Mastaabitav ühendusliides

Mastaabitav ühendusliides

Arendaja	NVIDIA
Tüüp	Mitme GPU kasutamine

Mastaabitav ühendusliides (SLI – Scalable Link Interface) on NVIDIA kasutatav mitme graafikaprotsessoriga rakendus, kus kaks või enam videokaarti ühendatakse paralleelselt ühise, mitme kaardi arvutusvõimsust kasutava väljundi loomiseks.

Nime SLI võttis kasutusele ettevõte 3dfx lühendina nimest Scan-Line Interleave. SLI toodi turule 1998. aastal Voodoo2 videokaartides. Pärast 3dfx pankrotistumist müüdi nende intellektuaalne omand NVIDIA-le, kes tõid SLI uuesti turule aastal 2004 tänapäevastes PCI-Expressi-põhistes süsteemides. Selleks ajaks oli nime taga peituv tehnika drastiliselt muutunud.

Rakendus

SLI lubab kahel või enamal graafikaprotsessoril jagada töökoormust 3D-stseenide visualiseerimisel. Üldjuhul paigaldatakse arvutisse kaks identset videokaarti (teatud tingimustel võivad olla ka eri tootjate sama graafikaprotsessorit kasutavad videokaardid), ülem-alluv (ingl master-slave) konfiguratsioonis emaplaadile, millel on vähemalt kaks PCI-Express x16 pesa. Mõlemale videoprotsessorile määratakse töötlemiseks 3D-stseeni sama osa, kuid pool tööst saadetaks alluv konfiguratsioonis olevale kaardile läbi SLI Bridge(SLI sild) pistmiku.

Esimestel emaplaatidel, mis toetasid SLI konfiguratsiooni, tuli paigaldada spetsiaalne kaart (paddle card), mille sai kaasa koos emaplaadiga. See kaart paigaldati pessa, mis oli enamasti kahe PCI-Express x16 pesa vahel. Sõltuvalt kaardi asendist määras emaplaat, et kas kõik 16 rada (inglise lane) suunatakse primaarsesse PCIe x16 pessa või jagatakse rajad võrdselt mõlema pesa vahel. Seda süsteemi kasutati, kuna tollal ei olnud ühelgi emaplaadil piisavalt PCI-Express radu, et mõlemad pesad saaksid kasutada 16 rada. Tulenevalt kasvanud PCI-Express radade arvu kasvust emaplaatidel võimaldavad tänapäevased SLI ühendust toetavad emaplaadid kõikides PCI-Express pesades 16 raja kasutamist.

SLI bridge pistmikku kasutatakse ribalaiuse piirangute vähendamiseks, kuna see ühendus lubab saata infot otse ühest videokaardist teise. SLI ühendust saab kasutada ka ilma täiendava ühenduseta, kui on tegemist nõrgemate videokaartidega (näiteks 7100GS või 6600GT) või kui kasutada NVIDIA Forceware 80.XX või uuemaid draivereid. See tuleneb nende kaartide väiksest ribalaiuse kasutusest, ning info nende kahe kaardi vahel on võimalik saata ka läbi emaplaadi kiibistiku. Mitme suurema jõudlusega ühendamata kaardi kasutamisel tekivad suured kaod jõudluses, kuna emaplaadi kiibistiku ribalaius ei toeta nii suure hulga andmete edastamist. SLI toetab kahte visualiseerimismeetodit ja ühte sakitõrje (anti-aliasing) meetodit töökoormuse jaotamiseks kahe või enama kaardi vahel:

