کاتاليزور!
نويسنده: سامي لويان
Optimus هديه NVIDIA براي دست يافتن به مصرف توان کمتر
اين روزها کاهش توان مصرفي مسئله اي است که توجه بيشتر سازندگان مشهور دنيا به خصوص شرکت هايي که در زمينه قطعات و تجهيزات همراه فعاليت مي کنند را به خود معطوف کرده است. برخي از سازندگان در اين زمينه فعاليت هاي گوناگوني انجام داده اند به طوري که کاهش مصرف توان جزء يکي از فاکتورهاي اصلي محصولات آن ها شده است. طي چند سال گذشته، توليد کنندگان کامپيوترهاي همراه از جمله شرکت هايي بودند که براي کاهش مصرف توان و افزايش مدت زمان شارژ باتري از فناوري هاي گوناگوني استفاده کرده اند. آن ها حتي براي کاهش مصرف توان وسيله جديدي به نام نت بوک ( NetBook) عرضه کرده اند که تمامي قطعات آن مانند پردازنده، حافظه و ... مصرف بسيار کمي دارد. پردازنده هاي مبتني بر اين دستگاه ها داراي معماري متفاوتي با پردازنده هاي رايج است و تنها به 2/5 وات و در برخي مدل ها حتي تا 1/4 وات توان نياز دارند. در اين مقاله قصد داريم تا به معرفي فناوري جديدي از شرکت NVIDIA بپردازيم که سبب کاهش مصرف توان در نوت بوک ها مي شود.
نوت بوک ها شامل تمامي اجزاي يک کامپيوتر دسکتاپ از قبيل مادربورد، پردازنده، گرافيک، حافظه و ... هستند. همان طور که يک کامپيوتر خانگي مي تواند داراي گرافيک مجتمع روي مادربورد يا کارت گرافيک مجزا باشد، پردازنده گرافيکي نوت بوک نيز مي تواند به صورت يک چيپ ست مجزا يا به صورت مجتمع درون چيپ ست اصلي نوت بوک قرار گيرد. شايد در بازار نوت بوک هايي را مشاهده کرده ايد که لوگوي شرکت NVIDIA يا ATI روي بدنه آن ها قرار دارد. اين لوگو نشان دهنده نوع پردازنده گرافيکي نوت بوک است( در تصوير1 مادربورد نوت بوکي را مشاهده مي کنيد که داراي يک چيپ ست گرافيکي مجزا از شرکت NVIDIA است).
در نوت بوک ها نيز مانند کامپيوترهاي دسکتاپ، پردازنده گرافيکي مجزا( کارت گرافيکي) نسبت به پردازنده گرافيکي مجتمع قدرت بيشتري ارائه مي کند.
استفاده از يک چيپ ست گرافيکي مجزا در نوت بوک ها موجب مي شود تا کارايي آن ها در کاربردهاي گرافيکي افزايش پيدا کند، اما اصولاً اين چيپ ست ها توان مصرفي بالايي دارند و موجب کاهش مدت زمان شارژ باتري مي شوند. اکنون اين سؤال به وجود مي آيد که هنگام استفاده از برنامه هايي مانند Word، جست و جو در اينترنت و گوش دادن به موسيقي که نيازي به قدرت پردازشي بالايي ندارد، چگونه مي تواند باعث کاهش توان مصرفي شود؛ چون نوت بوک هايي که داراي پردازنده گرافيکي مجزا هستند، در اين مواقع نيز توان زيادي مصرف مي کنند و به همين دليل عمر باتري کاهش مي يابد. براي پاسخ به اين سؤال بهتر است ادامه داستان را بخوانيد.
با توجه به معرفي Hybrid SLI در گذشته، NVIDIA از نظر سخت افزاري آماده عرضه Optimus بود، اما از نظر نرم افزاري بايد کارهاي متعددي انجام مي داد. از نظر سخت افزاري همه پردازده هاي گرافيکي چهل نانومتري سري GeForce 300M و GeForce 200M سخت افزار مورد نياز براي پيکره بندي به صورت Optimus را دارند، اما متأسفانه نوت بوک هايي که در حال حاضر داراي اين سري از چيپ ست ها هستند از اين فناوري پشتيباني نمي کنند( با وجود اين، پتانسيل اين ويژگي در آن ها وجود دارد). فراهم کردن نرم افزار مرتبط با اين فناوري بسيار دشوار بود، به طوري که شرکت NVIDIA اعلام کرد، درايور GeForce مبتني بر Optimus تعداد خط هاي کد بيشتري نسبت به يک درايور ويندوز NT دارد. همچنين NVIDIA اعلام کرد، در اين پروژه تعداد مهندسان نرم افزار نسبت به سخت افزار خيلي بيشتر هستند، به طوري که برخي از اين مهندسان نرم افزار به صورت دائم در شرکت در NVIDIA اقامت دارند. به هر حال سخت افزار و نرم افزار Optimus در حال حاضر آماده شده و مي توان نوت بوک هاي مبتني بر آن را در بازار يافت.
