《笔记本显卡切换技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《笔记本显卡切换技术.doc（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、出于偶然，无意打开了催化剂控制中心中的“可切换显示卡方式”选项，才发 现 AMD 智能切换技术的存在。于是萌生了捋一下双显卡切换技术的发展历程的念头。到处搜罗资料并整理，写下了这篇文章，希望能给大家带来一些帮助。由于内容较多， 难免出现混乱、重复和错误，望指正。看完可能需要一点耐心。就目前而言，在独立显卡（discrete GPU/dGPU）和集成显卡（integrated GPU/iGPU）之间的切换技术在市场上主要包括两家：Nvidia Hybrid SLI 和 AMD PowerXpress。Nvidia Hybrid SLI 又称为智能 SLI 技术，从 GeForce 9000M 系
2、列开始到现在的 GeForce GTX 500M 系列都是支持该技术的，视显卡搭配情况分为两种模式：当 NV 独显与支持该技术的其他厂商的主板集成显卡相搭配使用时，在执行浏览网页、文字处理以及观看高清视频等日常计算任务时默认使用低功耗集显模式，从而降低噪 音并延长电池续航时间；当运行高要求的3D游戏和应用程序时则自动切换到独显模式，可将性能发挥到极致。这类智能电源管理技术称为 HybridPower（混合动力）技术。当 NV 独显与 Nvidia 的板载 GPU（比如 GeForce 9100M G）搭配使用时，独显与集显以并行模式同时参加渲染，即可发挥出多 GPU 优势，并大幅提升 NV 独
3、显的图形性能。这种变相的 SLI 显卡交错并联技术称为 GeForce Boost（GeForce 加速）技术。注：Nvidia Hybrid SLI 已发展至最新的 Nvidia Optimus 智能切换技术，后文再谈及。AMD PowerXpress 又称为 ATI 可切换显卡技术，是移动显卡之间的一种热切换技术。结合集成显卡的低功耗特性和独立显卡的卓越性能，以实现最佳的电源管理。支持这类技术的显卡有 ATI Mobility Radeon HD 3000/4000/5000 系列和现在的 AMD Radeon HD 6000M 系列。跟 NV 一样，它也分为两种模式，在与 intel 集
4、显搭配时实现手动切换；在与 AMD 平台（比如 Fusion APU）搭配时，当独显进行渲染时，可利用 APU 的通用计算能力进行 DirectCompute 计算，必要时也可进行协助处理与渲染。综合了双 GPU 性能，这其实就是一种 APU-to-dGPU 的 ATI Hybrid CrossFireX 交火模式。注：AMD PowerXpress 4.0 已能支持智能切换技术，后文再谈及。双显卡技术的发展：多年来，移动 PC 行业一直在追求一种理想的移动电脑，既能拥有高性能，又能兼顾较长的电池续航能力。这导致出现了一些特别的，也是不成熟的解决方案，这些方案虽然能提高性能或者是延长电池寿命，
5、但却无法同时兼顾两者。混合图形（Hybrid Graphics），即集成显卡和独立显卡同时工作，独显和集显不可切换，可视为“SLI”并联技术和“Crossfire”交火技术的一种延伸。2-3 年前由 AMD 和 NV 发布，可以让两种不同品牌的显卡协作运行。例如，Radeon Mobility HD 4570 可以同 Intel GMA 一起工作，而不仅限于 AMD 的集成显卡。这种混合模式虽然能提升性能，但由于集显和独显不得不同时运行，对于笔记本的电池续航能力来说压力巨大，而且实际上一款主流的独立显卡已能运 行所有的应用程序，没有必要利用混合技术来联合两种显卡的性能。当然，如果摒弃这类可大幅
