NV的平衡之道 Optimus显卡切换技术解析

Dealolin

对于以往的笔记本用户来说，大部分用户对笔记本的最大需求就是移动办公，所以我们说以往的笔记本都是商务定位也未尝不可，但是随着笔记本产品的普及化，越来越多的用户对笔记本提出了娱乐要求，而这时候针对商务人群定位的集成显卡就无法很好的满足这些用户的需求了，于是独立显卡笔记本就诞生了，这类笔记本多具备较好的3D处理能力，能够玩一些负载不是很严重的3D游戏或者是处理一些3D应用的需求，很好的满足了一些希望用笔记本来玩游戏的用户需求。

    但是这类笔记本产品由于采用了独立显卡，即使在不进行3D应用的时候，其独立显卡也在开启状态，所以其功耗水平也直线上升，大大降低了笔记本的续航能力，毕竟笔记本产品就是为了移动应用而开发的，如果单纯强调性能而不顾用户使用时间的话，那么这肯定是一款失败的笔记本产品，于是集成显卡与独立显卡并存的笔记本就诞生了。


    从第一款具备双显卡切换能力的笔记本索尼SZ系列诞生到现在，双显卡笔记本技术已经有了长足的发展和进步，按照典型性技术划分，我们可以将笔记本显卡切换技术分成三个阶段，第一个阶段就是以索尼SZ系列为代表的硬切换，这个阶段的产品只能通过笔记本上的开关开切换使用哪个显卡，切换之后还需要重新启动计算机，十分的不智能。而第二个阶段则是采用了软件切换，切换软件一般被集成在了显卡驱动里面，用户可以根据当前的需求打开软件来进行切换，这个切换方式相比硬件的方法略智能一些，大部分情况下也不需要用户重启计算机，但是这种方法也需要用户在应用前进行操作，多少也不是那么的方便。

    而今天要为大家介绍的则是一种全新的显卡切换技术，这种被nVIDIA命名为Optimus的技术具备了动态无缝切换独立显卡与集成显卡的能力，而无需用户去进行各种手动切换的过程，可以说智能化是这种技术的主打卖点，那么这种技术究竟能做到什么样的程度呢？

Optimus显卡切换技术解析
    我们先来看看Optimus是如何实现的吧，在此前nVIDIA的发布会上，其官方将这个新的显卡切换技术比喻成混合动力汽车，这类汽车可以在使用汽油的发动机模式和使用电能的蓄电池模式之间自动切换，而nVIDIA宣称，其Optimus技术也是全自动切换的，可以像混合动力汽车那样非常方便的使用，而同时Optimus的主要诉求就是可以让用户使用笔记本时在高续航和高性能之间自由选择，而不必像以往的显卡切换技术那样还需要复杂的操作。



    从这张示意图上我们可以看到，在以往的显卡切换笔记本上，如果用户要玩一款3D游戏之前，需要先切换到独立显卡模式，然后运行游戏、结束游戏、然后需要再次的将显卡模式切换到集成显卡来节约电能，做完之后才可以去运行别的应用。而Optimus笔记本则可以让用户直接进入3D游戏、结束游戏之后也完全可以立刻的打开其他应用来进行操作。


    从nVIDIA方面公布的白皮书来看，采用Optimus技术的笔记本在运行2D程序、简单低负载3D应用时都会采用集成显卡来应付这些操作的图形处理需求，而此时独立显卡则处于关闭状态以节约电能，而当用户开启了对GPU图形处理能力需求较大的3D应用或者是在使用一些支持CUDA技术的软件、浏览高清视频时，独立显卡则开始接手图形处理的工作，而此时集成显卡并没有被完全关闭，而是转而负责显示输出的工作，这样一来就形成了独立显卡负责处理图形渲染、运算的工作，而集成显卡则负责将结果进行显示输出，这样分工还是很明确，同时也达到了充分利用硬件的目的。

