IGP/GPU实时切换 NVIDIA Optimus技术解析

  移动平台CPU/GPU近年来进步神速，性能早已不是困扰诸多笔记本用户的难题，众所周知，显卡是影响电脑性能的决定性因素。集成显卡虽已能流畅地解码1080P全高清视频，并可玩一些低需求的3D游戏，但性能相比独立GPU还是有很大的差距。

  要想在笔记本电脑，特别是超轻薄笔记本电脑上应用高性能的独立GPU，在能效和性能方面获得两全，必需在功耗和散热设计上下更多功夫，这成为一个让厂商绞尽脑汁的问题。 

  

  为了进一步提高笔记本电池的续航能力，各大厂商均研发自家的节能技术，包括AMD与NVIDIA推出的Switchable Graphics IGP/GPU技术，不过此类技术并不完美，除了占用MUX线路外，兼容性及成本控制都不能令人满意。为了解决这一问题，NVIDIA推出了全新的Optimus无缝实时切换显卡技术。

在解析Optimus技术之前，让我们回归一下它的前身：Switchable Graphics

  Switchable Graphics一代技术回顾：

  最早研发Switchable Graphics技术的厂商是日系大厂Sony，其2006年推出的VIAO SZ-110笔记本电脑，搭载NVIDIA GeForce Go 7600显示核心，用户可以通过笔记本上的特殊按键实现IGP/GPU的切换。不过该技术存在较大的缺陷：并非实时切换，必须重启系统才能转换不同的显示核心。 

 SONY VIAO SZ-110笔记本提供了GPU切换按键

  Switchable Graphics一代技术的原理是通过主板线路以及系统Bios设置是否开启GPU，因此无法在OS操作系统层面中实现切换，需要关闭所有运行中的软件，并消耗3-5分钟的时间完成重新启动。这项设定对用户来说是相当不人性化的。

 

  SONY研发的Switchable Graphics技术可谓颇具突破性，让用户可以在两个显卡之间自由切换，同时兼顾游戏性能和电池工作时间。当然，该技术并非十全十美，最大的缺撼是该功能属于“冷切换”，更换显卡必须重新启动系统，比较繁琐。

  NVIDIA 在 2007 年推出经改良的第二代 Switchable Graphics 技术，能购在不重启系统的前提下实现IGP/GPU切换。第二代 Switchable Graphics主要通过MUX在IGP及GPU中作出切换，需要将显示数据从内存拷贝到GPU的显存上，因此显示器会出现5-10秒的屏幕闪烁、黑屏。

  
第二代Switchable Graphics：软件与硬件配合实现

  第二代Switchable Graphics 技术可以在系统运行状态下切换IGP/GPU，这点相比第一代无疑实现了质的飞跃，不过5-10秒的屏幕闪烁、黑屏并非完美，对于新手用户来说，很可能会误以为电脑出现故障而不敢使用该功能。

  还需要指出的是第二代Switchable Graphics是软件与硬件相结合的实时切换技术，对于笔记本主板来说，需要加入专用的MUX来实现该功能，这无疑大大增加了其生产成本，最终还是会转移到消费者头上，对于消费者来说没有太大益处。NVIDIA也需要提供特制的驱动，必须将Intel IGP整合在Switchable Graphics驱动之中，对NVIDIA制作、更新驱动也造成了不小影响。

  当然，从应用角度来看，这样的热切换技术还是不够便利，因为它不能实现“智能自动切换，无需人工干预”，也不能实现异构SLI以有效提升笔记本电脑性能，以及在选择独立显卡时仍难以做到能耗和性能兼顾。

 

  第二代Switchable Graphics 技术已变得实用，但还远未达到令人满意的地步，一般用户也不愿意花更多的钱来购买支持该技术的笔记本。因此NVIDIA决定研发更智能、低成本的GPU省电技术，并将其命名为“NVIDIA Optimus”。

  NVIDIA Optimus不同于以往的显卡切换技术，不用选择采用IGP还是GPU，而是通过驱动设置，将所有的3D渲染工作交给GPU进行运算处理，而由IGP进行显示输出，IGP被当成一个简单的显示控制器，因此实现了无缝切换。简单说来，就像当年3DFX加速卡只负责多边形渲染，而将图像输出交给2D加速卡一样。

  在进行Office、Web等任务时，独立显卡的GPU将完全关闭，集成显卡负责处理一切事物，并输出到显示器上。当系统开始运行大型3D游戏、高清视频、Flash视频、支持GPU加速和CUDA的软件时，Optimus驱动会查询自己的软件档案列表，一旦发现是高要求应用程序，Optimus的智能路由功能便会立刻启用NVIDIA独显，让其负责需求较高的图形渲染工作，并可将渲染工作内容通过异步拷贝引擎回馈给集显，由集显继续完成需担当的常规显示任务。

  在独显运行游戏、播放高清以及GPU计算应用程序时，集显并不会关闭，分工协作只负责2D显示。并且，通过NVIDIA会提供的NVGPU State Viewer软件，用户可在屏幕上直观的看到目前究竟是独显还是集显在运行。

  使用Optimus技术的笔记本电脑，电池续航时间可比原本的独立显卡本提升一倍。这样NVIDIA Optimus技术就能够智能地优化用户的笔记本电脑，提供用户所需要的出色图形性能。由于该功能只在运行大型3D程序或全高清影音程序时启用，使得运用该功能的笔记本电脑可获得较长的电池续航时间。

 

  Optimus技术看似非常实用，那么，怎样的配置才支持Optimus技术呢？据NVIDIA资料来看，处理器方面，Intel最新的酷睿i处理器(酷睿i3/i5/i7)和Atom N4XX系列均可支持，老款Penryn核心GM45/GS45/PM45芯片组的酷睿2处理器也可以使用，Merom核心的处理器则不可以。NVIDIA显卡方面，GeForce 300M、GeForce 200M以及下一代翼扬皆支持Optimus技术，由于涉及到硬件，因此其它显卡无法通过软件升级实现Optimus自动切换技术。

  软件方面，用户笔记本电脑需预装Windows 7或Vista操作系统，并正确安装NVIDIA独立显卡驱动与Intel集显驱动。

  最关键的一点是，Optimus之所以能自动识别系统负载，在于其内置了一个数据库，该数据库记录了大量的常用软件及游戏资料，当其中某个软件启动时，Optimus无需侦测负载即可知道该用哪个显卡。而当用户连接到互联网时，这个数据库还可在后台自动更新。

  酷睿I3/I5等一系列“GPU+CPU”整合设计的处理器的问世，意味着移动平台更加趋于改善图形性能并减少功耗。随着NVIDIA“Optimus”的横空出世，业界看到了具备Intel高管终极梦想的兼具图形(性能)和延长电池续航时间的解决方案。值得关注的是，该技术将不仅用于主流笔记本电脑平台，还将被应用到上网本平台，包括新一代翼扬图形解决方案。可以说Optimus很有可能发展成为决定移动电脑平台显卡走向的关键技术。

  当然，对于普通玩家来说，Optimus技术还是非常有实用价值的，毕竟我们不用增加额外成本而享受到节能与性能兼顾的效果，也避免了笔记本板载IGP显示核心的浪费。