解析Hydra Engine多显卡并联方案

许多游戏玩家应该都有这样的经历，在欣喜某款游戏大作发布之余也会为自己的老显卡不能支持新的特效而痛苦，于是升级显卡成为了唯一选择。那么旧卡怎么办？折价出售或闲置？这可不一定，因为近的一项新技术可以让旧显卡焕发青春，与新显卡同时工作在一个平台上。

现有多卡并联方案的局限

从早期的Riva 128到经典的GeForce2 GTS，再到令NVIDIA重振雄风的GeForce 6800 Ultra，望着一块块曾经为我们带来无数欢乐的显卡躺在废品堆里，心里总是会有一种凄凉的感觉。我们或许时常会想，能不能让它们重新披挂上阵，和可爱的GeForce 9800 GT一起工作呢？这样的情况还真有可能出现！这就是来自以色列Lucid公司的新成果—Hydra Engine，一个第三方多显卡并联解决方案。与现有的SLI、CrossFire等多显卡并联技术相比，它到底特别在何处？

长期以来，NVIDIA与AMD都花了不少力气在多显卡并联领域进行发展，通过多块相同显卡的组合来实现显示性能的提升。这里我们不谈它们在性能提升等方面的优点，就目前来看，它们两家的SLI和CrossFire技术还是有一些不能让人满意的地方。首先当然是只能支持相同的显卡，有所局限。另一方面，SLI和CrossFire采用的是分割帧渲染（SFR）和交替帧渲染（AFR）模式，而这两种模式都存在着其固有的缺陷。在SFR模式下，每块显卡都需要重复保存所有的纹理和几何信息，单块显卡显存带宽和几何着色单元的限制仍然存在。而在AFR模式下，每帧画面都需要在显卡间切换，因此存在着延迟。

Hydra Engine工作原理解析

图一：Hydra Engine工作原理图

与SLI、CrossFire相比，Hydra Engine有什么不一样呢？首先，Hydra Engine是一项完全独立于GPU的图形分布式计算技术，其芯片功耗仅为5W，内部结构包括一颗RISC处理器以及专用处理电路，配合对应的软件实现相应的功能。Hydra Engine芯片采用了与SLI和CrossFire完全不同的模式，该芯片并不负责任何GPU运算工作，它的职责在于将图形渲染工作实时分配到各个GPU身上。对应的独立软件驱动则负责在DirectX架构和GPU厂商驱动间进行交互。

图二：功耗仅有5W的Hydra Engine芯片

看明白了吗？Hydra Engine就好像扮演着一个任务分配员的工作，那它具体是怎么做的？Hydra Engine会在NVIDIA或AMD的驱动程序前，读取来自于游戏或其它应用程序传输到DirectX或OpenGL的信息，并将信息划分为多个任务，这些任务可能是一个特定的光照效果，一种后期处理，一个特定模型的绘制等等。此前，如何将一个复杂的游戏画面划分为多个任务是一项十分困难的工作，但Lucid公司通过专利算法在Hydra Engine上很好地解决了这一难点问题。任务被划分完成后，就会通过PCI-E总线传输到Hydra Engine芯片，随后分配到各个GPU中。GPU完成自己的运算任务后，会把结果（它们可能是一部分数据，也可能是一些像素）交还Hydra Engine芯片，该芯片再将这些信息交给其中一颗GPU来完成后的混合输出。说得形象一点，Hydra Engine这位有经验的任务分配员，既不像SFR模式一样简单地直线分割每一帧的画面，也不会机械地像AFR模式那样将各帧画面分配给各个GPU，而是将整个画面渲染工作灵活地分配完成。

Hydra Engine效能不俗

了解了Hydra Engine的工作原理，我们再来看看它到底能带来多大的性能提升？还是先讲讲SLI与CrossFire，它们在发展过程中都遇到过性能提升幅度慢慢降低的问题。以SLI系统为例，在GeForce 6系列和GeForce 7系列产品流行时，双卡SLI系统的性能提升幅度约为60%～70%；当有128个流处理器的GeForce 8系列产品推出后，双卡SLI系统的性能提升幅度降至55%左右；新的GeForce GTX 280具备240个处理单元，但在双卡SLI系统中的性能提升幅度却只有40%～45%。这种状况是由于随着GPU运算单元的增加，仲裁器和驱动程序进行任务分配的难度越来越大，很难保证GPU中运算单元的利用率达到高而造成的。Hydra Engine的加入很好地解决了这个问题，它多支持4块GPU协同工作。在分配任务时，它会平衡每块GPU的任务，将合适的运算量分配给它们。如果某个GPU在渲染中拖了后腿，Hydra Engine会及时调整分配比例，将更多的任务分给较早完成的GPU，动态分配工作都在后台实时完成。据Lucid公司表示，Hydra Engine方案可以实现多显卡性能接近成倍的增长。

