokiemu gronu uŝytkowników PC. Aby przezwycięŝyć te kłopoty potrzebny był szybki, stosunkowo tani, dwukierunkowy interfejs pomiędzy składnikami PC. W 2004 roku, wprowadzenie platformy PCI Express sprostało wspomnianemu wymaganiu i pozwoliło na wprowadzenie nowej generacji wydajnej wieloprocesorowej technologii dla komputerów PC. CrossFire - jak to działa? CrossFire jest wyszukaną i wydajną technologią dostępną obecnie przede wszystkim dla kart graficznych z serii X800 i X1000. Składa się z następujących elementów: karty Radeon CrossFire Edition z 'silnikiem składającym' drugiej karty PCI Express z serii X800 lub X1000 płyty głównej obsługującej CrossFire z dwoma slotami PCI Express dla kart graficznych sterowników Catalyst z obsługą CrossFire
Diagram budowy CrossFire W systemie CrossFire kaŝdy GPU ma swój dedykowany slot PCI Express połączony z układem North Bridge płyty głównej i ma przydzielony swój własny bufor komend i pamięć systemową. Przydzielenie osobnych buforów komend pozwala kaŝdemu GPU wykonywać unikalny zestaw zadań. Część pamięci systemowej przeznaczona jest do współdzielenia danych pomiędzy dwa GPU. Dzielone dane zawierają komendy synchronizacji, tekstury, pozaekranowe, oraz inne dane generowane podczas procesów modelowania. Konfiguracja wykorzystuje zalety szybkiego dwukierunkowego połączenia PCI Express, aby zapewnić płynną i wydajną współpracę pomiędzy GPU. Gdy kaŝdy z GPU ukończy przydzielone mu zadania dla danej klatki, wyniki przesyłane są do 'silnika składającego' (CrossFire Compositing Engine). Urządzenie to łączy wyniki z kaŝdego GPU w zaleŝności od wybranego trybu pracy, po czym wysyła końcowe klatki do monitora. Jest ono w stanie wykonywać zaawansowane operacje łączenia bez obciąŝania Ŝadnego z GPU. CrossFire obsługuje cztery tryby pracy, z czego trzy poświęcone są wydajności (AFR, Supertile i Scissor) a jeden jakości (Super AA). KaŜdy z trybów wykorzystuje inną metodę dzielenia materiału potrzebnego do generowania obrazów 3D pomiędzy wiele GPU. WyŜsza wydajność Kluczem do wyŝszej wydajności wieloprocesorowych systemów jest maksymalnie wydajne podzielenie obrabianego materiału. WaŜne jest takŝe zminimalizowanie dodatkowych zadań wywołanych przetwarzaniem sterowników, czy teŝ synchronizacją pomiędzy GPU - a wszystko przy równoczesnym zachowaniu kompatybilności z szerokim wachlarzem aplikacji. Aby osiągnąć taki efekt, CrossFire wykorzystuje jedną z trzech róŝnych technik dzielenia generowanego obrazu. Optymalna technika określana jest automatyczne dla kaŝdej aplikacji 3D za pomocą Catalyst A.I., który jest składnikiem sterowników ATI. Te trzy techniki to: Alternate Frame Rendering, Supertiling, i Scissor. Tryb Alternate Frame Rendering (AFR) - naprzemiennego generowania klatek.
W tym trybie wszystkie parzyste klatki renderowane są przez jeden GPU, a nieparzyste przez drugi. Ukończone klatki z obu GPU przesyłane są do 'Compositing Engine' na karcie CrossFire Edition, która z kolei przesyła je do monitora. Dzięki moŝliwości całkowicie osobnej pracy GPU, AFR zapewnia największą poprawę wydajności ze wszystkich dostępnych trybów. Jest to takŝe jedyny tryb, który pozwala na połączenie pełnych moŝliwości przetwarzania vertex obu GPU. Głównym ograniczeniem tego trybu jest fakt, Ŝe nie moŝe on być wykorzystywany w aplikacjach, w których obraz jest zaleŝny od danych wygenerowanych w poprzedniej klatce. Wynika to stąd, Ŝe AFR generuje kolejne klatki równocześnie za pomocą róŝnych GPU. W takich przypadkach, zamiast AFR, zastosowanie znajdują tryby Supertile lub Scissor. Tryb Supertile W tym trybie kaŝda klatka, która ma zostać wygenerowana, dzielona jest na kawałki według wzoru szachownicy, w wyniku czego trafiają one po połowie do dwóch GPU. Z racji tego, Ŝe przetwarzane części są małe (32x32 piksele), metoda ta sprawdza się bardzo dobrze poniewaŝ równo dzieli materiał pomiędzy GPU, bez względu na to jaki obraz wyświetlany jest na ekranie i bez dodatkowego obciąŝenia ze strony oprogramowania. Tryb Supertile ma tę zaletę, Ŝe jest w stanie współpracować w zasadzie z kaŝdą aplikacją 3D. Równocześnie, istnieje niewielka liczba aplikacji, w których rozkład materiału wg Supertile nie zapewnia optymalnej wydajności. W tych przypadkach wykorzystany moŝe być tryb Scissor.