6、提升效率的技术是很可惜的，因此被综合进可切换显卡技术，单纯的 混合图形技术已难见到。具体参见上面的 NV GeForce Boost 和 ATI Hybrid CrossFireX 。可交换图形（Switchable Graphics）的主要益处在于笔记本允许用户选择需要运行的图形系统，就可以让计算机大多时间运行在集显模式下而达到节能目的。可交换图形的早期版本 要求用户必须重启电脑才能完成图形切换，这是因为操作系统和图形驱动无法接收到切换指令，就不知道如何切换，导致用户一次只能启用一种显卡。图形切换完全 由系统 BIOS 所控制，只有重启后，系统 BIOS 才能识别到底启用哪种显卡。这种通过纯
7、硬件层面的切换操作并要求重启的方式对用户来说可谓一个相当糟糕的使用体验。比如 2006 年发行的 SONY VAIO SZ 笔记本正是使用此技术。显而易见，这个方案并未被广泛采用，但却展示了 PC 制造商势必要解决这个问题的决心。我们可以将这种切换方式称之为 第一代显卡冷启动切换。第二种版本可以让用户采用软件控制而迅速完成图形切换且无需重启。 Nvidia 于 2007 年发布了一个花了相当长时间来解决重启问题的技术：Switchable Graphics - Hybrid Power（混合动力）技术。该技术允许笔记本切换图形子系统而无需重启，这极大地改变了笔记本的执行和操作方式。切换过程要花
8、上大约 5-10 秒。理论上用户第一次在一个笔记本上就能轻松遨游两个世界 - 手动切换至集显而拥有较长的电池寿命；手动切换至独显而获取高性能。这可以说是移动电脑发展史上的一个里程碑，并迎来了新一轮的笔记本 PC 时代。该技术被 OEM 厂商广泛采用，并且收到了很多技术性用户和传媒界的积极回馈。而 ATI 也推出了 PowerXpress 技术。将切换功能集成到催化剂控制面板和桌面右键菜单中，可快速打开切换选项；并且可设置为电池模式下自动切换为集显，电源模式下则自动切换成独显。我们 可以将第二种切换方式称之为 第二代显卡手动热切换，因为它是由用户决定，而非系统根据负载情况而自行切换。目前 AMD
9、 Mobility HD 4000/5000 系列显卡主要采用这种方式，例如 Y460A/Y560A。不同于几年前不成熟的方案，可交换图形技术主要由软件进行驱动，图形 驱动程序和操作系统可以启用此功能。其他 PC 图形企业也迅速跟进，并提供了各种版本的可交换图形技术。随着可交换图形技术的到来，当运行密集型任务时，用户能够从独显中受益；而当任务较少时切换至集 显以维护电池寿命。从功能上讲，两个独立的图形核心通过使用一个硬件多路复用器共享了显示输出，多路复用器能提供多路输入切换的设备，用于引导两个图形核 心之间的渲染和显示任务。一旦活动的图形核心（集显或独显）准备好输出一幅已渲染的场景或图像，硬件
10、多路复用器将会按照可交换图形驱动的指令切换至正确的 显示设备，以便视频输出能被传送至所需的显示。可切换显卡技术的数据逻辑流程图：为了让系统在集显跟独显之间切换，用户必须在可交换图形的显卡切换程 序（Applet）中手动更改设置，该专用工具会提供一个简单的菜单（比如 AMD 显卡可通过桌面右键菜单打开“可切换显示卡”选项）来让用户根据工作负载选择一个合适的图形核心。一旦完成选择，切换指令信息会通过 Windows 7 的标准 API 接口传送至可交换图形驱动层，系统 BIOS 接到信息后便会打开用于启用或禁用独显的接口，可交换图形驱动此时即可完成启用或禁用独显的操作，随后便开始加载或卸载独显驱动
11、程序，以便切换后的显卡核 心能正常工作。上面是软件层面的操作，而在硬件层面也会同时发生转换，多路复用器将会按照可交换图形驱动的指令切换至正确的显示设备，并转移相关的显示缓 存数据，以便显示能被正确输出。实际上，可交换图形驱动程序作为一个代理显示驱动（Proxy）或中间层驱动，在不停地将系统信息传送至跟当前活动的和已 启用的显示设备相关联的图形驱动。遗憾的是，可交换图形技术虽然带来了一个新的 PC 功能，为带有独显的笔记本大幅增加了电池寿命，但仍然存在一些重要的可用性问题和功能性问题，导致用户很少能获得预期的效益。以下几点不足之处：1、手动模式切换 - 当需要在集显和独显之间切换时，用户每次都要
