NVIDIA Optimus

双显卡切换技术

NVIDIA Optimus 是NVIDIA 公司最新开发的双显卡切换技术,它可以实现笔记本电脑中独立显卡与主板内置显卡之间无缝、自动、实时的切换（用户无需重启或手动调整），从而实现能源的节约。

产品简介

NVIDIA Optimus 是NVIDIA 公司最新开发的双显卡,基于双显卡的智能切换技术,能够根据系统的负载自动切换独立显卡和集成显卡的运行。Optimus技术可完全自动地发挥作用，无需手动更改设置值，用户即可体验更长的电池续航时间以及惊人的视觉效果。

Optimus能够在后台运行，对用户运行的程序没有任何干扰，可无缝地计算出最大限度优化笔记本计算体验的方式。

Windows XP/Vista并不支持NVIDIA Optimus。也不能禁用集显。

工作原理

在汽车领域，混合动力车就是全自动切换的，无需驾驶者去思考该用发动机还是电机，省心又节能。同样地，在处理器领域，英特尔酷睿i5和i7处理器也加入了一项名为“睿频”的新技术，它可以根据系统当前的负载情况，来决定启用多核处理器的其中一个核心或几个线程，令它们超频工作，同时关闭暂时不用的核心，从而减少电力浪费，实现能源利用最大化。这些新技术，归根结底都可用“智能”两个字来概括。　如今的笔记本，显卡的重要性已经和处理器相差无几，尤其是在3D游戏、高清电影、专业绘图等特定应用中，显卡往往能发挥出事半功倍的效果。因此，既然处理器都更“睿智”了，显卡自然也要有所突破。另外，最新的32纳米处理器都融合了集成显卡，这就意味着双显卡笔记本电脑将成为今后的常见机型，此时推出更智能的切换技术也是迫在眉睫。

采用Optimus技术的笔记本，当系统仅运行一些简单程序、或是仅对

处理器有较高要求的大型程序时，Optimus路由会仅让集成显卡工作

，而将独立显卡完全关闭，此时的电池续航时间和普通集显本完全一

致，同样可以达到4~6小时（六芯电池）甚至8~10小时（八芯电池）

。

Optimus与以往显卡切换功能的不同之处，就在于路由和拷贝引擎这两大关键技术，其中路由是一个智能单元，而异步拷贝引擎则可以将显存中的数据复制到内存中去，同时不影响3D引擎的渲染过程，它们是相互独立的，因此丝毫不会降低渲染速度。　另外需要补充的是，Optimus路由除了能够自动识别系统负载之外，还内置了一个资料库，这个资料库记载了数量庞大的各类软件（包括游戏），当其中某个软件启动时，Optimus无需侦测负载即可知道该用哪个显卡。而每当用户连接网络时，这个资料库还会在后台默默更新，十分人性化。

详细介绍

第二代SwitchableGraphics尽管已变得实用，但仍然不受到用户注意，尤其是非专业用家的一般使用者，更是不愿意付出更多的钱购买自已可能无法驾驭的技术，因此NVIDIA决定研发更智能、更先进的GPU省电技术，并命名为NVIDIAOptimus技术。

有别仅用硬件单纯地透过切换显示输出线路，选择在IGP或是GPU工作，而是以驱动程式层面把把需处理的所有3D渲染工作，交由GPU作出运算处理，但最终图像输出至屏幕的仍是IntelIGP处理器。因此IGP的只是被当作一个简单的显示控制器，但却因此达成了无缝，无闪烁的经验，没有必要重新启动，情况就如当年3DFX加速卡把3D工作完成，并以2D显卡作显示输出一样。

NVIDIAOptimus技术原理图，透过PCI-E把3D渲染结果传至IGP

NVIDIAOptimus技术不再需要额外的MUX线路，IGP/GPU实时切换的架构成本大幅下降，仅在高负载的3D程序及需要CUDA运算时，GPU才会从完全断电的睡眠状态自动醒过来，并在完成工作后自动关掉，一般使用下不会感到它的存在，而不太重负载的工作则会交由IntelIGP负责，令Notebook达至省电与高效能兼备的效果。

Optimus架构，NVIDIA软件工程师制作了由数10万行序程所达成，完全符合MicrosoftAPI及不同显示标准API的介面，以协议IntelIGP与NVIDIAGPU之间的分工，透过PCI-E的双向设计，把运算及3D渲染结果传送至IntelIGP，并没有采用了非业界标准的序程，因此NVIDIAOptimus技术可以完美地融合于现有的绘图软件及CUDA软件。

新的NVIDIAOptimus技术中，由于IGP和GPU是同是并存，两者将负责不同的工作，与昔日采用硬体切换并独立运作的原理并不相同，因为GPU必需要把完成的3D渲染资料传送给IGP作显示输出，因此除了在GPU本地的Framebuffer需要存放显示的资料外，同时亦会把显示的资料抄送至系统记忆体给IGP作画面输出，这是一个非常浪费资源的动作，因此NVIDIA在GPU中入了全新的资料复制引擎，称为「OptimusCopyEngine」。

没有OptimusCopyEngine的话，GPU如果要把3D渲染的结果传给IGP显示，是需要把资讯复制给系统记忆体，让IGP读取并输出至显示屏，这是一个DirectMemoryAccess机制中的mem2mem写入指令，但此举有一个重大的缺憾，就是GPU需要等Framebuffer和系统记忆体完成同步化读写后，才有空读取Framebuffer的资源进行下一帧画面的渲染，导致GPU效能大幅下降。

解决此一问题让Optimus技术得以实践，NVIDIA在新一代40nm的GT200M家族及未来的GPU架构中，入了OptimusCopyEngine，它代替了显示核心内的内存控制器，负责把GPUFramebuffer的资源直接拷贝至系统内存体，让GPU内的内存控制器可以专用负责3D渲染运算，不需要管mem2mem写入动作。

而且OptimusCopyEngine支持双向PCI-E传输技术，容许3D引擎在读取系统内存的同时，亦可更新系统内存内的资料，这个非同步的DMA运作模式令资讯传送更有效率并令Optimus技术不会令效能出现下降，是个十分聪明的设计。

支持平台

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在2010年4月，新的MacBook Pro在配搭GeForce 330M显卡的情况下，可以支持Automatic Graphics Switching技术。该技术与Optimus相似，但有一些区别。与PC平台相似，上一代的MacBook Pro已经有显卡切换技术，但需要用家自行切换。由于新的MacBook Pro使用了Intel Core i5/Intel Core i7处理器，已集成了显示核心，显卡切换技术因而变得重要。Mac OS X操作系统会自行判断程序对显示性能的负载程度。若果系统检测到软件使用了OpenGL等API的时候，就会使用独立显卡。与Windows平台不同，在使用独立显示核心的时候，集成显示核心是可以被关闭的。

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