NVIDIA Optimus

NVIDIA Optimus 是NVIDIA 公司最新開發的雙顯卡,基於雙顯卡的智能切換技術,能夠根據系統的負載自動切換獨立顯卡和集成顯卡的運行。Optimus技術可完全自動地發揮作用，無需手動更改設置值，用户即可體驗更長的電池續航時間以及驚人的視覺效果。

Optimus能夠在後台運行，對用户運行的程序沒有任何干擾，可無縫地計算出最大限度優化筆記本計算體驗的方式。

Windows XP/Vista並不支持NVIDIA Optimus。也不能禁用集顯。

在汽車領域，混合動力車就是全自動切換的，無需駕駛者去思考該用發動機還是電機，省心又節能。同樣地，在處理器領域，英特爾酷睿i5和i7處理器也加入了一項名為“睿頻”的新技術，它可以根據系統當前的負載情況，來決定啓用多核處理器的其中一個核心或幾個線程，令它們超頻工作，同時關閉暫時不用的核心，從而減少電力浪費，實現能源利用最大化。這些新技術，歸根結底都可用“智能”兩個字來概括。　如今的筆記本，顯卡的重要性已經和處理器相差無幾，尤其是在3D遊戲、高清電影、專業繪圖等特定應用中，顯卡往往能發揮出事半功倍的效果。因此，既然處理器都更“睿智”了，顯卡自然也要有所突破。另外，最新的32納米處理器都融合了集成顯卡，這就意味着雙顯卡筆記本電腦將成為今後的常見機型，此時推出更智能的切換技術也是迫在眉睫。

採用Optimus技術的筆記本，當系統僅運行一些簡單程序、或是僅對

處理器有較高要求的大型程序時，Optimus路由會僅讓集成顯卡工作

，而將獨立顯卡完全關閉，此時的電池續航時間和普通集顯本完全一

致，同樣可以達到4~6小時（六芯電池）甚至8~10小時（八芯電池）

。

Optimus與以往顯卡切換功能的不同之處，就在於路由和拷貝引擎這兩大關鍵技術，其中路由是一個智能單元，而異步拷貝引擎則可以將顯存中的數據複製到內存中去，同時不影響3D引擎的渲染過程，它們是相互獨立的，因此絲毫不會降低渲染速度。　另外需要補充的是，Optimus路由除了能夠自動識別系統負載之外，還內置了一個資料庫，這個資料庫記載了數量龐大的各類軟件（包括遊戲），當其中某個軟件啓動時，Optimus無需偵測負載即可知道該用哪個顯卡。而每當用户連接網絡時，這個資料庫還會在後台默默更新，十分人性化。

第二代SwitchableGraphics儘管已變得實用，但仍然不受到用户注意，尤其是非專業用家的一般使用者，更是不願意付出更多的錢購買自已可能無法駕馭的技術，因此NVIDIA決定研發更智能、更先進的GPU省電技術，並命名為NVIDIAOptimus技術。

有別僅用硬件單純地透過切換顯示輸出線路，選擇在IGP或是GPU工作，而是以驅動程式層面把把需處理的所有3D渲染工作，交由GPU作出運算處理，但最終圖像輸出至屏幕的仍是IntelIGP處理器。因此IGP的只是被當作一個簡單的顯示控制器，但卻因此達成了無縫，無閃爍的經驗，沒有必要重新啓動，情況就如當年3DFX加速卡把3D工作完成，並以2D顯卡作顯示輸出一樣。

NVIDIAOptimus技術原理圖，透過PCI-E把3D渲染結果傳至IGP

NVIDIAOptimus技術不再需要額外的MUX線路，IGP/GPU實時切換的架構成本大幅下降，僅在高負載的3D程序及需要CUDA運算時，GPU才會從完全斷電的睡眠狀態自動醒過來，並在完成工作後自動關掉，一般使用下不會感到它的存在，而不太重負載的工作則會交由IntelIGP負責，令Notebook達至省電與高效能兼備的效果。

Optimus架構，NVIDIA軟件工程師製作了由數10萬行序程所達成，完全符合MicrosoftAPI及不同顯示標準API的介面，以協議IntelIGP與NVIDIAGPU之間的分工，透過PCI-E的雙向設計，把運算及3D渲染結果傳送至IntelIGP，並沒有採用了非業界標準的序程，因此NVIDIAOptimus技術可以完美地融合於現有的繪圖軟件及CUDA軟件。

新的NVIDIAOptimus技術中，由於IGP和GPU是同是並存，兩者將負責不同的工作，與昔日採用硬體切換並獨立運作的原理並不相同，因為GPU必需要把完成的3D渲染資料傳送給IGP作顯示輸出，因此除了在GPU本地的Framebuffer需要存放顯示的資料外，同時亦會把顯示的資料抄送至系統記憶體給IGP作畫面輸出，這是一個非常浪費資源的動作，因此NVIDIA在GPU中入了全新的資料複製引擎，稱為「OptimusCopyEngine」。

沒有OptimusCopyEngine的話，GPU如果要把3D渲染的結果傳給IGP顯示，是需要把資訊複製給系統記憶體，讓IGP讀取並輸出至顯示屏，這是一個DirectMemoryAccess機制中的mem2mem寫入指令，但此舉有一個重大的缺憾，就是GPU需要等Framebuffer和系統記憶體完成同步化讀寫後，才有空讀取Framebuffer的資源進行下一幀畫面的渲染，導致GPU效能大幅下降。

解決此一問題讓Optimus技術得以實踐，NVIDIA在新一代40nm的GT200M家族及未來的GPU架構中，入了OptimusCopyEngine，它代替了顯示核心內的內存控制器，負責把GPUFramebuffer的資源直接拷貝至系統內存體，讓GPU內的內存控制器可以專用負責3D渲染運算，不需要管mem2mem寫入動作。

而且OptimusCopyEngine支持雙向PCI-E傳輸技術，容許3D引擎在讀取系統內存的同時，亦可更新系統內存內的資料，這個非同步的DMA運作模式令資訊傳送更有效率並令Optimus技術不會令效能出現下降，是個十分聰明的設計。

在2010年4月，新的MacBook Pro在配搭GeForce 330M顯卡的情況下，可以支持Automatic Graphics Switching技術。該技術與Optimus相似，但有一些區別。與PC平台相似，上一代的MacBook Pro已經有顯卡切換技術，但需要用家自行切換。由於新的MacBook Pro使用了Intel Core i5/Intel Core i7處理器，已集成了顯示核心，顯卡切換技術因而變得重要。Mac OS X操作系統會自行判斷程序對顯示性能的負載程度。若果系統檢測到軟件使用了OpenGL等API的時候，就會使用獨立顯卡。與Windows平台不同，在使用獨立顯示核心的時候，集成顯示核心是可以被關閉的。 ^[1]