Tryb Scissor W tym trybie kaŝda klatka dzielona jest na dwie sekcje, z których kaŝda przetwarzana jest przez jeden GPU. Podział moŝe być poziomy lub pionowy, równy (50/50) lub nierówny (np. 60/40 lub 70/30). Właściwa konfiguracja określana jest automatycznie dla kaŝdej aplikacji. Mimo Ŝe generalnie tryb Scissor jest mniej wydajnym sposobem dzielenia materiału niŝ metoda Supertile, istnieją okoliczności, w których sytuacja moŝe być odwrotna. Tryb Scissor jest obsługiwany przez CrossFire w celu maksymalizacji kompatybilności i wydajności. CrossFire - wyŝsza jakość obrazu Jednym z podstawowych problemów wczesnej technologii wieloprocesorowej jest poradzenie sobie z aplikacjami 3D, które ograniczane są wydolnością CPU, a nie GPU. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku aplikacji, które mogą być wykonane na pojedynczym GPU tak szybko, Ŝe osiągają ilość klatek na sekundę duŝo większą niŝ odświeŝanie monitorów. W takich sytuacjach dodatkowa moc zapewniona przez drugi GPU jest ewidentnie marnowana, poniewaŝ na drodze stoją ograniczenia CPU i urządzeń wyświetlających. Sytuacje te mogą być bardzo częste w przypadku szybkich systemów, nawet gdy jakość obrazu ustawiona jest na najwyŝszy poziom. W przypadku systemów wyposaŝonych w nieco starsze CPU lub wyświetlacze o ograniczonej rozdzielczości, takie jak popularne LCD 1280x1024, wartość drugiego dodanego GPU moŝe być niewielka. Technologia ATI CrossFire stara się rozwiązać ten problem za pomocą trybu Super AA, który korzysta z drugiego GPU, aby poprawić jakość obrazu, a nie zwiększyć liczbę wyświetlanych klatek. Tryb Super AA Antialiasing (AA) jest dobrze znaną techniką renderowania obrazu, zaprojektowaną aby niwelować powszechne i niechciane podczas tworzenia obrazów 3D zjawiska takie jak nierówne krawędzie, drgania, problemy z pikselami. Zamiast określać kolor kaŝdego piksela na ekranie przez samplowanie pojedynczych lokacji w środku piksela, antialiasing sampluje wiele lokacji w obrębie danego piksela i łączy razem wyniki, aby określić ostateczny kolor. Dzisiejsze procesory graficzne stosują róŝne techniki antialiasingu. Najnowsza generacja GPU Radeon z technologią SmoothVision HD, korzysta z metody zwanej Multi-Sample Anti-Aliasing (MSAA). Metoda ta zbiera próbki z 2, 4, lub 6 programowalnych lokacji w
kaŝdym pikselu i łączy właściwą próbkę korekcji gamma w celu wygładzenia krawędzi wielokątów. Pobieranie większej liczby próbek na piksel zwiększa jakość końcowego obrazu. Nowe tryby CrossFire Super AA czerpią korzyści z moŝliwości jakie oferują programowalne próbki SmoothVision HD, aby zapewnić jeszcze wyŝszą jakość antialiasingu na wieloprocesorowych systemach. GPU renderują tę samą klatkę przy włączonym antialiastingu, ale korzystają z róŝnych lokacji. W momencie, gdy obie wersje tej samej klatki są gotowe, zostają one połączone za pomocą CrossFire 'Compositing engine'. Powstały obraz ma dwa razy więcej próbek, tak więc 4x i 6x AA staje się odpowiednio 8x i 12x Super AA. Tryb Super AA Porównanie wygładzania krawędzi za pomocą 6x AA i 12x Super AA Podczas gdy nowe tryby antialiasingu zapewniają niezwykłą jakość i wydajność, ograniczane są krawędziami wielokątów. Niektóre typy tekstur, szczególnie te z przezroczystymi polami, mogą zawierać aliasing, który nie został usunięty przez techniki MSAA. Inna forma antialiasingu, znana jako Super-Sample Anti-Aliasing (SSAA) moŝe być wykorzystana w takich właśnie przypadkach poniewaŝ zajmuje się ona kaŝdym pikselem obrazu. Mimo Ŝe normalnie działa ona trochę wolniej od MSAA, moc wielu GPU sprawia, Ŝe znajduje ona zastosowanie i jest bardziej praktyczna. Najprostsza i najczęściej uŝywana forma SSAA wymaga, Ŝeby obraz został najpierw wyrenderowany w wyŝszej rozdzielczości niŝ w tej, w której zostanie wyświetlony. Po ukończeniu tego zadania, obraz jest dostosowywany do rozdzielczości monitora. Metoda ta ma dwie główne wady. Po pierwsze, wymaga renderowania większej ilości pikseli niŝ normalnie, co moŝe mieć drastyczny wpływ na wydajność. Po drugie, w jej wyniku otrzymujemy ustalony wzór siatki próbki, co źle wpływa na antialiasing niektórych typów poszarpanych krawędzi. Widoczne jest to szczególnie w przypadku prawie poziomych i pionowych krawędzi. Super AA radzi sobie z obydwoma problemami. Wykorzystuje on drugi GPU do renderowania dodatkowych pikseli wymaganych dla kaŝdej klatki, dzięki czemu