اولين نوت بوکي که قابليت سوئيچ بين پردازنده گرافيکي مجتمع و غير مجتمع را داشت، مدل VAIO SZ-110B شرکت سوني بود که در آوريل 2006 ميلادي معرفي شد. نسل اول براي تعويض پردازنده گرافيکي به راه اندازي مجدد سيستم نياز داشت. به عبارت ديگر، براي آن که بار گرافيکي از پردازنده گرافيکي غير مجتمع به پردازنده گرافيکي مجتمع منتقل شود، به راه اندازي مجدد سيستم نياز بود. مالتي پلکسرها توان مورد نياز براي پردازنده گرافيکي مورد استفاده را فراهم مي کردند. در نگاه اول، پياده سازي اين فناوري خيلي ساده به نظر مي رسد، اما در عمل اجراي آن بسيار پيچيده و مشکل است. سخت افزار مورد نياز براي پياده سازي اين ويژگي شامل شش کنترلر مجتمع مالتي پلکسر با قيمت هريک تقريباً يک دلار و لايه هاي بيشتر مادربورد بود. به طور خلاصه، پياده سازي اين سيستم بسيار گران بود و از همه بدتر به راه اندازي مجدد سيستم براي پيکره بندي نياز داشت. اين موضوع سبب شده بود که بسياري از کاربران به ندرت از اين ويژگي استفاده کنند و بيشتر يکي از پردازنده هاي گرافيکي مجتمع يا مجزا را انتخاب کنند.
در نسل دوم، کارهاي متعددي از نظر نرم افزاري صورت گرفت، به طوري که سوئيچ سخت افزاري به يک سوئيچ نرم افزاري تبديل شد. NVIDIA نياز به راه اندازي مجدد را حذف کرد( البته برخي از محصولات مانند نوت بوک هاي اپل هنوز به راه اندازي مجدد يا حداقل Logout نياز داشتند). همچنين اين شرکت قصد داشت در نسل دوم عمليات سوئيچ کردن را بسيار ساده کند، اما موانع بسياري بر سر راه وجود داشت. سيستم عامل ها بايد دو مجموعه متفاوت از درايورها( به عنوان مثال، درايورهاي NVIDIA و اينتل) را مديريت مي کردند که متأسفانه ويندوز ويستا اجازه انجام چنين عملي را نمي داد. راه حل اين مشکل ايجاد يک « Display Driver Interposer» بود که به هر دو مجموعه درايور دسترسي داشته باشد. اين ميانجي در سال 2008 ميلادي معرفي شد و اولين نوت بوکي که با ويژگي هاي نرم افزاري و سخت افزاري نسل دوم معرفي شد، UL80VT شرکت اسوس بود. اين نوت بوک براي سوئيچ از يک گرافيک به گرافيک ديگر به راه اندازي مجدد سيستم نياز نداشت. به عبارت ساده تر، کاربر مي توانست در مدت پنج الي ده ثانيه واحد پردازش گرافيکي نوت بوک خود را از گرافيک مجتمع به گرافيک مجزا يا بالعکس تغيير دهد. به هر حال اين روش اگرچه موجب پيشرفت در زمينه گرافيک قابل تغيير شد، اما معايبي را نيز به همراه داشت.
ابتدا استفاده از يک ميانجي درايور مشترک موجب خواهد شد تا درايورهاي عمومي سازندگان گرافيک( مانند اينتل و NVIDIA) نتوانند با نسل دوم گرافيک قابل سوئيچ کار کنند. بنابراين درايور گرافيک بايد شامل هر دو درايور اينتل و NVIDIA مي شد که در اين صورت به روز رساني آن بسيار مشکل بود. اگر دو شرکت NVIDIA و اينتل به طور همزمان نسخه درايور جديدي معرفي مي کردند، تقريباً ده روز براي تست و تأييد درايور جديد زمان لازم بود تا درايورها درون يک بسته بندي قرار گيرند. اگر همه موارد صحيح بود، در اين صورت درايور جديد منتشر مي شد و در صورت بروز مشکل در درايور به زمان بيشتري نياز بود. البته در بهترين وضعيت يعني زماني که هر دو شرکت اينتل و NVIDIA درايورهاي جديد خود را به طور همزمان معرفي کنند، چنين مسئله اي اتفاق خواهد افتاد. به طور قطع شما نيز مي دانيد، به ندرت چنين اتفاقي رخ خواهد داد. حال فرض کنيد براي رفع مشکلي لازم باشد يکي از اين دو شرکت درايور جديدي را عرضه کند که احتمال وقوع اين موضوع براي NVIDIA بيشتر خواهد بود.
مشکل ديگر، مسدود شدن گرافيک قابل سوئيچ نسل دو است. در حقيقت، برخي مواقع عمل سوئيچ از گرافيک مجتمع به مجزا يا بالعکس انجام نمي گيرد، در حالي که کاربر تمايل به تغيير پردازنده گرافيکي سيستم خود دارد. مسدود شدن به اين دليل اتفاق مي افتد که در حافظه يک برنامه کاربردي در حال استفاده از سيستم گرافيکي است. اگر اين مسدود شدن تنها به بازي هاي سه بعدي محدود مي شد، مسئله مهمي نبود، اما متأسفانه اين مسئله در بسياري از برنامه ها مانند Minesweeper، Solitaire( بازي هاي گنجانده شده در ويندوز)، مرورگر اينترنت هنگامي که در حال تماشاي يک فلش ويدئويي هستيد و ... اتفاق خواهد افتاد. در چنين شرايطي بايد برنامه اي را که مانع فرآيند سوئيچ کردن مي شود، بست تا سيستم بتواند از پردازنده گرافيکي ديگر استفاده کند. سوئيچ کردن يا انتقال از يک پردازنده گرافيکي به ديگري موجب نمايش يک صفحه مشکي رنگ خواهد شد. به عبارتي صفحه نمايش به مدت ده الي پانزده ثانيه خاموش خواهد شد. براي جلوگيري از اين اتفاق، برخي از سازندگان با وجودي که از نسل دوم گرافيک قابل سوئيچ استفاده مي کنند، اما کاربر را به يک راه اندازي مجدد يا Logout هنگام استفاده از سوئيچ مجبور مي کنند( مانند Apple MacBook Pro). از نظر هزينه نيز نسل دوم به دليل تعداد لايه هاي بيشتر و مالتي پلکسرها قيمت بالايي در حد نسل اول دارد.