Kaadrisagedus erinevates mängudes

• Poolkaadri visualiseerimine (Split Frame Rendering – SFR). Nende sätetega analüüsitakse visualiseerimseks minevat kaadrit esmalt selleks, et jagada töökoormust võimalikult täpselt kõikide graafikaprotsessorite vahel. Selleks poolitatakse kaader horisontaalselt erinevatest kohtadest sõltuvalt objektidest, mis on kaadris. Näiteks olukorras, kus ülemine kaadri osa on suuremalt jaolt taevas, toimub poolitamine (kahe kaardiga süsteemis) keskkohast tunduvalt madalamalt. See meetod ei jaga koormust kuigi täpselt.
• Vahelduv kaadri visualiseerimine (Alternate Frame Rendering – AFR) Selle meetodiga jagatakse kaadrid graafikaprotsessorite vahel ning visualiseeritakse eraldi. Näiteks kahe graafikaprotsessoriga süsteemis visualiseerib üks protsessor kõik paarisarvulised ja teine kõik paaritu järjekorra numbriga kaadrid. AFR-meetod jagab töökoormust tunduvalt täpsemalt kui SFR.

Kui alluvaks määratud kaart lõpetab kaadri (või kaadri osa) visualiseerimise saadetakse saadud tulemus ülemaks määratud kaarti, mis väljastab valmis kaadrid monitorile/monitoridele. Ideaal olukorras annaksid kaks kaarti mastaabitavas ühenduses kahekordse jõudluse võrreldes ühe kaardi omaga. NVIDIA ise lubab reklaamides kahe videokaardi ühendamisel SLI konfiguratsiooni 1,9-kordset jõudluse suurenemist. Kolme videokaardi ühendamisel on väidetav jõudluse tõus 2,8-kordne võrreldes ühe graafikaprotsessoriga süsteemiga.

Üldjuhul pakub AFR suuremat kaadrisagedust kui SFR, kuid sisendi latentsus võib kasvada, tulenevalt kaadrite visualiseerimise järjestamisest. Seetõttu on enam kasutatud SFR süsteem.

• SLI sakitõrje (SLI Anti-aliasing) See on eraldi sesisev visualiseerimismeetod, mis pakub kahe graafikaprotsessoriga süsteemis kuni kahekordset sakitõrje jõudlust ning seega ka pildikvaliteeti. See saavutatakse igale graafikaprotsessorile üksteisega vähesel määral vastassuunaliselt nihutatud sakitõrje algpunktid. Saadud tulemusi omavahel kombineerides saadakse võrreldes tavalise sakitõrjega parem pildikvaliteet. See režiim ei ole mõeldud suurema kaadrisageduse saavutamiseks, pigem see isegi langetab kiirust, kuid annab selle asemel parema pildi kvaliteedi.

NVIDIA on loonud koostöös mängude tootjatega eraldi videomängude profiilid, mis automaatselt konfigureerivad SLI olekusse, kus ta annab suurimat kasu jõudluses. Kasutades "Coolbits" tarkvara saab ka luua enda profiile või muuta olemasolevaid. Rohkem infot SLI optimeerimiseks mängudele saab lehelt: NVIDIA's SLI Zone.

Muud rakendused

Kaks graafikaprotsessorit ühel PCIe siinil

Veebruaris 2005 avaldas Gigabyte Technology GV-3D1-videokaardi, mis kasutab NVIDIA SLI tehnoloogial kaht sarja 6600 graafikaprotsessorit. Tehniliste ühilduvus probleemide tõttu toetas seda kaarti vaid üks Gigabyte enda emaplaat. Hiljem anti välja GV-3D1-68GT, mille funktsionaalsus ja ühilduvuse probleemid olid sarnased eelmisega, kuid nüüd kasutati sarja 6600 protsessorite asemel 6800 seeria graafikaprotsessoreid.

2006. aasta alguses lasi ASUS välja N7900GT Dual kaardi. Sarnaselt Gigabyte'i disainiga oli ka sellel ühel videokaardil kaks protsessorit (7800GT). Selle kaardi suurteks miinusteks olid selle hind (algne müügihind oli ligikaudu 615 eurot, kusjuures kaks eraldi 7800GT seeria videokaarti olid odavamad), piiratud kogused ning järjekordsed ühilduvusprobleemid. Seda kaarti toetas vaid nForce4 kiibistik, kusjuures väga vähesed nForce4 kiibistikku kasutavad emaplaadid suutsid selle kardi võimalusi kasutada. See kaart oli üks esimesi, millele oli võimalik vajadusel lisada väline toide.