niezauwaŝalny jest spadek wydajności. MoŜe takŝe wykorzystać bardziej wydajny wzór próbek, znany jako rotated grid (obrotowa siatka), który lepiej rozwiązuje problem aliasingu prawie poziomych i pionowych krawędzi, poprawiając tym samym jakość obrazu. Dwa z nowych trybów Super AA wykorzystują kombinację MSAA i SSAA, aby osiągnąć najwyŝszą moŝliwą jakość obrazu. Pracują one uŝywając nie tylko róŝnych sampli i multisampli lokacji na kaŝdym GPU, ale takŝe dzięki delikatnemu wyrównaniu centrów pikseli. W rezultacie, kaŝdy GPU renderuje obraz z róŝnej perspektywy, oddalonej od siebie o około pół piksela. W taki sposób działają nowe tryby 10x i 14x Super AA, łącząc 2x SSAA z odpowiednio 4x i 6x MSAA. wzory próbek antialiasngu Dodatkową korzyścią wynikająca z tych trybów jest fakt, Ŝe współpracują one z SmoothVision HD Anisotropic Filtering (AF). Jest to wysokiej jakości technika filtrowania zaprojektowana, aby tworzyć ostrzejsze, czystsze tekstury dzięki łączeniu wielu próbek tekstur (2, 4, 8, lub 16) dla kaŝdego piksela. PoniewaŜ Super AA jest w stanie renderować kaŝdy piksel z dwóch nieznacznie róŝniących się perspektyw, takŝe próbki tekstury łączone są w podobny sposób. Oznacza to, Ŝe liczba próbek tekstury dla kaŝdego piksela jest podwojona, tak więc obsługiwane moŝe być Anisotropic Filtering do 32x. Nowe tryby Super AA mogą być uruchamiane przez uŝytkowników za pomocą interfejsu centrum kontroli ATI Catalyst. Nowy suwak antialiasingu SmoothVision HD w centrum kontroli Catalyst CrossFire - wyŝsza kompatybilność i elastyczność Innym ograniczeniem poprzednich technik wieloprocesorowych był brak zgodności ze wszystkimi aplikacjami. Było to wynikiem wielu powodów, m.in. pewnych technik
renderowania niekompatybilnych z konkretną implementacją wieloprocesorową lub duŝą zaleŝnością od CPU, która negatywnie wpływała na wydajność. Problemy te ograniczały moŝliwość wykorzystania drugiej karty w systemie. CrossFire jest pierwszą technologią wieloprocesorową, która zapewnia korzyści w kaŝdej aplikacji 3D. Jest to moŝliwe dzięki obsłudze do czterech róŝnych trybów pracy, które maksymalizują kompatybilność. W momencie uruchomienia aplikacji sterowniki ATI Catalyst automatycznie wybierają najlepszy z trzech trybów wydajności bez udziału uŝytkownika. UŜytkownik moŝe ewentualnie, w celu poprawienia jakości, wybrać nowy tryb Super AA w centrum kontroli Catalyst. Wczesne technologie wieloprocesorowe cechowała ograniczona moŝliwość modernizacji. Generalnie wymagały one dwóch identycznych lub prawie identycznych kart zainstalowanych w systemie, aby pracować bez zarzutu. Co więcej, kaŝda z tych kart musiała być modelem specjalnie zaprojektowanym dla wieloprocesorowych konfiguracji. Bywało, Ŝe specjalne modele kart były droŝsze i trudniej dostępne od standardowych modeli. Ostatecznie, takie rozwiązanie oznaczało, Ŝe kaŝdy wyprodukowany kompatybilny GPU musiał być wyposaŝony w układ logiczny obsługujący wieloprocesorowe zestawy, co niepotrzebnie zwiększało jego cenę. Na takie rozwiązanie skarŝyli się szczególnie ci, którzy takich układów nie potrzebowali. Technologia ATI CrossFire prezentuje nowe podejście do modernizacji. System zaprojektowany został w taki sposób, Ŝe płyty Radeon CrossFire Edition mogą być połączone z dowolnym istniejącym modelem, konfiguracją, lub rodzajem karty graficznej PCI Express zbudowanej na GPU serii Radeon X800 lub Radeon X1000. Dedykowany CrossFire Compositing Engine zapewnia, Ŝe tylko uŝytkownicy zainteresowani wieloprocesorową konfiguracją będą musieli zapłacić za moŝliwość takiej rozbudowy. Aby zagwarantować, Ŝe przetwarzane dane są równo rozdzielane pomiędzy karty o róŝnej wydajności, technologia ATI CrossFire pozwala na regulowanie prędkości kaŝdego GPU. UmoŜliwia to uzyskanie większej wydajności i wyŝszej jakości obrazu w przypadku prawie kaŝdej kombinacji kompatybilnych kart.