به طوري که قبلاً نيز اشاره کرديم، NVIDIA از نظر نرم افزاري کارهاي متعددي را براي عرضه Optimus انجام داده است. نسخه هاي قبلي براي تغيير پردازنده گرافيکي از يکي به ديگري به مالتي پلکسرهاي سخت افزاري نياز داشتند، اما اکنون تمامي اين عمليات توسط نرم افزار انجام مي شود و درايور Optimus شرکت NVIDIA قادر است در اين مورد که برنامه توسط پردازنده گرافيکي مجزا يا مجتمع شده اجرا شود، تصميم گيري کند. اگر برنامه اي نيازمند قدرت پردازنده گرافيکي مجزا باشد، سيستم توان مورد نياز براي پردازنده گرافيکي را سريع فراهم مي کند( تقريباً دويست ميلي ثانيه زمان طول مي کشد تا ولتاژ ثابت و پايدار شود)، پردازنده گرافيکي کارهاي ضروري را بر عهده مي گيرد و سپس داده ها از حافظه گرافيک مجتمع شده( که اصولاً همان حافظه سيستم است) به حافظه گرافيکي مجزا به واسطه باس PCI Express کپي مي شود. به اين وسيله NVIDIA قادر خواهد بود از روشن و خاموش شدن صفحه نمايش جلوگيري کند. در حقيقت NVIDIA روي استاندارد API کارهاي متعددي انجام داده که به واسطه آن به روز رساني درايور براي هر دو پردازنده گرافيکي به طور همزمان مورد نياز نيست. به هر حال NVIDIA هيچ گونه جزئيات دقيقي در مورد تغييرات انجام شده در سطح درايور اعلام نکرده است.
پيش از اين، گرافيک قابل سوئيچ نياز به چندين مالتي پلکسر سخت افزاري و يک سوئيچ سخت افزاري يا نرم افزاري داشت. با Optimus همه اتصالات ويدئويي به واسطه پردازنده گرافيکي مجتمع برقرار مي شوند، بنابراين به سخت افزار اضافي روي مادربورد نياز نيست( اشاره به اين نکته داراي اهميت است که Optimus براي پياده سازي به سخت افزار اضافي نياز ندارد).
اکنون براي سازندگان نوت بوک ها اين امکان فراهم شده تا براي پياده سازي Optimus در صورت تمايل يک پردازنده گرافيکي مجزا را به مادربورد محصول خود اضافه کنند. آن ها به لايه هاي بيشتر براي مالتي پلکسرها و پردازنده گرافيکي اضافي نياز ندارند، زمان توسعه و تحقيق کاهش پيدا کرده و لازم نيست سازندگان نسبت به درستي سيگنال يا ديگر مسائل مربوط به کيفيت نگران باشند. به طور خلاصه، اگر نوت بوکي داراي يک پردازنده گرافيکي NVIDIA و يک پردازنده گرافيکي مجتمع شده در چيپ ست مادربورد يا پردازنده باشد، از فناوري Optimus استفاده مي کند( تصوير2).
در قسمت هاي قبل اشاره کرديم که NVIDIA براي عرضه Optimus از نظر نرم افزاري، کارهاي متعددي انجام داده است، اما ويژگي سخت افزاري جديدي نيز همراه با Optimus معرفي شده که NVIDIA آن را Optimus Copy Engine ناميده است. به صورت تئوري هر چيزي را که Optimus انجام مي دهد، مي توان بدون اين Copy Engine نيز انجام داد. اما بدون موتور کپي( Copy Engine) پردازنده گرافيکي( 3D Engine) مسئول دريافت اطلاعات از باس PCI-E و در نتيجه حافظه گرافيکي مجتمع شده است.
قطعاً هنگامي که پردازنده گرافيکي اين وظيفه را بر عهده گيرد، موجب تأخير در پردازش گرافيکي و کاهش کارايي خواهد شد( در اين حالت براي کپي يک سيکل داده، هزاران سيکل صرف خواهد شد). براي حذف اين مشکل، NVIDIA يک موتور کپي طراحي کرده که وظيفه دريافت اطلاعات را بر عهده دارد. بنابراين موتور کپي به سادگي يک فريم تکميل شده را به باس PCI-E انتقال مي دهد، در حالي که در همين زمان پردازنده گرافيکي مشغول کار روي فريم بعدي است.
اکنون اجازه دهيد در مورد پيشرفت ديگر Optimus و برنامه هايي که موجب استفاده از پردازنده گرافيکي مي شوند، صحبت کنيم و به اين موضوع بپردازيم که آيا هنوز بازي هايي مانند Minesweeper باعث استفاده از پردازنده گرافيکي مي شوند؟
در حال حاضر، Optimus برنامه ها را از طريق اسم فايل اجرايي آن ها( مانند Photoshope.exe) تشخيص مي دهد، اگرچه در برخي مواقع اين تشخيص اندکي پيشرفته تر است. به طور مثال، هنگامي که کاربر در حال جست و جو در اينترنت است، به پردازنده گرافيکي مجزا نيازي ندارد، اما اگر مشغول تماشاي فلش ويدئويي در اينترنت باشد، Optimus به طور خودکار از پردازنده گرافيکي مجزا استفاده خواهد کرد. بستن فلش ويدئويي موجب خاموش شدن پردازنده گرافيکي مجزا و انتقال به پردازنده گرافيکي مجتمع مي شود. نمونه هاي ديگر از اين تشخيص پيشرفته، به نرم افزار مديا پلير مربوط است. هنگامي که کاربر توسط نرم افزار مديا پلير فيلم هاي با استاندارد HD پخش کند، Optimus پردازنده گرافيکي مجزا فعال را مي کند، در غير اين صورت از پردازنده گرافيکي مجتمع شده استفاده خواهد کرد.
