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Games World
  • PCGH Retro: Multichip-Technik SLI von Nvidia

    Bereits am 28.6.2009 hat SLI von Nvidia seinen fünften Geburtstag gefeiert. PC Games Hardware begleitet diesen Anlass mit einem Special zur Multi-Chip-Technologie, deren Name ursprünglich von 3dfx stammt.

    Am 28.6.2004 verkündete Nvidia per Pressemitteilung, dass SLI zurück sei. Auf Basis zweier Geforce-6800-Grafikkarten (ursprünglich: nur GT oder Ultra) mit PCI-Express lasse sich die Grafikleistung kombinieren. Tim Sweeney, Engine-Chef bei Epic, sprach gar von einer bis zu doppelten Leistung bei der Unreal Engine 3.

    Bis auf das Markenzeichen SLI und den Einsatz von zwei Grafikkarten hatte das Nvidia-Verfahren allerdings wenig gemein mit dem SLI, das bei Voodoo 2-Grafikkarten eingesetzte wurde. Beim SLI von 3dfx (SLI: Scan Line Interleaving) renderte eine PCI-Karte die geraden Pixelzeilen, die andere Karte die ungeraden Zeilen. Später gruppierte 3dfx mehrere Zeilen und verteilte die Last an zwei verschiedene Chips auf derselben Platine (Voodoo 5). Beim Nvidia-SLI (SLI = Scalable Link Interface) ließen sich anfangs nur zwei baugleiche PCI-Express-Grafikkarten aus der Geforce-6800-Luxus-Serie zum Parallelbetrieb koppeln.

    Der folgende Artikel erschien ursprünglich in PC Games Hardware 09/2004 und stammt von Raphael auf der Maur in Zusammenarbeit mit Thilo Bayer. Wir stellen Ihnen diesen Artikel komplett zur Verfügung, beachten Sie bitte die historischen Zusammenhänge.

    Multichip-Technik SLI
    SLI is back! Nvidia greift zum ersten Mal in die Multichip-Trickkiste, um neue Leistungsrekorde aufzustellen. Mit den Voodoo2-SLI-Systemen aus den Neunzigerjahren hat das Geforce-6800-SLI allerdings wenig gemein. PC Games Hardware blickt hinter die Kulissen.

    Nvidia setzt zur ultimativen Leistungssteigerung erstmals auf das bislang verschmähte Multichip-Konzept. Künftig lassen sich jeweils zwei baugleiche PCI-Express-Grafikkarten aus der Geforce-6800-Luxus-Serie zum Parallelbetrieb koppeln. Die beiden Grafikkarten synchronisieren ihre Arbeit über das "Scalable Link Interface" (SLI) - eine proprietäre, digitale Verbindung zwischen den beiden Grafik-Prozessoren. Neben Synchronisationsinformationen überträgt die Schnittstelle Farb- und Texturinformationen zwischen der kontrollierenden Master-Grafikkarte und der unterstützenden Slave-Platine.

    Voraussetzungen
    Woraus besteht ein SLI-System? Folgende Voraussetzungen sind zu erfüllen:

    - 2x NV45-Karten (6800 GT oder Ultra, PCI-E)
    - Schnittstellenplatine
    - Synchronisationssoftware (Forceware)
    - Mainboard mit 2 x16-Steckplätzen

    Für den SLI-Betrieb sind laut Nvidia zwei typgleiche Karten vom selben Hersteller notwendig. Möglicherweise lassen sich aber auch typgleiche Karten verschiedener Hersteller paaren. Ein SLI-System auf 6800-Standard-Basis ist im Übrigen nicht geplant. Doch zumindest integriert Nvidia die benötigte Synchronisationssoftware direkt ins Standard-Treiberpaket. Was die für die Kopplung nötige Schnittstellenplatine betrifft, planen diverse Hersteller, sie als Zubehör oder direkt im Paket mit anzubieten. Die Wahl einer passenden Hauptplatine dürfte sich mangels Angebot aber vorerst als schwieriges Unterfangen erweisen. SLI benötigt eine Hauptplatine mit zwei physischen PCI-E-x16-Steckplätzen, was bisher nur in teuren Server-Platinen von Intel vorgesehen ist (Tumwater-Chipsatz). Hier wird einer der beiden x16-Steckplätze nur mit acht (oder gar vier) Lanes angesteuert, da kein Chipsatz momentan mehr als 24 Lanes anbietet. Da liegt die Vermutung nahe, dass der kommende Nforce4 mit mehr als 24 Lanes womöglich optimal auf SLI-Systeme ausgelegt sein wird.

    Zwei Verfahren
    SLI bietet vorerst zwei Betriebs-Modi, die automatisch oder manuell über den Grafikkartentreiber ausgewählt werden. Bei dem auch von Ati (Rage Fury Maxx) und XGI (Volari Duo) eingesetzten AFR-Verfahren (Alternate Frame Rendering, siehe Grafik rechts) berechnet jede Grafikkarte ein komplettes Bild. Jeweils zwei aufeinander folgende Bilder (Frames) sind gleichzeitig auf verschiedenen Grafikkarten in Bearbeitung. Das Verfahren verdoppelt annähernd Geome­trie- sowie Rendering-Leistung, funktioniert aber nur bei Spielen, die das Vorberechnen mehrerer Bilder zulassen. Bei grafisch aufwendigen Spielen und hohen Qualitätseinstellungen lassen sich damit deutlich höhere Bildwiederholraten erzielen. Nvidia selbst spricht von bis zu 1,87facher Leistung, gemessen mit 3D Mark 2003 (1.600x1.200, 4x FSAA, 8:1 AF, Game Tests 2-4) sowie der Unreal Engine 3 (1.024x768).

