Bildflackern beim Wechsel, Fehlermeldungen von Anwendungen und das Umschalten von Hand - die eigentlich sinnvolle Hybrid-Grafik in Notebooks hat viele Schwächen. Nvidias Optimus-Technik kann sie beseitigen. ZDNet erklärt das Konzept.
Um das Vier- bis Achtfache steigt die 3D-Leistung eines Notebooks, wenn statt der Chipsatz-Grafik (IGP) eine separate GPU von ATI[1] oder Nvidia[2] zum Einsatz kommt. Es gibt aber ein wichtiges Argument gegen den Einbau einer GPU: ein deutlich höherer Stromverbrauch[3].
Die heute gefragten mobilen Dauerläufer lassen sich so kaum realisieren. GPU-Hersteller konnten bislang keinen Chip entwickeln, der seinen Energieverbrauch unter geringer Belastung auf IGP-Niveau herunterskaliert.
Im Jahr 2007 kamen erste Notebooks mit IGP und GPU, die dem Anwender durch manuelles Umschalten das Beste aus beiden Welten bieten sollten. Die Technik findet sich heute aufgrund kostspieliger Implementierung und teils komplizierter Bedienung aber nur in sehr wenigen Geräten.
Dabei gibt es gegenwärtig mehr Gründe als je zuvor, auch im Notebook eine diskrete Grafik einzusetzen: Von der GPU profitieren mittlerweile nicht nur 3D-Spiele[4], sondern eine ganze Reihe von Anwendungen[5], angefangen von der Videokonvertierung (Badaboom[6]) bis zur Bildbearbeitung (Photoshop CS4[7]).
Mit seiner Optimus-Technik will Nvidia die Schwachstellen bisheriger Hybrid-Lösungen ausmerzen und dem Konzept zu neuer Blüte verhelfen. ZDNet erklärt die Grundlagen und zeigt, was das erste Optimus-Notebook kann.
Hybrid-Grafik verspricht das Beste aus zwei Welten, zeigt in der Praxis aber mehrere Schwächen[8]: Die Entscheidung darüber, welche Grafiklösung genutzt wird, muss der Anwender treffen. Die Abwägung ist gerade für technisch nicht versierte Nutzer schwierig.
Ein weiteres Problem: Wird die GPU aktiviert, kommt es häufig vor, dass der Nutzer vergisst, sie wieder abzuschalten. Die Folge: der Akku ist schneller leer.
Zudem wird das Umschalten häufig von Anwendungen blockiert oder mit Fehlermeldungen quittiert. Man muss die Programme vorher beenden. Auch wenn der Vorgang erfolgreich ist, gibt es unangenehme Begleiterscheinungen: Die Darstellung auf dem Display flackert kurz und es vergehen jedes Mal fünf bis zehn Sekunden.
Auch für die Notebookhersteller gibt es Gründe, auf Hybrid-Grafik zu verzichten. Bislang ist für jede Schnittstelle (VGA, HDMI, Displayport) ein Multiplexer[9] notwendig. Das Bauteil regelt den Wechsel der Signalquelle[10] (IGP oder GPU). Es benötigt Platz, erhöht die Komplexität und sorgt für zusätzliche Kosten.
Die beschriebenen Schwächen haben dafür gesorgt, dass Notebooks mit Hybrid-Grafik auch Jahre nach Einführung der Technik eine Randerscheinung sind. Mit Optimus will Nvidia das Interesse an der Technik wieder beleben. Mit Optimus verspricht Nvidia nicht weniger als die Beseitigung aller Probleme, die es bisher mit Hybrid-Grafik gibt. Die Technik ist eine Kombination aus Hard- und Software.
Nvidia macht den Multiplexer mit Optimus obsolet[11], da der bisherige Wechsel der Signalquelle nicht mehr notwendig ist: Die GPU kopiert ihre Ausgabe in den Framebuffer der IGP. Dabei handelt es sich um eine digitale Kopie des Bildschirminhalts im Hauptspeicher. Von dort kopiert die IGP die Daten, um sie über VGA, HDMI oder andere Schnittstellen auszugeben. Eine in die GPU integrierte Funktion namens Optimus Copy Engine[12] sorgt dafür, dass die Schreib- und Lesevorgänge schneller erfolgen als mit dem traditionellen DMA-Verfahren[13] (Direct Memory Access). Sie werden nicht mehr synchron, sondern asynchron ausgeführt.