تغيير عمده اي که در پروفايل برنامه ها رخ داده، جدا کردن اين پروفايل از درايور اصلي است. NVIDIA اکنون Optimus را طوري طراحي کرده که اين پروفايل به صورت اتوماتيک دانلود و به روزرساني مي شود. البته اين فرآيند به روزرساني توسط کاربر قابل تنظيم است . با اين روش، NVIDIA به سادگي مي تواند برنامه هاي کاربردي که به پردازش پردازنده گرافيکي مستقل نياز دارند به پروفايل خود اضافه کند. اين فهرست مي تواند به طور ساعتي يا حتي روزانه به روزرساني شود. همچنين NVIDIA اجازه داده تا کاربران برنامه هاي مورد نظر خود را به اين پروفايل اضافه و آن ها را توسط پردازنده گرافيکي مجزا اجرا کنند. نکته جالب اين که NVIDIA امکاني فراهم کرده که به کاربر اجازه مي دهد تا پروفايل خود را به سرور اين شرکت Upload کند تا در صورت موافقت مديران اين شرکت به صورت رسمي براي به روز رساني پروفايل در سايت NVIDIA قرار گيرد.
دوم اين که، بايد به بررسي مصرف توان اين فناوري بپردازيم. آيا Optimus موجب افزايش مدت زمان شارژ باتري و کاهش مصرف توان مي شود؟ براي اين منظور، سه نوت بوک شرکت اسوس به نام هاي UL50Vf، UL80Vt با گرافيک GeForce 210M و UL80Vt با پردازنده گرافيکي مجتمع GS45 شرکت اينتل مورد بررسي قرار گرفتند. UL50Vf داراي فناوري Optimus است، در حالي که دو مدل ديگر به اين قابليت مجهز نيستند( اين توضيح لازم است که UL50 داراي صفحه نمايش پانزده اينچي و UL80 داراي صفحه نمايش چهارده اينچي است). اکنون به بررسي کارايي Optimus در کاربردهاي عمومي و گرافيکي مي پردازيم. براي اين منظور از نتايج نرم افزار PC Mark Vantage براي کاربردهاي عمومي و 3D Mark Vantage، Far Cry 2 و GRID براي بررسي کارايي در بازي ها استفاده مي کنيم.
در اين تست Optimus موجب کاهش اندک کارايي شده است. اما اين کاهش چندان چشمگير نيست( نمودار1).
3D Performance
همان طور که در نتايج حاصل از بازي هاي سه بعدي ديده مي شود، Optimus موجب کاهش کارايي به ميزان اندکي شده است( نمودارهاي 2-4).
Power Consumpation
حال اجازه دهيد به بررسي ميزان مصرف توان توسط Optimus بپردازيم. يکي از اهداف مهم معرفي Optimus از سوي NVIDIA کاهش مصرف توان بوده، حال بايد ديد اين موضوع تا چه ميزان عملي شده است. در وضعيت بيکاري به طور کاملاً مشهود Optimus موجب کاهش مصرف توان شده است. UL80Vt با پردازنده گرافيکي G210M زمان شش ساعت و 48 دقيقه توانست روشن بماند، در حالي که UL50Vf با صفحه نمايش بزرگ تر زمان ده ساعت و نيم روشن ماند (نمودارهاي 5 و 6).
مصرف توان در زمان استفاده از اينترنت نيز کاهش پيدا کرده است. به عبارت ديگر، فناوري Optimus موجب شده تا مدت زمان شارژ باتري يک نوت بوک با پردازنده گرافيکي قدرتمند به نوت بوکي با پردازنده گرافيکي مجتمع تقريباً نزديک شود.
بيشتر کارهايي که من با نوت بوکم انجام مي دهم، شامل: جست و جو در اينترنت، نوشتن مقاله، دانلود و اجراي برنامه هاي کاربردي مانند آنتي ويروس، ياهو مسنجر، Skype، جست و جوگرهاي اينترنت، ويندوز مديا پلير و Winamp است. خيلي به ندرت با نوت بوک فيلم تماشا مي کنم. بنابراين با توجه به کارهايي که انجام مي دهد، فناوري Optimus مورد نياز من نخواهد بود و اگر روزي قصد خريد نوت بوک جديدي داشته باشم به سراغ نوت بوکي مي روم که داراي پردازنده گرافيکي مجتمع باشد.
اگر شما يکي از علاقمندان به بازي هاي کامپيوتري هستيد و به طور دائم نيز به تماشاي فيلم هاي با استاندارد HD مي پردازيد، Optimus براي شما خيلي مفيد نخواهد بود. اما Optimus براي کاربراني طراحي شده که در ميان اين دو گروه هستند.
به عبارتي هنگامي که کاربران به تماشاي فيلم هاي HD مي پردازند بايد قيد توان مصرفي را بزنند و نوت بوک خود را با حداکثر کارايي و مصرف توان به کار گيرند. اما هنگامي که از برنامه هايي مانند Word استفاده مي کنند، قدرت گرافيکي و بالطبع مصرف توان بايد کاهش پيدا کند. کاهش مصرف توان قطعاً براي چنين کاربراني بسيار مفيد خواهد بود.
منبع:عصر شبکه، شماره 106.
