Hybrid-Grafik für Netbooks: Was an Nvidia Optimus neu ist

Nvidia hat, während ich gerade mal wieder Nachschub für unsere Hands-on-Videos besorgt habe, seine Hybrid-Grafiktechnologie Optimus offiziell vorgestellt. Wie üblich wurden ausgesuchte Journalisten schon vorab ausführlichst gebrieft, weshalb ich hier die Chance nutzen möchte, euch auf Basis eines sehr ausführlichen Berichts von AnandTech zu erläutern, was Nvidia Optimus von bisher üblichen Hybrid-Grafiktechnologien unterscheidet. Grundsätzlich soll Optimus dafür sorgen, dass lange Akkulaufzeiten und hohe Grafikleistung künftig bei Netbooks und Notebooks einander nicht mehr gegenseitig unmöglich machen. Achtung, es wird sehr umfangreich

Nvidia Optimus soll praktisch alle Probleme der bisher üblichen Ansätze für Hybrid-Grafik ausräumen. Künftig ist also keine manuelle Umschaltung zwischen dem Zusatzgrafikchip und der Chipsatzgrafik bzw. dem in neuen CPUs enthaltenen Grafikkern mehr notwendig. Außerdem können Anwendungen den Umschaltprozess zumindest theoretisch nicht mehr blockieren. Auch die fünf bis zehn Sekunden lange Verzögerung beim Umschalten fällt weg. Die Umschaltung zwischen IGP und GPU dauert nur noch rund 200 Millisekunden, was der Nutzer nicht einmal bemerkt, da sie Teil des Startprozesses von Anwendungen ist. Weiterhin kommt es nicht mehr zu einem Flackern des Displays.

Der größte Teil der Arbeit musste bei Optimus von Nvidia in die Software investiert werden. Die Umschaltung wird nun mit Hilfe einer Software-Lösung durchgeführt, indem der Treiber bei jeder Anwendung prüft und entscheidet, ob die integrierte Grafiklösung oder doch besser der Zusatzgrafikchip genutzt werden sollte. Kann ein Programm von der GPU profitieren, wird diese binnen der erwähnten 200 Millisekunden aktiviert. Die GPU übernimmt dann die nötigen Aufgaben, wobei die Daten vom Frame Buffer der GPU über den PCI Express Bus in den Frame Buffer der IGP kopiert werden. Dadurch kann Nvidia das Flackern des Bildschirms verhindern. Der Nutzer braucht sich außerdem keine Sorgen darüber machen, ob die Treiber für die integrierte Grafiklösung aktuell sind, da ausschließlich Standard-Anfragen an Programmierschnittstellen nötig sind. Noch hält sich Nvidia mit konkreten Details etwas bedeckt, weil man die entsprechende Technologie patentieren lassen will.

Nvidia will nach eigenen Angaben bei Optimus das Prinzip der Hybrid-Autos auf Grafikprozessoren anwenden. Der Nutzer braucht eigentlich gar nicht wissen, ob gerade die IGP oder die GPU aktiv ist, denn alle nötigen Prozesse laufen im Verborgenen ab. Der große Vorteil von Optimus ist, dass abgesehen vom Grafikchip keine zusätzlichen Hardware-Bauteile benötigt werden. Die Notebook- und Netbook-Hersteller können daher stets die gleiche Platine verbauen, sich aber die Option auf einen Zusatzgrafikchip offen halten. Es fallen zudem eventuelle Entwicklungskosten für die Integration von speziellen Umschaltungs-Chips weg und es gibt keine Probleme mit Störfrequenzen und ähnlichem. Der Aufwand für eine breite Einführung von Produkten mit Optimus-Unterstützung ist daher erstaunlich gering.

Zwar fanden die meisten Neuerungen für Optimus im Bereich der Software statt, doch eine wichtige Veränderung gibt es in Sachen Hardware ebenfalls. So verfügen die für die Nutzung mit Optimus bestimmten Grafikprozessoren des Unternehmens über die so genannte “Optimus Copy Engine”. Diese verhindert, das die 3D Engine der GPUs bei der Datenverarbeitung Pausen einlegen muss, während die zuvor verarbeiteten Daten über den PCI Express Bus in den Frame Buffer der IGP kopiert werden. Dies würde zu einer reduzierten Leistung führen, weshalb man die Copy Engine so gestaltet hat, dass sie asynchron von der restlichen Grafik-Engine arbeitet. So kann die 3D-Engine stets bereits weitere Frames verarbeiten, während die Daten unabhängig davon gleichzeitig von der Copy Engine übertragen werden.

Letztlich ergibt sich durch diese Lösung dennoch ein leichter Leistungsverlust gegenüber dem nativen Rendering der Grafik mit direkter Ausgabe ohne den Umweg über die integrierte Grafiklösung. Nach Angaben von Nvidia sind rund fünf Prozent Verlust möglich, was aber mit Blick auf die großen Kostenvorteile hinnehmbar ist. Das Kopieren eines Frames dauert ungefähr ein Fünftel der Zeit, die zur Anzeige des Frames nötig ist, so dass eine Latenz von rund drei Millisekunden entsteht. Grundsätzlich ist die Hardware-Seite von Optimus eigentlich recht simpel, werden alle Daten doch einfach über die entsprechenden Schnittstellen der integrierten Grafiklösung geschleust.

Der wichtigste Part der Software-Seite von Optimus ist die Erkennung von Anwendungen, damit der Treiber überhaupt weiß, ob nun die integrierte Grafik oder der Zusatzgrafikchip genutzt werden sollen. Wie bisher schon üblich werden Profile verwendet, um jeweils die richtigen Einstellungen für jedes Programm abzurufen. Bisher erkennt Optimus Anwendungen anhand des Namens ihrer ausführbaren Datei, doch in einigen Fällen reicht dies allein nicht aus. So müssen zum Beispiel Flash-Videos separat erkannt werden, damit der zusätzliche Grafikprozessor seinen Vorteil in diesem Bereich ausspielen kann. Flash 10.1 Beta vorausgesetzt, kann die GPU so dafür sorgen, dass auch hochaufgelöste Flash-Videos problemlos wiedergegeben werden können. Optimus aktiviert immer dann den dedizierten Grafikchip, wenn die Beschleunigung über DirectX, DirectX selbst oder CUDA gebraucht werden.

Bei Bedarf kann man sogar selbst dafür sorgen, dass Optimus bei bestimmten Anwendungen den Zusatzgrafikchip anschmeißt. Dazu muss man ledigliche in Profil anlegen, das auf den Dateinamen der entsprechenden Anwendung verweist, so dass beim nächsten Start Optimus genutzt wird. Insgesamt stellt Nvidias Optimus wohl die bisherige Spitze der Entwicklung in Sachen Hybrid-Grafik dar. Das Unternehmen hat ASUS bereits als Partner gewinnen können, weshalb bereits einige Systeme mit Optimus von den Taiwanern angekündigt wurden. Noch wurden keine Netbooks angekündigt, doch Nvidia hebt explizit hervor, dass auch der Intel Atom N4xx und die weiteren Pine Trail Prozessoren sowie ION 2 unterstützt werden. In den kommenden Monaten dürften wir uns also auch über Netbooks mit Optimus freuen.

Quelle: AnandTech