Auch Windows 7 spielt bei Optimus eine Rolle: Erstmals werden zwei unterschiedliche Grafiktreiber gleichzeitig unterstützt. Im Gerätemanager ist die GPU auch dann zu sehen, wenn sie deaktiviert ist.
Die Aktivierung der GPU kann durch Policys[14] für bestimmte Anwendungen geregelt werden. Nvidia will regelmäßig per automatischem Update eine Liste mit Applikationen bereitstellen, die auf der GPU ausgeführt werden. Der Nutzer kann aber auch selbst eingreifen und eigene Regeln erstellen. Auch DirectX- (3D-Grafik), DirectX-VA- (Videobeschleunigung) und CUDA-Aufrufe führen zum Einschalten der GPU.
Nvidias Optimus-Technologie unterstützt folgende Plattformen[15]: Core 2 Duo (Montevina), Atom N450 (Pine Trail) und Core-i3/5/7 (Calpella). GPU-seitig ist die notwendige Technik in den Serien Geforce 200M und 300M integriert. Auch die ION-2- (Netbooks) und die nächste Generation der Notebook-GPUs (Fermi) sollen damit ausgerüstet sein. AMD-Plattformen unterstützt Nvidia nicht.
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Nvidia Optimus im Überblick[16]
» zur Bildergalerie ...[16]Das Asus UL50VF wird von einem mit 1,3 GHz getakteten Intel Core 2 Duo SU7300 angetrieben. An Bord sind außerdem die Intel-Chipsatz-Grafik X4500MHD und eine diskrete Nvidia Geforce G210M. Im Idle-Modus genemigt sich das Gerät nur 17 Watt. Ein Tool zeigt an, ob die Geforce aktiv ist oder nicht.
Die Technik funktioniert wie versprochen: Bei der Ausführung des vorinstallierten Windows 7 (64 Bit) bleibt die Nvidia-GPU ausgeschaltet. Die auf dem Display ausgegebene Grafik wird von der integrierten IGP erzeugt.
Beim Start von Anwendungen wie 3D Mark 06, Badaboom oder World in Conflict sowie bei der Wiedergabe von HD-Videos schaltet das Notebook für den Anwender unmerklich auf die Nvidia-GPU um. Die von bisherigen Lösungen bekannten Verzögerungen sind genauso wenig bemerkbar wie das Flackern der Displays. Schließt man die Anwendungen, wechselt das Gerät zurück zur IGP.
Dass die GPU aktiv ist, bemerkt man nur am Anzeigetool - und an der Performance: Die Punktzahl im 3D Mark 06 klettert von 831[17] auf 3438[18]. Der Leistungszuwachs spiegelt sich allerdings auch bei der Leistungsaufnahme wieder. Sie steigt bei der Ausführung des 3D Mark 06 von 27 auf 41 Watt.
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Nvidia Optimus: Durchbruch für Hybrid-Grafik im Notebook[19]
» zur Bildergalerie ...[19]Das Ökosystem könnte indes noch etwas Feintuning vertragen, um das Potential besser auszuschöpfen: So sollte beispielsweise Badaboom die GPU nicht bereits beim Start, sondern nur für die Videokonvertierung zuschalten.
Optimus ist die bislang beste Lösung, um Performance, Bedienkomfort und lange Akkulaufzeiten in einem Notebook zu vereinen. Aufgrund der einfacheren Implementierung dürften auch Notebook-Hersteller Gefallen an der Technik finden. Erste Erfolge zeichnen sich bereits ab: Asus will in Kürze neben dem UL50FV vier Geräte auf Arrandale-Basis mit Optimus-Technik auf den Markt bringen. Nvidia verspricht für den Sommer mehr als 50 Maschinen.
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