/ج
اين روزها کاهش توان مصرفي مسئله اي است که توجه بيشتر سازندگان مشهور دنيا به خصوص شرکت هايي که در زمينه قطعات و تجهيزات همراه فعاليت مي کنند را به خود معطوف کرده است. برخي از سازندگان در اين زمينه فعاليت هاي گوناگوني انجام داده اند به طوري که کاهش مصرف توان جزء يکي از فاکتورهاي اصلي محصولات آن ها شده است. طي چند سال گذشته، توليد کنندگان کامپيوترهاي همراه از جمله شرکت هايي بودند که براي کاهش مصرف توان و افزايش مدت زمان شارژ باتري از فناوري هاي گوناگوني استفاده کرده اند. آن ها حتي براي کاهش مصرف توان وسيله جديدي به نام نت بوک ( NetBook) عرضه کرده اند که تمامي قطعات آن مانند پردازنده، حافظه و ... مصرف بسيار کمي دارد. پردازنده هاي مبتني بر اين دستگاه ها داراي معماري متفاوتي با پردازنده هاي رايج است و تنها به 2/5 وات و در برخي مدل ها حتي تا 1/4 وات توان نياز دارند. در اين مقاله قصد داريم تا به معرفي فناوري جديدي از شرکت NVIDIA بپردازيم که سبب کاهش مصرف توان در نوت بوک ها مي شود.
نوت بوک ها شامل تمامي اجزاي يک کامپيوتر دسکتاپ از قبيل مادربورد، پردازنده، گرافيک، حافظه و ... هستند. همان طور که يک کامپيوتر خانگي مي تواند داراي گرافيک مجتمع روي مادربورد يا کارت گرافيک مجزا باشد، پردازنده گرافيکي نوت بوک نيز مي تواند به صورت يک چيپ ست مجزا يا به صورت مجتمع درون چيپ ست اصلي نوت بوک قرار گيرد. شايد در بازار نوت بوک هايي را مشاهده کرده ايد که لوگوي شرکت NVIDIA يا ATI روي بدنه آن ها قرار دارد. اين لوگو نشان دهنده نوع پردازنده گرافيکي نوت بوک است( در تصوير1 مادربورد نوت بوکي را مشاهده مي کنيد که داراي يک چيپ ست گرافيکي مجزا از شرکت NVIDIA است).
در نوت بوک ها نيز مانند کامپيوترهاي دسکتاپ، پردازنده گرافيکي مجزا( کارت گرافيکي) نسبت به پردازنده گرافيکي مجتمع قدرت بيشتري ارائه مي کند.
استفاده از يک چيپ ست گرافيکي مجزا در نوت بوک ها موجب مي شود تا کارايي آن ها در کاربردهاي گرافيکي افزايش پيدا کند، اما اصولاً اين چيپ ست ها توان مصرفي بالايي دارند و موجب کاهش مدت زمان شارژ باتري مي شوند. اکنون اين سؤال به وجود مي آيد که هنگام استفاده از برنامه هايي مانند Word، جست و جو در اينترنت و گوش دادن به موسيقي که نيازي به قدرت پردازشي بالايي ندارد، چگونه مي تواند باعث کاهش توان مصرفي شود؛ چون نوت بوک هايي که داراي پردازنده گرافيکي مجزا هستند، در اين مواقع نيز توان زيادي مصرف مي کنند و به همين دليل عمر باتري کاهش مي يابد. براي پاسخ به اين سؤال بهتر است ادامه داستان را بخوانيد.
.JPG "کاتاليزور!")
تاريخچه گرافيک قابل سوئيچ( Swichable)
با توجه به معرفي Hybrid SLI در گذشته، NVIDIA از نظر سخت افزاري آماده عرضه Optimus بود، اما از نظر نرم افزاري بايد کارهاي متعددي انجام مي داد. از نظر سخت افزاري همه پردازده هاي گرافيکي چهل نانومتري سري GeForce 300M و GeForce 200M سخت افزار مورد نياز براي پيکره بندي به صورت Optimus را دارند، اما متأسفانه نوت بوک هايي که در حال حاضر داراي اين سري از چيپ ست ها هستند از اين فناوري پشتيباني نمي کنند( با وجود اين، پتانسيل اين ويژگي در آن ها وجود دارد). فراهم کردن نرم افزار مرتبط با اين فناوري بسيار دشوار بود، به طوري که شرکت NVIDIA اعلام کرد، درايور GeForce مبتني بر Optimus تعداد خط هاي کد بيشتري نسبت به يک درايور ويندوز NT دارد. همچنين NVIDIA اعلام کرد، در اين پروژه تعداد مهندسان نرم افزار نسبت به سخت افزار خيلي بيشتر هستند، به طوري که برخي از اين مهندسان نرم افزار به صورت دائم در شرکت در NVIDIA اقامت دارند. به هر حال سخت افزار و نرم افزار Optimus در حال حاضر آماده شده و مي توان نوت بوک هاي مبتني بر آن را در بازار يافت.
اولين نوت بوکي که قابليت سوئيچ بين پردازنده گرافيکي مجتمع و غير مجتمع را داشت، مدل VAIO SZ-110B شرکت سوني بود که در آوريل 2006 ميلادي معرفي شد. نسل اول براي تعويض پردازنده گرافيکي به راه اندازي مجدد سيستم نياز داشت. به عبارت ديگر، براي آن که بار گرافيکي از پردازنده گرافيکي غير مجتمع به پردازنده گرافيکي مجتمع منتقل شود، به راه اندازي مجدد سيستم نياز بود. مالتي پلکسرها توان مورد نياز براي پردازنده گرافيکي مورد استفاده را فراهم مي کردند. در نگاه اول، پياده سازي اين فناوري خيلي ساده به نظر مي رسد، اما در عمل اجراي آن بسيار پيچيده و مشکل است. سخت افزار مورد نياز براي پياده سازي اين ويژگي شامل شش کنترلر مجتمع مالتي پلکسر با قيمت هريک تقريباً يک دلار و لايه هاي بيشتر مادربورد بود. به طور خلاصه، پياده سازي اين سيستم بسيار گران بود و از همه بدتر به راه اندازي مجدد سيستم براي پيکره بندي نياز داشت. اين موضوع سبب شده بود که بسياري از کاربران به ندرت از اين ويژگي استفاده کنند و بيشتر يکي از پردازنده هاي گرافيکي مجتمع يا مجزا را انتخاب کنند.