    而在如何判断是否启用独立显卡这一步骤上，nVIDIA采用了一种被称为Optimus路由的相对智能化的程序来进行判断，程序会根据当前图形系统以及整个笔记本系统的负载来判断是否启用独立显卡，比如用户当前需要运行一些只是对处理器及内存性能要求较高的科学计算类应用时，程序会根据当前应用没有过多依赖独立显卡而继续采用集成显卡工作。另外在独立显卡与集成显卡共同工作的情况下，Optimus拷贝引擎则起到了将独立显卡渲染结果拷贝到系统内存中的作用，集成显卡在进行显示输出的时候，就可以直接从系统内存来进行数据调用，这样两者可以独立工作，而不会出现等待的情况。

    而在功耗方面，由于切换到集成显卡时独立显卡是完全被关闭的，所以在功耗方面与单纯采用集成显卡的笔记本保持了一致，而即使在独立显卡参与工作的模式下，由于独立显卡只负责渲染，而显示输出部分则是完全由集成显卡负责，所以两者的功耗组合并没有高于单纯使用独立显卡的产品。

实际测试体验Optimus显卡切换技术
    此次nVIDIA方面提供了一款配备Optimus技术的华硕UL50Vf笔记本来供我们进行测试，这是一款15英寸的CULV笔记本，众所周知，CULV的全称是Consumer Ultra Low Voltage，译为消费级超低电压，是针对消费级笔记本市场的超低电压处理器，其最重要的诉求就在于降低功耗同时达到更长的续航时间。但是对于那些需要较高图形处理性能的用户来说，CULV的集显实在无法满足他们的使用需求，而搭载较高性能独立显卡的CULV的出现，在一定程度上解决这部分用户的需求，但是此前的多款独立显卡CULV均采用了上一代的显卡切换技术，用户使用起来十分不便，而Optimus技术的出现或许可以再次的掀起独显CULV的发布热潮吧。

    我们先来看看Optimus技术是否如nVIDIA公布的那样智能吧，我们选择了3DMark06、《冲突世界》（World in Conflict）、生化危机5来进行一个简单的测试，在游戏方面我们均采用了官方发布的测试程序来进行检测。


    首先我们来看看3DMark06，3DMark 06是Futuremark上一代的的显卡基准测试软件工具，支持Shader Model 2.0、3.0和HDR，无论是场景复杂度、shader复杂度、动态阴影等效果都比3DMark 05复杂了很多。我们主要用于测试基于整合显卡的笔记本图形子系统。在测试中，我们将系统分辨率调整为同一的1024×768来进行测试。

Futuremark 3DMark 06 v1.10 noAA VS3.0 PS3.0 Resolution=1024x768
3DMark Score	3401 3DMarks	688 3DMarks
SM2.0 Score	1461	217
HDR/SM3.0 Score	1411	269
CPU Score	1320	1134
Game Score	N/A	N/A
GT1 - Return To Proxycon	11.874 FPS	1.810 FPS
GT2 - Firefly Forest	11.081 FPS	1.802 FPS
CPU1 - Red Valley	0.733 FPS	0.363 FPS
CPU2 - Red Valley	1.171 FPS	0.566 FPS
HDR1 - Canyon Flight	13.372 FPS	2.372 FPS
HDR2 - Deep Freeze	15.867FPS	3.005 FPS
Fill Rate - Single-Texturing	1415.217 Mtexels/s	480.701 Mtexels/s
Fill Rate - Multi-Texturing	5554.313 Mtexels/s	854.310 Mtexels/s
Pixel Shader	112.233 FPS	28.760 FPS
Vertex Shader - Simple	202.401 Mvertices/s	6.360 Mvertices/s
Vertex Shader - Complex	55.214 Mvertices/s	6.094 Mvertices/s
Shader Particles (SM3.0)	31.148 N/A	0.000 N/A
Perlin Noise (SM3.0)	40.677 FPS	10.619 FPS

    World in Conflict的故事背景设定在架空的1989年。此时柏林墙没有倒塌，共产主义也没有瓦解，相反，苏联向西欧发动了进攻，美国匆匆派遣自己的军队前往援助它的西方盟友。经过四个月的鏖战后，美国海军已消耗殆尽，苏联突然发动了对西雅图的袭击，并趁势推进到美国腹地。在14个单人任务中，你扮演虚弱的美国守军的一位连队指挥官，虽然没有苏方战役，但多人游戏中却可以扮演红军。尽管只有西方阵营的战役，但其间却充满了波折，让你充分体验到欧洲大陆，苏联偏远地区和纽约城三地的激战。


