Neděle, 4. duben 2010, autor: Mirek Jahoda

Hydra je podle izraelských tvůrců "universal multi-GPU solution", tedy všestranným řešením pro spojení grafických karet. Podaří se bájnému čipu Hydra 200 splnit odvážná tvrzení Lucidlogix? Deska MSI Big Bang Fuzion je pro divoké kombinace Radeonů a GeForce připravena…

Zkusme si společně načrtnout, jaká úvaha stála za vznikem Hydry a jaké argumenty přesvědčují nové a nové investory ke vložení své důvěry v Lucid. O tom, že GPU, tedy grafický procesor či dnes již stále obecněji i kompletní grafický akcelerátor, je tou hlavní komponentou určující výkon počítače v 3D scénách (v domácích podmínkách nejčastěji hrách), není pochyb. A o tom, že kdyby výrobci nemuseli brát ohled na velikost jádra, spotřebu, zahřívání anebo cenu, dokážou vyrobit asi s přehledem na vše stačící GPU, také ne.

Právě nutný kompromis mezi posledně zmíněnými atributy a výkonem vede výrobce k použití multi-GPU. V současnosti mají oba většinoví výrobci GPU (nVidia a AMD) své vlastní řešení spřažení více grafik. AMD a Radeony, to znamená CrossFireX, nVidia a GeForce, to je zase SLI. Multi-GPU už zkoušela i S3 Graphics, její Multichrome koketovalo i s možností zapojovat právě akcelerátory nVidia GeForce a ATI Radeon. To už bychom ale zbytečně zabředli do dávnější a s Hydrou jen málo spjaté (byť zajímavé) historie.

Obecné a zjednodušené schéma práce dnešních grafických procesorů. Geometry processor (či shader, chcete-li) pracuje s polygony (pořadí, umístění ve snímku, perspektiva, odstranění skrytých trojúhelníků, pixel procesor následně nanese na polygon (po triangle setupu, rasterizaci) správnou texturu, aplikuje stínování, per-pixel osvětlení a barevné procedury. Toto základní schéma odhaluje možná úzká hrdla:

• geometry shader má hodně práce, když se mezi snímky děje hodně pohybu a přibývá nových objektů
• pixel shader bývá zaměstnán per-pixel operacemi zejména při vysokém rozlišení, v našem zjednodušeném schématu také anti-aliasingem
• kapacita paměti a přístupová doba jsou kritickými faktory např. v situacích, kdy je třeba swapovat velké textury

Jak SLI, tak CrossFireX dnes sází hlavně na metodu Alternate Frame Rendering (AFR). Střídavé vykreslování snímků může přinést až lineární škálování a bylo dosud nejrychlejší z existujících metod multi-GPU. AFR má ale také několik nevýhod: zvýšení latence (input lag plus jeden snímek za každé GPU v multi-GPU zapojení) a horší škálování výkonu s více jak dvěma GPU. AFR také nelze úspěšně použít tam, kde existují mezisnímkové závislosti (například postprocessing, u něhož se frame buffer hned nevymaže, ale jeho obsah se ještě dále využívá) a nesvědčí mu ani scény s velkými rozdíly mezi snímky (nerovnoměrná zátěž).

Výsledkem různých časů dokončení snímků může být tzv. micro-stuttering. Ten je problémem hlavně při (jinak většinou plynule vnímaných) snímkových frekvencí kolem hodnoty 30, při vyšším výkonu není vnímán. Zapojené grafické karty by také měly být co nejpodobnější, pokud možno stejné. AFR nefunguje také při zapojení SLI či CrossFire karet (např. GeForce 9800 GX2, GTX 295, Radeon HD 4870 X2, 5970) do Quad-SLI či Quad-CrossFireX režimů. AFR musí adresovat přímo jednotlivé GPU, což multi-GPU grafické karty se dvěma čipy na jednom PCB (a jedním PCI Express konektorem) neumožňují.

Méně často se už dnes setkáte s metodou Split Frame Rendering (SFR) či Tiling. Každému GPU je dynamicky přidělena ke zpracování nějaká část snímku, typicky třeba horní plus minus polovina prvnímu GPU a dolní zhruba polovina (dle analyzované náročnosti) druhému GPU. Je zřejmé, že SFR distribuuje zátěž zpracování pixelů, ale geometrie musí být uložena v paměti každého GPU kompletní. SFR je typicky pomalejší než fungující AFR a nedá se použít třeba tam, kde je nasazena technika render-to-texture.