در نسل دوم، کارهاي متعددي از نظر نرم افزاري صورت گرفت، به طوري که سوئيچ سخت افزاري به يک سوئيچ نرم افزاري تبديل شد. NVIDIA نياز به راه اندازي مجدد را حذف کرد( البته برخي از محصولات مانند نوت بوک هاي اپل هنوز به راه اندازي مجدد يا حداقل Logout نياز داشتند). همچنين اين شرکت قصد داشت در نسل دوم عمليات سوئيچ کردن را بسيار ساده کند، اما موانع بسياري بر سر راه وجود داشت. سيستم عامل ها بايد دو مجموعه متفاوت از درايورها( به عنوان مثال، درايورهاي NVIDIA و اينتل) را مديريت مي کردند که متأسفانه ويندوز ويستا اجازه انجام چنين عملي را نمي داد. راه حل اين مشکل ايجاد يک « Display Driver Interposer» بود که به هر دو مجموعه درايور دسترسي داشته باشد. اين ميانجي در سال 2008 ميلادي معرفي شد و اولين نوت بوکي که با ويژگي هاي نرم افزاري و سخت افزاري نسل دوم معرفي شد، UL80VT شرکت اسوس بود. اين نوت بوک براي سوئيچ از يک گرافيک به گرافيک ديگر به راه اندازي مجدد سيستم نياز نداشت. به عبارت ساده تر، کاربر مي توانست در مدت پنج الي ده ثانيه واحد پردازش گرافيکي نوت بوک خود را از گرافيک مجتمع به گرافيک مجزا يا بالعکس تغيير دهد. به هر حال اين روش اگرچه موجب پيشرفت در زمينه گرافيک قابل تغيير شد، اما معايبي را نيز به همراه داشت.
ابتدا استفاده از يک ميانجي درايور مشترک موجب خواهد شد تا درايورهاي عمومي سازندگان گرافيک( مانند اينتل و NVIDIA) نتوانند با نسل دوم گرافيک قابل سوئيچ کار کنند. بنابراين درايور گرافيک بايد شامل هر دو درايور اينتل و NVIDIA مي شد که در اين صورت به روز رساني آن بسيار مشکل بود. اگر دو شرکت NVIDIA و اينتل به طور همزمان نسخه درايور جديدي معرفي مي کردند، تقريباً ده روز براي تست و تأييد درايور جديد زمان لازم بود تا درايورها درون يک بسته بندي قرار گيرند. اگر همه موارد صحيح بود، در اين صورت درايور جديد منتشر مي شد و در صورت بروز مشکل در درايور به زمان بيشتري نياز بود. البته در بهترين وضعيت يعني زماني که هر دو شرکت اينتل و NVIDIA درايورهاي جديد خود را به طور همزمان معرفي کنند، چنين مسئله اي اتفاق خواهد افتاد. به طور قطع شما نيز مي دانيد، به ندرت چنين اتفاقي رخ خواهد داد. حال فرض کنيد براي رفع مشکلي لازم باشد يکي از اين دو شرکت درايور جديدي را عرضه کند که احتمال وقوع اين موضوع براي NVIDIA بيشتر خواهد بود.
مشکل ديگر، مسدود شدن گرافيک قابل سوئيچ نسل دو است. در حقيقت، برخي مواقع عمل سوئيچ از گرافيک مجتمع به مجزا يا بالعکس انجام نمي گيرد، در حالي که کاربر تمايل به تغيير پردازنده گرافيکي سيستم خود دارد. مسدود شدن به اين دليل اتفاق مي افتد که در حافظه يک برنامه کاربردي در حال استفاده از سيستم گرافيکي است. اگر اين مسدود شدن تنها به بازي هاي سه بعدي محدود مي شد، مسئله مهمي نبود، اما متأسفانه اين مسئله در بسياري از برنامه ها مانند Minesweeper، Solitaire( بازي هاي گنجانده شده در ويندوز)، مرورگر اينترنت هنگامي که در حال تماشاي يک فلش ويدئويي هستيد و ... اتفاق خواهد افتاد. در چنين شرايطي بايد برنامه اي را که مانع فرآيند سوئيچ کردن مي شود، بست تا سيستم بتواند از پردازنده گرافيکي ديگر استفاده کند. سوئيچ کردن يا انتقال از يک پردازنده گرافيکي به ديگري موجب نمايش يک صفحه مشکي رنگ خواهد شد. به عبارتي صفحه نمايش به مدت ده الي پانزده ثانيه خاموش خواهد شد. براي جلوگيري از اين اتفاق، برخي از سازندگان با وجودي که از نسل دوم گرافيک قابل سوئيچ استفاده مي کنند، اما کاربر را به يک راه اندازي مجدد يا Logout هنگام استفاده از سوئيچ مجبور مي کنند( مانند Apple MacBook Pro). از نظر هزينه نيز نسل دوم به دليل تعداد لايه هاي بيشتر و مالتي پلکسرها قيمت بالايي در حد نسل اول دارد.
.JPG "کاتاليزور!")