      《生化危机5》已经是这个游戏的第5作了，这次《生化危机5》的舞台设定在一个非洲小国（故事纯属虚构），这个国家地处延绵厄立特里亚（Eritrea）,埃塞俄比亚（Ethiopia）以及肯尼亚（Kenya）三国的活火山带上。游戏开始时，当地的居民并没有受到感染，但是随着火山活动的爆发，病毒逐渐传播并将当地的居民变成了类似于丧尸的杀人生物。在测试中我们采用了Capcom官方的PC性能测试软件来进行测试，测试软件提供了2种测试模式，分别是固定场景和变换场景模式，固定场景模式中，软件将以第一人称视角来观察固定的场景，从而得出最终测试成绩。而变换场景则采用了游戏模式，通过两位主角在游戏中的动作进行四个场景的测试，最终将显示对玩家PC硬件的评测结果。在这部分测试中，我们采用了800X600、1024X768和1280X720像素这三种分辨率模式进行了测试。


    从这部分测试来看，在采用默认设置情况下，这款产品所配备的G210M显卡可以在较低分辨率下应付这两款主流游戏，我们看到在1024X768像素这样的分辨率下运行，其最大帧速也均达到了20FPS左右，在这样的速度下运行游戏，还是可以维持一个较为连贯的游戏画面，不过如果用户使用集成显卡的话，就没法进行游戏了，只有5FPS左右的速度就像在看超级慢动作一样。

功耗测试 UNI-T UT71E智能数字万用表
产品型号	支持Optimus	不支持Optimus（独显）	不支持Optimus（集显）
低负载状态功耗	10.7瓦	19.4瓦	10.9瓦
高负载功耗	40.8瓦	41.5瓦	23.8瓦

    nVIDIA推出Optimus技术一方面是简化用户操作，另外一方面则是可以让用户同时得到高性能的图形处理能力以及高续航时间，所以我们也针对这两款配置相同，但是并不是都采用Optimus技术的笔记本进行了功耗方面的测试，我们共测试了这两款产品在两种状态下的功耗情况。我们采用UNI-T UT71E智能数字万用表作为测试设备，分别测定系统启动完毕开启诸如网页浏览软件、WORD、EXCEL等低负载应用状况下以及系统启动完毕开启高负载3D游戏状况下的功耗状况。从下面的表格我们可以看到，在采用集成显卡时，两款产品的功耗均处于同一水平线上，而在采用独立显卡的状态下，不支持Optimus技术的产品功耗还要略高于支持Optimus技术的产品，而Optimus技术最重要的是可以根据用户使用负载的严重程度来切换显卡组合，达到了动态节能的目的。


IT168评测中心观点：先进、智能、简单易用=Optimus技术 最佳拍档应是CULV
    看过来我们对Optimus技术的一些简单解析之后，相信做为读者的您已经nVIDIA公司最新的显卡切换技术有所了解，虽然我们测试的样机由于配置的缘故在应付主流的大型3D游戏方面存在着一定的不足，但是我们仍然可以从对比中看出Optimus技术的先进、简单易用以及智能化的优点。

    从先进性角度来看，Optimus技术似乎与Intel推出的内置图形处理单元的处理器不谋而合，Optimus技术可以充分利用处理器内置的集成显卡，同时也可以让厂商推出更多有特色的笔记本产品。

    而就简单易用与智能这一点来看，用户可以不必再去在运行程序之前手动切换显卡的工作模式，程序会帮助用户根据当前运行程序的负载程度来自动切换显卡，这样就可以同时达到既享受了高性能独立显卡带来的出色图形处理能力，同时也可以享受到集成显卡带来的长续航时间。

    就我们体验之后的观点来看，Optimus技术的最佳搭档应该是以低功耗、长续航为主要诉求的CULV笔记本，虽然目前这类产品的数量还不是很多，而且采用的也多是定位于中低端独立显卡，但是这个趋势确是一个好的信号，一旦解决了独显功耗的问题，CULV们在图形处理性能方面孱弱的局面将得到很大的改观。