Jaanuaris 2006 avaldas NVIDIA videokaardi 7900 GX2 omapoolse katsena luua kahe graafikaprotsessoriga kaarti. See kaart kasutab kahte natuke vähendatud taktsagedusega 7900GTX kaarti, mis on omavahel SLI ühenduses. Kummalgi kaardil on oma eraldi seisev kaadri puhvermälu (512 MB GDDR3 kummalgi). GeForce 7900 GX2 ei ole saadaval tavakasutajale, seda on müüdud ainult OEM firmadele nelja graafikaprotsessoriga arvutite loomiseks

Enamik ametlikest kahe graafikaprotsessoriga lahendustest toimib samamoodi. Kaks protsessorit on paigaldatud eraldi trükkplaatidele, neil on eraldi seisvad toiteahelad, mälu ja väiksemahuline jahutus mälu ja protsessori jahutamiseks. Primaarne graafikaprotsessor on trükkplaadi, millel on ka PCI-Express x16 siin(see, mis jääb standardses ATX süsteemis üles) sekundaarses trükkplaadis on enamasti auk, et lubada primaarse kaardi jahutusele õhu ligipääsu. Kaartide vahel on kaks füüsilist ühendust, üks sekundaarse kaardi PCIe x16 jaoks ja teine on 400 MHz SLI bridge. Videokaardis on sisse ehitatud PCI-Express silla kiip, mis toimib kui MCP SLI-d toetavatel emaplaatidel ühendades kaht graafikaprotsessorit ja PCI-Express pesa, mistõttu emaplaat ei pea toetama SLI-d selleks, et saaks antud videokaarti kasutada.

Selle kaardi uuem versioon (GeForce 7950 GX2), kus olid paljud varasemad probleemid lahendatud, tuli eraldi ostetavana turule ka tavakasutajale.

NVIDIA järgmine katse teha mitme protsessoriga videokaarti oli GeForce 9800 GX2, mis tuli turule 2008 märtsis. Seekord olid mõlemad protsessorid trükkplaatide siseküljel ning kahe trükkplaadi vahel oli mõlemat protsessorit jahutav massiivne jahutus. Seda videokaarti kasutades sai luua nalja graafikaprotsessoriga lahendusi, kui ühendada kaks sellist kaarti SLI-ga. 9800 GX2 tuli välja samaaegselt üheprotsessorilise 65 nm 9800GTX-iga. Kolm kuud hiljem, kui 9800 GX2 müügi hind oli ligikaudu 230 € võistles NVIDIA müügiturul iseendaga. GTX200 seeria ja 55 nm tehnoloogia arenedes tuli välja ka 9800 GTX+ pärast mida otsustas NVIDIA GTX200 seeria edasiarenduse kasuks.

Jaanuaris tuli välja uus GTX200 seeria baasil tehtud GTX 295 videokaart. See kasutas kaht vähendatud taktsagedusega 55 nm GeForce GTX 275 graafikaprotsessorit. Taas oli tegu disainiga, kus mõlema protsessori jahutamiseks kasutatakse kahe trükkplaadi vahel ühist suurt jahutust. Sellel videokaardil on kõik GDDR3 RAM moodulid kummagi kaardi samal küljel protsessoriga. See võimaldab säilitada kummalgi kaardil sama varjutajate (ingl.k. shader) arvu, mis ka GTX280/285 kaartidel, tehes kokku 480 varjutamis üksust. On ka tehtud teine versioon GTX295 videokaardist, mis on tehtud ühele trükkplaadile ning kasutab kahe pesa suurust jahutust.

Quad SLI

Quad SLI (nelja GPU-ga SLI süsteem) 2006. aasta alguses avaldas NVIDIA oma plaanid Quad SLI jaoks. Esmakordselt demonstreeriti seda kahe 7900GX2-kaardiga SLI konfiguratsioonis. See oli võimalik tänu 7900GX2 kahele lisa-SLI-ühenduspesale, mis ei sõltunud sisestest ühendustest. Emaplaadile paigaldatuna ühendatakse SLI pistmikega kummagi kaardi primaarsete ja sekundaarsete graafikaprotsessorite trükkplaadid. Uuemal mudelil (7950GX2) on tehtud vajalikud ühendused siseselt, ning on vaja ühendada vaid üks SLI pistmik.