نسل سوم گرافيک قابل سوئيچ( Optimus)
به طوري که قبلاً نيز اشاره کرديم، NVIDIA از نظر نرم افزاري کارهاي متعددي را براي عرضه Optimus انجام داده است. نسخه هاي قبلي براي تغيير پردازنده گرافيکي از يکي به ديگري به مالتي پلکسرهاي سخت افزاري نياز داشتند، اما اکنون تمامي اين عمليات توسط نرم افزار انجام مي شود و درايور Optimus شرکت NVIDIA قادر است در اين مورد که برنامه توسط پردازنده گرافيکي مجزا يا مجتمع شده اجرا شود، تصميم گيري کند. اگر برنامه اي نيازمند قدرت پردازنده گرافيکي مجزا باشد، سيستم توان مورد نياز براي پردازنده گرافيکي را سريع فراهم مي کند( تقريباً دويست ميلي ثانيه زمان طول مي کشد تا ولتاژ ثابت و پايدار شود)، پردازنده گرافيکي کارهاي ضروري را بر عهده مي گيرد و سپس داده ها از حافظه گرافيک مجتمع شده( که اصولاً همان حافظه سيستم است) به حافظه گرافيکي مجزا به واسطه باس PCI Express کپي مي شود. به اين وسيله NVIDIA قادر خواهد بود از روشن و خاموش شدن صفحه نمايش جلوگيري کند. در حقيقت NVIDIA روي استاندارد API کارهاي متعددي انجام داده که به واسطه آن به روز رساني درايور براي هر دو پردازنده گرافيکي به طور همزمان مورد نياز نيست. به هر حال NVIDIA هيچ گونه جزئيات دقيقي در مورد تغييرات انجام شده در سطح درايور اعلام نکرده است.
پيش از اين، گرافيک قابل سوئيچ نياز به چندين مالتي پلکسر سخت افزاري و يک سوئيچ سخت افزاري يا نرم افزاري داشت. با Optimus همه اتصالات ويدئويي به واسطه پردازنده گرافيکي مجتمع برقرار مي شوند، بنابراين به سخت افزار اضافي روي مادربورد نياز نيست( اشاره به اين نکته داراي اهميت است که Optimus براي پياده سازي به سخت افزار اضافي نياز ندارد).
اکنون براي سازندگان نوت بوک ها اين امکان فراهم شده تا براي پياده سازي Optimus در صورت تمايل يک پردازنده گرافيکي مجزا را به مادربورد محصول خود اضافه کنند. آن ها به لايه هاي بيشتر براي مالتي پلکسرها و پردازنده گرافيکي اضافي نياز ندارند، زمان توسعه و تحقيق کاهش پيدا کرده و لازم نيست سازندگان نسبت به درستي سيگنال يا ديگر مسائل مربوط به کيفيت نگران باشند. به طور خلاصه، اگر نوت بوکي داراي يک پردازنده گرافيکي NVIDIA و يک پردازنده گرافيکي مجتمع شده در چيپ ست مادربورد يا پردازنده باشد، از فناوري Optimus استفاده مي کند( تصوير2).
در قسمت هاي قبل اشاره کرديم که NVIDIA براي عرضه Optimus از نظر نرم افزاري، کارهاي متعددي انجام داده است، اما ويژگي سخت افزاري جديدي نيز همراه با Optimus معرفي شده که NVIDIA آن را Optimus Copy Engine ناميده است. به صورت تئوري هر چيزي را که Optimus انجام مي دهد، مي توان بدون اين Copy Engine نيز انجام داد. اما بدون موتور کپي( Copy Engine) پردازنده گرافيکي( 3D Engine) مسئول دريافت اطلاعات از باس PCI-E و در نتيجه حافظه گرافيکي مجتمع شده است.
قطعاً هنگامي که پردازنده گرافيکي اين وظيفه را بر عهده گيرد، موجب تأخير در پردازش گرافيکي و کاهش کارايي خواهد شد( در اين حالت براي کپي يک سيکل داده، هزاران سيکل صرف خواهد شد). براي حذف اين مشکل، NVIDIA يک موتور کپي طراحي کرده که وظيفه دريافت اطلاعات را بر عهده دارد. بنابراين موتور کپي به سادگي يک فريم تکميل شده را به باس PCI-E انتقال مي دهد، در حالي که در همين زمان پردازنده گرافيکي مشغول کار روي فريم بعدي است.
اکنون اجازه دهيد در مورد پيشرفت ديگر Optimus و برنامه هايي که موجب استفاده از پردازنده گرافيکي مي شوند، صحبت کنيم و به اين موضوع بپردازيم که آيا هنوز بازي هايي مانند Minesweeper باعث استفاده از پردازنده گرافيکي مي شوند؟
.JPG "کاتاليزور!")
تشخيص برنامه هاي کاربردي
در حال حاضر، Optimus برنامه ها را از طريق اسم فايل اجرايي آن ها( مانند Photoshope.exe) تشخيص مي دهد، اگرچه در برخي مواقع اين تشخيص اندکي پيشرفته تر است. به طور مثال، هنگامي که کاربر در حال جست و جو در اينترنت است، به پردازنده گرافيکي مجزا نيازي ندارد، اما اگر مشغول تماشاي فلش ويدئويي در اينترنت باشد، Optimus به طور خودکار از پردازنده گرافيکي مجزا استفاده خواهد کرد. بستن فلش ويدئويي موجب خاموش شدن پردازنده گرافيکي مجزا و انتقال به پردازنده گرافيکي مجتمع مي شود. نمونه هاي ديگر از اين تشخيص پيشرفته، به نرم افزار مديا پلير مربوط است. هنگامي که کاربر توسط نرم افزار مديا پلير فيلم هاي با استاندارد HD پخش کند، Optimus پردازنده گرافيکي مجزا فعال را مي کند، در غير اين صورت از پردازنده گرافيکي مجتمع شده استفاده خواهد کرد.