    Durch das nötige Zwischenspeichern zweier Bilder reduzieren sich die Latenzzeiten bei Reaktionen auf Benutzereingaben, z. B. einen Richtungswechsel, jedoch nicht. Außerdem tendiert das Verfahren bisher zu unregelmäßigen Frameraten. Laut Nvidias Pressesprecher Jens Neuschäfer ist SLI aber "nicht von unregelmäßigen Frameraten betroffen". Knifflig wird der Umgang mit dynamisch erzeugten Texturen wie den bei Rennspielen beliebten, dynamischen Cubemaps für Umgebungsspiegelungen auf dem Karosserielack. Spiele wie Colin McRae Rally und Need for Speed Underground berechnen die Lackreflexionen nicht bei jedem Bildaufbau von neuem, sondern nutzen die erzeugten Reflexionstexturen über mehrere Bilder. Jene Karte, welche die Spiegelung berechnet, muss daher die erzeugte Reflexions­textur zeitaufwendig über die Kartenverbindung auf die Zwillingsplatine kopieren.

    Split-Frame-Modus
    Mit ähnlichen Schwierigkeiten hat auch der alternative "Split-Frame"-Modus zu kämpfen. In dieser Betriebsart teilt der Treiber das Bild horizontal in zwei ähnlich komplexe Teile und schickt die beiden Teile an je eine Grafikkarte. Die berechneten Bildteile werden über die digitale SL-Schnittstelle wieder kombiniert. Da auch hier die beiden Bildteile zum Teil auf die gleichen Informationen angewiesen sind, wird nicht ganz die doppelte Endleistung erreicht. Außerdem wollte uns Nvidia nicht erläutern, wie dieses Verfahren Geometrie-Berechnungen gegenüber der Ein-Prozessor-Lösung beschleunigt.

    Bei beiden Verfahren benötigen beide Karten eine Kopie sämtlicher für die Bildberechnung benötigten Daten (Geometrie, Texturen und Farb-/Tiefeninformationen). Dadurch bleibt der nutzbare Speicher von zwei 256-MByte-Grafikkarten weiterhin bei 256 MByte und erhöht sich nicht auf 512 MByte.

    Surround Gaming
    Wie Nvidia gegenüber Spieleentwicklern erläuterte, lassen sich über SLI auch mehr als zwei Monitore betreiben. So soll sich ein 3D-beschleunigtes Bild über bis zu vier Monitore erstrecken können. Für Spieler interessant wäre dabei eine Konfiguration mit drei Monitoren, wobei der zentrale Monitor links und rechts von zwei Monitoren zur Blickfelderweiterung flankiert wird. Nach Matrox' "Surround Gaming"-Vorstoß vor zwei Jahren (Parhelia, vgl. PCGH 08/2002) sind mittlerweile diverse Spiele verfügbar, die sich über mehrere Monitore betreiben lassen. Ob und wie gut dieses Wahrnehmungsspektakel von Nvidia unterstützt wird, bleibt abzuwarten.

    Raphael auf der Maur/Thilo Bayer

    Exkurs: SLI versus Alienware Video Array
    Die "Video Array"-Technik des amerikanischen Komplettsystemanbieters Alienware arbeitet prinzipiell mit beliebigen Grafikkarten zusammen. Ein spezieller Treiber verteilt die Rendering-Last ähnlich dem von Nvidia verwendeten, horizontalen "Split-Frame"-Verfahren. Die zwei Bildteile werden an den (analogen oder digitalen) Bildschirmausgängen der Grafikkarten von einer speziellen Videoschaltung (Video Merger Hub) abgegriffen und zu einem einzelnen Bild kombiniert. Der Monitor wird am Ausgang der Videoschaltung angeschlossen.

    Wissenswert: Mehr Informationen zum Thema finden Sie in:
    Grafikkarten-Rangliste 2016: 32 Radeon- und Geforce-GPUs im Benchmarkvergleich [Oktober]
  • Es gibt 8 Kommentare zum Artikel
    Von Progs-ID
    Man was die Zeit rennt.SLI (NVIDIA-Version) ist schon 5 Jahre alt.Tja, von wem haben die das bloß...
    Von ILAN12346
    Die Unrealengine 3 kahm schon 2004. man darf das ja nicht mit UT3 verweckseln^^ Und die Unreal3-Engine gibs is jetzt…
    Von [3volution's|Brak3]
    Doppelte Leistung bei der Unreal 3 Engine?!Hatte nVIDIA 2004 schon eine frühe Alpha oder woher wollten die es gewusst…
    Von rony
    natürlich hat sich das bild je nach aufwand "verschoben" wenn eine graka nur himmel macht, macht sie ca 65% vom bild,…
    Von ruyven_macaran
    Die Last müsste entsprechend der Leistung verteilt werden -> Linie verschieben. Gegen den Balken sollte es helfen, die…
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Fünf Jahre SLI
Bereits am 28.6.2009 hat SLI von Nvidia seinen fünften Geburtstag gefeiert. PC Games Hardware begleitet diesen Anlass mit einem Special zur Multi-Chip-Technologie, deren Name ursprünglich von 3dfx stammt.
http://www.pcgameshardware.de/Grafikkarten-Grafikkarte-97980/Specials/Fuenf-Jahre-SLI-688758/
01.07.2009
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2009/07/SLI-AFR.jpg
sli
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