Hydra Engine＋N卡+A卡＝？

图三：直接设计在主板上的Hydra Engine多显卡互联示意图

图四：作为PCI-E桥接芯片安装在多芯显卡上的Hydra Engine多显卡互联示意图

除了多显卡并联后的性能表现不错之外，Hydra Engine受人关注的特性是它不仅支持相同显卡的并联，更能实现相同厂商任意显卡的并联，也就是说无论是NVIDIA还是AMD，甚至是S3的任何不同时代的显卡都能够通过Hydra Engine工作在一个平台上。Hydra Engine根据需要设计了两种不同的实现方式，一是直接将芯片设计在主板上，无论使用什么芯片组都能实现多卡互联，这种方式成本较高但效果比较好（图3）。另一种方式则是作为PCI-E桥接芯片安装在多芯显卡上，类似于目前Radeon HD 4870 X2板载的PLX芯片（图4）。这种开放包容的模式使得Hydra Engine先天就有了不错的亲和力，能提供给硬件制造商更多的选择。大家一定很关心Hydra Engine的“魅力”能否更进一步，实现NVIDIA与AMD的显卡在同一平台上的“联姻”呢？从Lucid公司目前提供的信息来看，N卡+A卡这样的多显卡并联方式暂时还无法实现，其原因在于操作系统不允许不同厂商的显卡驱动程序同时运行。如果Hydra Engine能够依靠它的开放性得到市场认可的话，未来让微软在操作系统上支持它还是有希望的。到时我们或许就能看到N卡、A卡在一个平台上“和谐”工作的景象了。

Hydra Engine＝英特尔的重要棋子？

既然Hydra Engine的卖点不少，那么它的推广前景如何呢？这点我们可以从Lucid公司的投资者名单中看出一点端倪。它的三大股东分别是Giza风险投资、Genesis以及英特尔，其中英特尔为Lucid公司注资1200万美元。由于Lucid是一家无晶圆厂的半导体设计公司，英特尔还将为它提供了半导体设计、制造方面的一些技术支持。英特尔既出钱又出力地投资这样一家公司可谓用心良苦，在未来Lucid必将成为英特尔的一颗重要棋子。首先它将是英特尔与NVIDIA、AMD进行SLI和CrossFire授权谈判的重要武器，有了它，未来的谈判就不会像现在X58芯片组的SLI授权那样艰难。虽然X58芯片组终实现了对CrossFire和SLI的支持，但是英特尔也看到了授权谈判的不易，因此寻求第三方解决方案势在必行。其次是为重返显卡市场储备技术和人才。在日前台北举行的IDF上，英特尔透露了更多新一代GPU Larrabee的消息，据悉这款GPU将是一款GPGPU（通用图形处理器）。在高端领域SLI和CrossFire的大名人人皆知，要真正让显卡上档次，英特尔十分清楚走多显卡互联的道路才是正道，因此早早在背后支持Hydra Engine的研发。一旦时机成熟，英特尔很有可能将Hydra Engine用于自身显卡的多显卡互联上，至少有了这样一家有英特尔血统的公司，未来的技术和人才也就不成问题了。

写在后

Hydra Engine在技术上虽然十分先进，但在NVIDA与AMD两巨头存在的显卡领域要闯出一片新天地还需时日。值得高兴的是，根据目前的消息，Lucid公司已经和一些OEM以及ODM厂商达成了协议，整合Hydra Engine的产品将在2009年第一季度正式上市，到时就能知晓Hydra Engine的性能如何了。也希望在英特尔的支持下，Hydra Engine能够为消费者在SLI和CrossFire之外提供更多地选择，让消费者更好地享受到技术进步带来的愉悦！