تغيير عمده اي که در پروفايل برنامه ها رخ داده، جدا کردن اين پروفايل از درايور اصلي است. NVIDIA اکنون Optimus را طوري طراحي کرده که اين پروفايل به صورت اتوماتيک دانلود و به روزرساني مي شود. البته اين فرآيند به روزرساني توسط کاربر قابل تنظيم است . با اين روش، NVIDIA به سادگي مي تواند برنامه هاي کاربردي که به پردازش پردازنده گرافيکي مستقل نياز دارند به پروفايل خود اضافه کند. اين فهرست مي تواند به طور ساعتي يا حتي روزانه به روزرساني شود. همچنين NVIDIA اجازه داده تا کاربران برنامه هاي مورد نظر خود را به اين پروفايل اضافه و آن ها را توسط پردازنده گرافيکي مجزا اجرا کنند. نکته جالب اين که NVIDIA امکاني فراهم کرده که به کاربر اجازه مي دهد تا پروفايل خود را به سرور اين شرکت Upload کند تا در صورت موافقت مديران اين شرکت به صورت رسمي براي به روز رساني پروفايل در سايت NVIDIA قرار گيرد.
.JPG "کاتاليزور!")
بررسي کارايي
دوم اين که، بايد به بررسي مصرف توان اين فناوري بپردازيم. آيا Optimus موجب افزايش مدت زمان شارژ باتري و کاهش مصرف توان مي شود؟ براي اين منظور، سه نوت بوک شرکت اسوس به نام هاي UL50Vf، UL80Vt با گرافيک GeForce 210M و UL80Vt با پردازنده گرافيکي مجتمع GS45 شرکت اينتل مورد بررسي قرار گرفتند. UL50Vf داراي فناوري Optimus است، در حالي که دو مدل ديگر به اين قابليت مجهز نيستند( اين توضيح لازم است که UL50 داراي صفحه نمايش پانزده اينچي و UL80 داراي صفحه نمايش چهارده اينچي است). اکنون به بررسي کارايي Optimus در کاربردهاي عمومي و گرافيکي مي پردازيم. براي اين منظور از نتايج نرم افزار PC Mark Vantage براي کاربردهاي عمومي و 3D Mark Vantage، Far Cry 2 و GRID براي بررسي کارايي در بازي ها استفاده مي کنيم.
.JPG "کاتاليزور!")
.JPG "کاتاليزور!")
نتايج تست
در اين تست Optimus موجب کاهش اندک کارايي شده است. اما اين کاهش چندان چشمگير نيست( نمودار1).
3D Performance
همان طور که در نتايج حاصل از بازي هاي سه بعدي ديده مي شود، Optimus موجب کاهش کارايي به ميزان اندکي شده است( نمودارهاي 2-4).
Power Consumpation
حال اجازه دهيد به بررسي ميزان مصرف توان توسط Optimus بپردازيم. يکي از اهداف مهم معرفي Optimus از سوي NVIDIA کاهش مصرف توان بوده، حال بايد ديد اين موضوع تا چه ميزان عملي شده است. در وضعيت بيکاري به طور کاملاً مشهود Optimus موجب کاهش مصرف توان شده است. UL80Vt با پردازنده گرافيکي G210M زمان شش ساعت و 48 دقيقه توانست روشن بماند، در حالي که UL50Vf با صفحه نمايش بزرگ تر زمان ده ساعت و نيم روشن ماند (نمودارهاي 5 و 6).
مصرف توان در زمان استفاده از اينترنت نيز کاهش پيدا کرده است. به عبارت ديگر، فناوري Optimus موجب شده تا مدت زمان شارژ باتري يک نوت بوک با پردازنده گرافيکي قدرتمند به نوت بوکي با پردازنده گرافيکي مجتمع تقريباً نزديک شود.
.JPG "کاتاليزور!")
چه کساني به Optimus نياز دارند؟
بيشتر کارهايي که من با نوت بوکم انجام مي دهم، شامل: جست و جو در اينترنت، نوشتن مقاله، دانلود و اجراي برنامه هاي کاربردي مانند آنتي ويروس، ياهو مسنجر، Skype، جست و جوگرهاي اينترنت، ويندوز مديا پلير و Winamp است. خيلي به ندرت با نوت بوک فيلم تماشا مي کنم. بنابراين با توجه به کارهايي که انجام مي دهد، فناوري Optimus مورد نياز من نخواهد بود و اگر روزي قصد خريد نوت بوک جديدي داشته باشم به سراغ نوت بوکي مي روم که داراي پردازنده گرافيکي مجتمع باشد.
اگر شما يکي از علاقمندان به بازي هاي کامپيوتري هستيد و به طور دائم نيز به تماشاي فيلم هاي با استاندارد HD مي پردازيد، Optimus براي شما خيلي مفيد نخواهد بود. اما Optimus براي کاربراني طراحي شده که در ميان اين دو گروه هستند.
به عبارتي هنگامي که کاربران به تماشاي فيلم هاي HD مي پردازند بايد قيد توان مصرفي را بزنند و نوت بوک خود را با حداکثر کارايي و مصرف توان به کار گيرند. اما هنگامي که از برنامه هايي مانند Word استفاده مي کنند، قدرت گرافيکي و بالطبع مصرف توان بايد کاهش پيدا کند. کاهش مصرف توان قطعاً براي چنين کاربراني بسيار مفيد خواهد بود.
منبع:عصر شبکه، شماره 106.
/ج
