nVidia Optimus

A integração das linhas PCI Express ao processador e o lançamento do Intel P55 levou a nVidia a abandonar o mercado de chipsets para processadores Intel, focando no desenvolvimento de placas dedicadas. Com isso, temos uma situação em que a maioria dos usuários utiliza PCs com algum chipset integrado da Intel e os que precisam de um melhor desempenho instalam uma GPU dedicada. Isso também se aplica aos notebooks, com a diferença de que a escolha entre um modelo com ou sem a GPU dedicada é feita na hora da compra.

Outro problema no caso dos notebooks é a questão do consumo elétrico, já que uma placa dedicada consome muito mais energia que o IGP incluído no chipset, o que representa uma menor autonomia de baterias. Para aumentar as vendas, a nVidia passou a desenvolver sistemas híbridos, que permitem chavear entre as duas, em uma saga que pode ser dividida em três capítulos.

A primeira geração chegou ao mercado em 2006 e foi usada em modelos como o Asus N10JC e o Sony Vaio SZ-110B. Neles o chaveamento era ainda feito manualmente, através de um switch, e você precisava reiniciar cada vez que desejava mudar. Com isso, a maioria acabava preferindo usar um ou outro o tempo todo, chaveando raramente, ou nunca.

A segunda geração pode ser encontrada em modelos fabricados a partir de 2008, onde o chaveamento passou a ser feito via software. Neles, ainda é necessário fazer a mudança manualmente (alterando a opção nas propriedades de energia), mas pelo menos deixou de ser necessário reiniciar. O grande problema era que o chaveamento estava longe de ser transparente (o vídeo ficava bloqueado por 6 a 12 segundos) e você precisava fechar todos os aplicativos que usavam funções 3D ou de aceleração (jogos, players de vídeo usando a decodificação via hardware, etc.) antes de chavear.

O Optimus é a terceira geração da tecnologia, anunciada em fevereiro de 2010. A vantagem dele em relação às duas gerações anteriores é o fato de ser baseado em um sistema de chaveamento automático, capaz de chavear entre o chipset de vídeo integrado e a GPU dedicada, de acordo com os aplicativos. Com isso, o chipset integrado (que oferece um consumo elétrico mais baixo) é usado em tarefas do dia, enquanto a GPU entra em ação ao rodar jogos e outras tarefas que exijam aceleração 3D ou decodificação de vídeo via hardware.

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Em vez de serem usadas saídas separadas para o IGP e a GPU, com chaveadores via hardware (o que aumenta os custos e torna a transição demorada), o Optimus trabalha de uma maneira bem mais elegante, usando o barramento PCI Express para a transmissão dos dados do frame-buffer (tecnologia que a nVidia batizou de “Optimus Copy Engine”).

Quando a GPU está inativa, o IGP faz todo o trabalho, com as atualizações do frame-buffer sendo copiadas para a memória da placa dedicada. Como os dados estão sempre atualizados, é possível fazer o chaveamento rapidamente. Ainda existe um pequeno lag de transição (de 200 a 300 ms), mas ele acaba passando despercebido, pois entra como parte do tempo de carregamento do aplicativo.

Uma vez que a GPU é ativada, o IGP entra em um modo de baixo consumo, onde apenas o frame-buffer e os circuitos de conversão de vídeo ficam ativos. A partir daí, a GPU passa a realizar todo o processamento, copiando os frames já renderizados para o frame-buffer do IGP, que passa a funcionar apenas como uma espécie de impressora, enviando as imagens para o monitor.

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Slide da nVidia mostrando a integração entre a GPU e o IGP

Além de reduzir o tempo de transição, o novo sistema reduziu os custos, pois em vez de duas saídas separadas, ligadas ao monitor por chaveadores, passou a ser usada uma única saída, ligada ao IGP. A GPU passou a se comportar como um “acelerador”, no sentido estrito da palavra.

A ativação da GPU é feita com base no aplicativo. Os drivers incluem uma lista de aplicativos validados, fornecendo uma série de profiles, que podem ser também ajustados manualmente. A lista inclui não apenas jogos, mas também aplicativos onde as funções de aceleração, codificação e decodificação de vídeo da GPU resultam em ganhos de desempenho. Existem também casos em que a GPU é usada para reduzir o consumo elétrico, como no caso de aplicativos com suporte ao Cuda ou OpenCL, onde a GPU pode realizar o trabalho consumindo menos energia.

Os profiles podem ser configurados através das configurações de vídeo, o que permite que você subscreva as configurações para aplicativos específicos. É possível também escolher manualmente entre usar o IGP ou a GPU clicando com o botão direito sobre o ícone do aplicativo, em vez de abrí-lo diretamente.

A ideia da nVidia é tornar o sistema mais atrativo e facilitar o desenvolvimento de notebooks e netbooks híbridos, permitindo que os fabricantes implementem o sistema simplesmente adicionando uma placa MXM com a GPU sobre a plataforma já existente. É algo similar ao que foi feito no ION (destinado a oferecer um reforço gráfico nos netbooks com o Atom), mas com uma aplicação bem mais abrangente.

Como sempre, o uso da GPU dedicada resulta em aumento no custo, mas pelo menos a diferença caiu em relação às gerações anteriores, tornando a tecnologia mais palatável para quem quer usar o notebook para jogar esporadicamente. Outro ponto importante é que a eliminação dos chaveadores e das trilhas adicionais e a redução no consumo elétrico abriram as portas para o uso nos notebooks mais portáteis, criando uma nova classe de notebooks para jogos casuais. Um bom exemplo é o ASUS N82JV, que combina uma GeForce G220M e um Core i5 em um notebook com tela de 14″ e 2.3 kg:

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