Energooszczędne karty graficzne – jak skutecznie oszczędzać energię?

Akcelerator graficzny to obecnie najbardziej prądożercy komponent komputera, pozostawiając dotychczasowych liderów w tej konkurencji, najpotężniejsze procesory, daleko w tyle. W typowej firmie problem karty graficznej nie istnieje, gdyż w komputerach biurowych mocne urządzenia są zbędne, ale w przypadku stacji roboczej np. do obróbki wideo, jest to element niezbędny.

Największe straty na zużyciu energii przez układy graficzne ponoszą notebooki. Komputer podłączony do gniazdka działa bezustannie, choć oczywiście pobiera więcej energii, ale to laptop działający na baterii traci najwięcej, a konkretniej długość pracy na baterii. To właśnie dla tej grupy komputerów zasilanych bateriami przygotowuje się rozwiązania z dwoma kartami graficznymi.

Dwie karty graficzne - energooszczędne rozwiązanie?

Co ciekawe rozwiązanie to nie jest nowe. Pomysł, żeby prostszą grafikę obsługiwała karta wbudowana, a bardziej zaawansowane zadania - dodatkowa, powstał już jakiś czas temu. Karta wewnętrzna, zintegrowana oraz karta dodatkowa mają zazwyczaj bardzo odmienną specyfikę działania i co najważniejsze, diametralnie różne zużycie energii. Jak to wygląda w praktyce? Otóż podczas pracy na arkuszu kalkulacyjnym lub przeglądając strony internetowe komputer przełącza się na oszczędną pracę wykorzystując słabszą kartę graficzną. Jeśli jednak pracujemy z programem graficznym lub gramy w gry, komputer przełącza się na wydajny system graficzny kosztem większego zużycia energii.

Niestety początki tych systemów nie było kolorowe. Pierwsze konstrukcje z podwójną kartą graficzną nie zawojowały rynku przede wszystkim z powodu dodatkowej obsługi, której wymagały. Z początku było to przełączanie kart z koniecznością restartowania systemu, a kiedy ta funkcja stała się dostępna programowo, i tak należało zamknąć wszystkie aplikacje, aby dokonać przełączenia.

Rozwój technologii dwóch kart graficznych - jakie były początki?

Pewien sukces w tej materii osiągnął Optimus dzięki zastosowaniu kilku ciekawych rozwiązań. Przede wszystkim było to zastosowanie stopnia priorytetowego dla wbudowanej karty graficznej. Od momentu włączenia komputera do czasu, kiedy będzie potrzebna, karta dodatkowa udaje, że jej nie ma. Oznacza to, że ani ona, ani linie magistrali PCI Express nie są zasilane. Pamięć ekranu jest tylko jedna - pochodząca z karty wbudowanej. To jej zawartość jest wyświetlana na ekranie, więc nie ma całej baterii multiplekserów. Jeśli trzeba, wyniki pracy dodatkowej karty graficznej po przekształceniu na postać dwuwymiarową są transferowane do tej pamięci magistralą PCIE, nieco szybszą od DMA, używanej poprzednio do tego celu. Poza tym DMA blokuje pracę nadawcy do momentu zakończenia transferu. Skomplikowane? Zaraz wyjaśnimy.

Sprawdź też: Światowe zapasy mikroprocesorów na poziomie najwyższym od lat – jak to wpłynie na ceny?

Powyżej opisany system pozwala na pracę w oknach o różnym stopniu złożoności. Dla przykładu, prosta strona WWW złożona w większej części z tekstu może być wyświetlana za pomocą karty wbudowanej. Jeśli jednak na fragmencie tejże strony pojawi się bardziej skomplikowana animacja, zostaje ona „przejęta” i wyświetlona przez kartę dodatkową. W momencie, gdy zamkniemy zakładkę z takim skomplikowanym graficznie elementem, wtedy karta dodatkowa zostanie wyłączona, a całe przygotowanie obrazu przejmie jednostka wbudowana. Dodatkowa karta graficzna może być wyłączona, ale programowa kontrola treści kierowanej do wyświetlania musi być w pogotowiu.

Były zalety, czas na wady...

Niestety, oprócz ogromnych zalet takiego rozwiązania istnieją również spore wady. Okazało się, że przykładowe okna flashowe na stronie WWW są opracowywane przez kartę dodatkową nawet wtedy, kiedy ich treść przestanie się zmieniać. Oznacza to, że nawet gry praca energochłonnej karty nie jest już potrzebna, wyłączy się ona dopiero po zamknięciu zakładki lub przesunięciu okna z animacją poza obszar ekranu. Kolejną wadą jest transfer pamięci obrazu. Warto pamiętać, że pamięć obrazu karty zintegrowanej znajduje się z w zwykłej pamięci RAM komputera, która jest o wiele wolniejsza od tej, wbudowanej w kartę graficzną. W związku z tym kopiowanie bufora ramki do pamięci obrazu, mimo dodatkowej magistrali specjalnie do kopiowania, może spowolnić pracę całego systemu.

Istotą działania Optimusa są profile. Sprzęt jedynie stwarza możliwości, ale polecenia, które aplikacje i w jakich warunkach mają być obsługiwane przez poszczególne karty graficzne, są zapisane w profilach, które notabene są bardzo skomplikowane i szczegółowe. Praca każdej aplikacji na rozmaitych rodzajach laptopów musi zostać przeanalizowana i zoptymalizowana, a jest to proces bardzo czasochłonny. Wyniki tych testów są przetwarzane na odpowiednie profile pracy i rozpowszechniane za pomocą mechanizmu automatycznej aktualizacji przez Internet. Profile są rozprowadzane tylko przez jego serwery i nie wszystkie aplikacje muszą być zauważone i przeanalizowane. W razie braku profilu dodatkowa karta graficzna nie zostanie włączona. Dlatego tak ważna jest ciągła aktualizacja obejmująca nowe programy, sytuacje i kombinacje różnych czynników.

Jakie rokowania na przyszłość?

Jak wspominaliśmy, dodatkowa karta graficzna przystosowana do współpracy w ramach Optimusa musi szybko i efektywnie przetransferować wytworzony obraz ze swojego bufora ramki do pamięci obrazu karty wbudowanej, a jak wiemy, znajduje się ona w głównej pamięci RAM komputera. Transfer danych do tego miejsca odbywa się magistralą PCI Express. Warto również pamiętać, że tego typu możliwości posiadają tylko wybrane modele kart graficznych. W przypadku kart marki NVIDIA, modele kart graficznych z taką funkcją mają oznaczenie zakończone literą K.

Polecamy: Zamienniki i drukowanie kilku stron na jednym arkuszu – czy to się opłaca?

Liczba tego typu kart graficznych ciągle rośnie, a testy czasu pracy na bateriach są obiecujące. Miejmy nadzieję, że wszelkie zabiegi mające na celu maksymalizację czasu pracy na baterii będą rozwijane, a w przyszłości energooszczędna rozwiązania będą obecne w każdym przenośnym urządzeniu.