Üldjuhul Quad SLI märgatavat jõudluse tõusu mängimisel ei anna, kuid kui kasutada seda suurte kuvarite lahutusvõime (2560x1600) juures ja vähemalt X32 sakitõrjega, on erinevus märgatav. Alguses peeti suureks probleemiks latentsuse kasvu, kuid hiljem avastati, et viga oli Windows XP piirangus lisakaadrite hoidmisel. Windows Vistas ja Windows 7-s on see probleem parandatud.

Triple SLI

Algselt avaldas NVIDIA kolme kaardi põhise SLI konfiguratsiooni (ingl.k. triple SLI) nForce 700 emaplaatidele. Siis töötas see vaid Windows Vistas. Triple SLI konfiguratsiooniks on vaja videokaarte, millel on kaks pesa SLI pistmike jaoks (MIO port). Kaarte saab ühendada kas spetsiaalse kolme kaardi jaoks mõeldud pistmikuga või kasutades kolme elastset pistmikku õiges asetuses. Tulemused on selles konfiguratsioonis kuni 2,8 korda paremad kui ühe GPU-ga süsteemis.

Quadro Plex

Quadro Plex on NVIDIA väline suuremastaabiliste 3D-graafika arvutuste sooritamise seade. Seadme ühendamiseks paigaldatakse arvuti emaplaadile PCI-Expressi pessa vastav kaart, mis ühendtakse omakorda VHDCI-kaabli abil Quadro Plexi seadmega. See seade toetab kuni nelja graafikaprotsessorit seadme kohta. Vajadusel on võimalik paigaldada ka rohkem kui üks Quadro Plexi seade.

SLI PhysX

Vastukaaluks ATI poolt väljatöötatud füüsika arvutuste sooritamise meetodile kolme graafikaprotsessoriga süsteemides töötas NVIDIA koostöös firmaga Havok välja oma süsteemi PhysX, mis võimaldab nii üksikul kui ka SLI konfiguratsioonis olevatel kaartidel sooritada mängudele füüsikaarvutusi. Esmane väljalase antud tehnoloogiast tuli 12. augustil 2008. Esimene levinumatest mängudest, kus kasutati PhysiX võimalusi, oli 2009. aasta jaanuaris välja tulnud "Mirror's Edge".

PhysX lubab kasutada korraga ka kahte erinevat või kahte ühesugust ja ühte erinevat videokaarti; teistest erinevat videokaarti saab kasutada füüsikaarvutuste sooritamiseks.

Tasub teada

• SLI konfiguratsiooniga süsteemis võivad olla eri tootjate graafikakaardid, eri kaartide väljalasked ning isegi erinevad taktsagedused, kuid kindlasti peavad olema mõlemad kaardid kasutama sama GPU-d. Siiski on olemas üksikud erandid, mis lubavad "segatud SLI" konfiguratsiooni üksikutel kaartidel, millel on ainult ühine tuuma koodnimi (nt G70, G73, G80), kuid üldiselt pole see võimalik. Suuremaks erandiks on kaart GTS 250, millega ühildub SLI konfiguratsioonis 9800 GTX+, kuna GTS 250 GPU on sama, mis 9800 GTX+ oma, kuid lihtsalt "uuesti pakendatud".
• Kui on paigaldatud erinevad kaardid, jäävad domineerima väiksema väärtusega parameetrid.
• SLI ei pruugi alati jõudlust suurendada, vahel töötab rakenduse algoritm paremini üksiku GPU peal ja nende lisamine võib kaadrisagedust hoopis langetada.

Välislingid

• NVIDIA's Official SLI Technology website
• Artikkel "NVIDIA's SLI: An Introduction" autor: Ryszard Sommefeldt