PC Games Hardware Magazin Grafikkarten (Vorschau)

grafikkarten | Multi-GPU-Renderingverfahren
Alternate Frame Rendering
Das meist als AFR abgekürzte Verfahren wird heute mit Abstand am
häufigsten genutzt, weswegen wir es zuerst beschreiben.
Beim AFR werden die beteiligten Grafikchips immer mit der Berechnung eines
kompletten Bildes beauftragt, welches sie nach Fertigstellung über die MGPU-
Brücken und/oder den PCI-Express-Anschluss an die Hauptkarte, an welcher der
Monitor angeschlossen ist, zurücksenden. Mithilfe dieser Technik ist mit bis zu100
Prozent Fps-Zuwachs pro beteiligter GPU die theoretisch höchste Leistungssteigerung
möglich – was wohl auch ein Grund für die Beliebtheit des Verfahrens ist.
Ein weiterer Vorteil von AFR ist die einfache Verteilung der Arbeit auch auf
mehr als zwei Grafikkarten. Die Nachteile wie eine erhöhte Eingabeverzögerung
(Inputlag) werden dabei prinzipbedingt in Kauf genommen. Auch die Tendenz zu
Mikrorucklern, verursacht durch ungleichmäßige Bildberechnungszeiten, muss sich
der Jagd nach höheren Bildraten meist unterordnen.
Split Frame Rendering
Das SFR-Verfahren ist dem Scan-Line-Interleave ähnlich: Das Bild wird
streifenweise zwischen den beteiligten Grafikkarten aufgeteilt.
Beim SFR, auch als Scissoring bekannt, wird das Bild horizontal geteilt. Die Anzahl
der Streifen ist theoretisch variabel, in der Praxis wurde bei dem heute kaum noch
genutzten Verfahren aber meist grob 60:40 zwischen oberer und unterer Bildhälfte
aufgetrennt, da im oberen Bereich meist die wenig rechenintensive Himmelstextur
den Löwenanteil der Fläche beanspruchte und man eine möglichst gleichmäßige
Verteilung der Rechenlast für das komplette Bild erreichen wollte.
Da die Dreiecke ohne Engine-Unterstützung in der Regel erst nach der Rasterisierung
der Bildhälfte zugeordnet werden können, muss die Geometrieverarbeitung
entweder von einem separaten Prozessor oder auf jedem der Grafikchips redundant
erfolgen. SFR erlaubt, besonders in einer dynamischen Version, eine noch gute
Lastverteilung, aber keine Fps-Gewinne von 100 Prozent wie AFR.
GPU 2 GPU 1
GPU 1
GPU 2
(Super-) Tiling
Tiling stammt vom englischen Wort für Kachel und entsprechend wird
das Bild hier nicht nur horizontal, sondern auch vertikal aufgeteilt.
Wie beim SFR muss hier für Geometrie zusätzlicher Aufwand getrieben werden, da
erst spät im Renderprozess feststeht, in welchem Bildbereich das fertige Dreieck
liegt. Mehr noch: Es kann auch in verschiedene „Tiles“(oder Streifen) hineinragen
und muss dann natürlich entsprechend an alle ausführenden GPUs verteilt werden.
Doch das Tiling hat einen entscheidenden Vorteil: Es skaliert aufgrund der
horizontalen wie vertikalen Unterteilung unabhängig vom Bildinhalt gut mit einer
variablen Anzahl an GPUs und lastet diese voll aus. Theoretisch ist es bei verteiltem
Rechnen wie Raytracing-Farmen sogar möglich, vollkommen unterschiedliche Prozessoren
einzusetzen. Im Echtzeitbereich jedoch spielt auch der Verteilungsaufwand
eine wichtige Rolle, sodass von diesem Verfahren im praktischen Einsatz wieder
Abstand genommen wurde.
Scan Line Interleave
Der Urvater aktueller Multi-GPU-Systeme verteilt die Pixellast auf fest
den einzelnen GPUs zugeordneten Bildschirmstreifen.
Als 3Dfx die Multi-GPU-Bühne betrat, war die Pixelwelt noch in Ordnung, sprich
einfach und übersichtlich. Wenn der Arbeitsauftrag an die Pixelbeschleuniger
erging, war bereits klar, wo in der Szene welche Objekte und Dreiecke hingehörten,
und es musste sich nur noch um die Bildpunkte mit überschaubarer
Effektvielfalt gekümmert werden. Entsprechend leicht war es für das Scan-Line-Interleave-Verfahren,
das Bild in Streifen zu zerteilen und an verschiedene Grafikkarten
oder -chips zu verteilen. 100 Prozent gesicherte Informationen sind schwer
zu bekommen, doch deutet die verfügbare Dokumentation auf einzeilige Streifen
bei Voodoo und Voodoo 2 hin – Quad-basierte Pipelines und Texturcaches gab es
noch nicht. Bei der Nachfolgearchitektur VSA-100 auf den Voodoo-5-Karten sollen
es dagegen 32 Pixel breite Interleaves gewesen sein. Mit einem solchen Schema
konnte man die Lokalität der Texturdaten mithilfe der Texturcaches besser nutzen.
GPU 1 GPU 1
GPU 2
GPU 2
54
PC Games Hardware | 09/13
www.pcgameshardware.de