Hydra je založena na myšlence daleko noblesnější. Má zařídit skutečnou distribuci zpracování mezi GPU v reálném čase. Vývojáři si kladli cíle, jež zní skoro jako pohádka:

• umožnit uživatelům výběr GPU pro cenové a výkonnostní hladiny
• umožnit volbu při příštích upgradech systému (zákazník nemá být fixován na výrobce jednou koupeného produktu, když hledá možnosti navýšení výkonu)
• eliminace potřeby speciálních a proprietárních konektorů
• škálování výkonu i když je instalována více jak jedna grafická karta
• umožnit nestejným GPU pracovat společně a nemuset tak vyměňovat obě grafické karty, když jedna přestane fungovat anebo je zastaralá

Hydra vstupuje do systému jako dedikovaný čip, který komunikuje s northbridge (dnes často integrovaným v procesoru) a na druhé straně potom s grafickými kartami. S northbridge je Hydra spojena skrze PCIe 2.0 ×16 a z Hydry mohou vést dva PCIe 2.0 ×16 výstupy k GPU (LT22102). Nebo také dva PCIe 2.0 ×8 (LT22114) u případných levnějších návrhů základních desek. Každý PCIe 2.0 ×16 může být v případě čipu LT24102 nejen ponížen na PCIe ×8, ale také rozdělen na dva PCIe 2.0 ×8, takže tu máme potenciální podporu čtyř GPU na PCIe 2.0 ×8 spojích.

Čip Hydra 100 proslavený především demonstracemi za zavřenými dveřmi či v lepším případě plexisklem se nakonec mezi uživatele nedostal, první sériové řešení s Hydrou, základní deska MSI Big Bang Fuzion už nese verzi 200. Hydra 200 (celá série, ať už LT22102, LT22114 či LT24102) obsahuje programovatelný procesor Tensilica Diamond 212GP, což je 300MHz RISC se základní instrukční sadou pro DSP. Není to však informace podstatná. Cože? Ano, know-how Hydry tkví totiž v softwarové vrstvě, jako hardware by mohl dost pravděpodobně posloužit jiný procesor podobné kategorie.

Zajímat by vás mohla snad jen spotřeba, ta má být do 6 wattů. Možná se na ní příznivě podepsal 65nm výrobní proces, prototypy Hydra 100 byly vyráběny 130nm. AnandTechu také Lucidlogix naznačil cenu svých čipů: 1,50 USD za PCIe linku, to u 48linkového LT24102 dělá nemalých 72 USD.

Hydra zachycuje a analyzuje všechny snímky, jež by se měly renderovat a s ohledem právě na možná úzká hrdla a mezisnímkové závislosti práci distribuuje mezi připojené GPU. A to v reálném čase, tedy bez navýšení zpoždění (latence). Jak po sobě jsou kroky při práci Hydry, to vidíte na schématu pod dalším odstavcem.

Hydra se nejprve podívá do jakéhosi repozitáře historických dat a konzultuje jej s profilem, následně přejde k analýze aplikace. Další proces v řadě zřejmě říká, co jde a nejde paralelizovat a předává data jednotce starající se o distribuci. Ta obsahuje modul pro dekompozici (rozložení) a distribuci. To už se ke slovo dostávají zapojené GPU (či rovnou grafické karty) a až ty dokončí svou tradiční práci (lépe řečeno už jen přidělenou část práce), přebírá signál zase Hydra a skládá jej.

Veškerá komunikace se děje přes sběrnici PCI Express 2.0 a Hydra tedy nepotřebuje žádné přídavné spojení (můstky) jako SLI či CrossFireX.

1. Proč ne SLI a CrossFireX, proč Hydra?2. Softwarová stránka Hydry, ovladače, podpora her, OS a grafických karet3. Základní deska MSI Big Bang Fuzion4. Testovací sestava, použitý hardware a software5. Testované karty a multi-GPU konfigurace, ovladače Hydra Engine6. Aliens vs. Predator (DX11/9), ArmA II (DX9)7. Batman: Arkham Asylum (DX9) a Colin McRae: DiRT 2 (DX11, DX9)8. Call of Duty 4: Modern Warfare a Call of Duty 5: World at War (DX9)9. Crysis (DX10) a Enemy Territory: Quake Wars (OpenGL)10. F.E.A.R. (DX9) a Far Cry 2 (DX10.1)11. Left 4 Dead (DX9) a Serious Sam 2 (DX9)12. S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat (DX11/DX10) a Shadow of Chernobyl (DX9)13. The Elder Scrolls IV: Oblivion (DX9), Tom Clancy's H.A.W.X. (DX10.1)14. Trackmania Nations Forever (DX9), Unreal Tournament 3 (DX9)15. World in Conflict (DX10), 3DMark Vantage (DX10) a spotřeba16. Škálování výkonu SLI, CrossFireX a Hydry v přehledových tabulkách17. Budoucnost Hydry, shrnutí, verdikt

Vaše hodnocení: Zvolte hodnoceníZrušit hodnoceníŠpatnéOKDobréSkvěléÚžasné

Průměr: 4.7 (19 hlasů)