12、更改设置。如果用户在启动游戏前忘记了启用独显，就不得不退出游戏，并再重新进入游戏前切换至独显。2、切换时间 - 切换过程中需要操作系统交换显卡驱动和转移显示缓存而产生了切换时间，因为 Windows 不允许一个显示适配器同时启用两种显卡驱动，由于多路复用器和驱动程序的加载和卸载过程，通常有 5 到 10 秒或更长的时间延迟才能完成集成显卡和独立显卡之间的切换。从集显切换到独显的时间要比独显切换到集显的时间要更长。3、应用程序阻止切换 - 通常应用程序会阻止模式切换，3D、视频应用程序、诸如接龙和扫雷之类的游戏都将会导致这个问题。在系统允许在集显跟独显之间切换前必须关闭这些应用程 序。如果用户忘
13、记关闭 3D 或视频应用程序，他们通常不会意识到图形模式其实还未如预期一样切换至集成显卡。4、屏幕闪烁 - 由于驱动的载入和卸载，以及多路复用器的电路切换，在集显与独显的系统切换过程中会发生屏幕闪烁。这可能会是一个烦恼，甚至让用户紧张，错以为是系统出现了故障。5、成本增加 - 显卡切换依赖于额外的数字逻辑电路，包括多路复用器和附加的显示接口。使用多个多路复用器会导致硬件布局极其复杂，会占用主板上的额外空间和大幅增加线路 长度，因为每个显示接口都需要被路由两次。结果导致削弱了信号的完整性，并且需要额外的 PCB 面板层，相比标准平台也就增加了材料成本和复杂性。以上的问题导致用户很少进行切换，他们
14、很少知道当前的图形运行模式 （Y460/Y560 有指示灯的，表示无压力），也不愿关闭当前影响切换的应用程序，甚至不知道如何切换（汗!）。这就迫切需要一个新的解决方案，可以让用户在需要时就可 以用于独显的高性能，而需要延长电池寿命时又运行在集显模式下。理想地说，就是无需用户干涉就能在后台自动完成切换。为了克服上述障碍，那么新的技术是呼 之欲出！（实际上出了之后，很多用户暴瀑汗中，比如 Y460N）。第三种版本就是“CrossDisplay”交叉显示：移除了多路复 用器，仅使用集成显卡输出显示，独立显卡只负责渲染处理。集显模式下，独显处于低能耗或关闭状态，直到应用程序要求独显进行渲染；独显模式下
15、仍然通过集显 显示引擎输出。这个版本在独显和集显之间的切换是通过应用程序的触发完成的，无需重启，无屏幕闪烁，瞬间无缝完成。应用程序及触发规则等配置文件可自动更 新，用户也可以自定义应用程序列表和其运行方式。我们把这种切换方式称之为 第三代显卡智能切换，目前 Nvidia GeForce 200M/300M/400M/500M 移动显卡都采用这种方式，比如 Y460N，Y470N 等。这类技术包括 Nvidia 的 Opitmus 和即将公布并投入实用的 AMD PowerXpress 4.0。Nvidia OpitmusOptimus 优驰技术是 Nvidia 2009 年公布的一项新的切换技
16、术，该技术创新地结合软硬件，自动、无缝、瞬间提供出色的性能和更长的电池寿命。Optimus 系统吸引了大量关注，它可以根据检测应用程序的需求而在集成于芯片组或处理器上的低功耗显卡和高性能显卡之间进行动态智能切换。利用 Optimus 技术，显示输出永远都只会通过集显显示核心，独显的显示输出将会被禁用。由于显示输出是固定不变的，所以切换时不会产生黑屏现象，多路复用器亦变得多余， 因为计算机不再需要独显的显示核心。两种显卡之间的协议分工由驱动程式负责，NVIDIA 声称可以兼容所有的 API。为达到更好的智能识别效果和传输性能，NV 专门设计了 Optimus Routing Layer（软件）和 Optimus Copy Engine（硬件）路由层和拷贝引擎。Optimus 路由层 包含在 Nvidia 显卡驱动的硬件接口层中，主要提供智能图形管理，包
