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什么机制允许双 Nvidia 卡帧缓冲区合并而无需 SLI？

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什么机制允许双 Nvidia 卡帧缓冲区合并而无需 SLI？

首先，让我们确保我们都达成共识：

作为背景信息，请注意，当您启动操作系统时——任何操作系统——BIOS（或 UEFI GOP）告诉操作系统应该使用哪个图形适配器作为主帧缓冲区。主帧缓冲区基本上是虚拟内存的一个区域，当写入时，会导致图形驱动程序启动 DMA 传输以将帧数据发送到图形输出设备。显然，在多 GPU 配置中，情况并非如此简单，但一般的想法是，基本级别的操作系统只知道一个帧缓冲区。为了确定什么构成帧缓冲区，插入同一显卡的显示器被视为由同一帧缓冲区驱动。默认情况下，插入不同卡的显示器由不同的帧缓冲区驱动。目前有几种技术技巧可以帮助弥合不同帧缓冲区之间的硬件差距；因此我的问题...

假设您购买的显示器数量多于任何一张显卡上的端口数量。例如，如果您的显卡有一个端口，则您有两个显示器。如果您的显卡有两个端口，则您有三个显示器。依此类推。

还假设你不要想要 Eyefinity 或类似的设置，其中操作系统将所有显示器视为一个“大显示器”。

你做希望能够在不同的显示器之间无缝地拖动鼠标和窗口。

方法如下：

  1. 物理显卡桥接：Nvidia SLI 或 AMD CrossFire。这些解决方案允许您将“额外显示器”插入第二块独立显卡。两块显卡使用专用桥接硬件相互通信（对于最新一代 AMD Radeons，则使用 PCIe 总线）。

  2. 平台硬件辅助帧缓冲区共享：Nvidia Optimus、AMD Enduro、LucidLogix Virtu MVP……概念是一样的。您将显示器插入一张卡（通常是主板，用于使用处理器的 iGPU），并将显示器插入独立显卡。主板上的某些芯片有助于协调和同步这两个独立的显卡，以便操作系统只有一个帧缓冲区的错觉，这样您就可以拥有多显示器设置。请注意，其中一些解决方案还可以控制帧来自哪个 GPU呈现自，而不仅仅是输出帧的位置栅格化为。

  3. 软件？：如果前两种硬件解决方案均不可用，显然有仍然一种方法。例如，如果你的主板才不是拥有 Nvidia Optimus 或 LucidLogix Virtu MVP；和你的牌是不是在 SLI 中；您仍然可以将 Nvidia GTX 280 和 Nvidia GT 210 插入同一台机器，您将获得相同的多显示器用户体验。您可以在显示器之间无缝移动鼠标和窗口。

我的问题是，在上面的第三个选项“软件？”中，这在 Windows 上是怎么实现的? 另外，那个特定的机制/功能叫什么？

  • 这是特定供应商的图形驱动程序的功能吗？
  • 它是内置于 Windows 本身吗？
  • 这该死的东西叫什么名字？

答案1

我认为您混淆了“帧缓冲区”和“一个大显示器”。您还假设用户空间可以直接访问显卡上的帧缓冲区。

假设最基本的窗口是一张简单的图像。对于操作系统来说，这只是一块主内存，用户空间可以在其中绘制像素。当操作系统/窗口系统发出信号时，图形驱动程序会以正确的空间/顺序将这些像素复制到显卡的帧缓冲区中。

伪代码如下：

int* MAIN_FRAMEBUFFER;
int RESOLUTION_X, RESOLUTION_Y;
struct WINDOW = {
  int x, y;
  int width, height;
  int* pixels; // virtual framebuffer
}
WINDOW[] all_windows;
int nr_of_windows
void draw_all_windows() {
    for(int i=0; i<nr_of_windows; i++) {
       // transfer the virtual framebuffer of every window to the graphics card
       WINDOW w = all_windows[i];
       for(int y=w.y; y<w.y+w.height; y++) {
           memcpy(&w.pixels, &MAIN_FRAMEBUFFER + w.x + y*RESOLUTION_X, w.width);
       }
       // Draw window manager decoration
       ...
    }
}

显卡驱动程序可以让您memcpy更有效地完成此操作，例如，只需将 WINDOW 结构复制到显卡内存中，然后在硬件中执行复杂的逐行复制。

在多显示器设置中，您只需对每个显卡重复该过程，仅复制该特定显示器上显示的窗口部分。

再次，用伪代码来说：

int* MAIN_FRAMEBUFFER1;
int RESOLUTION_X, RESOLUTION_Y;
// assume FRAMEBUFFER2 is to the right of FRAMEBUFFER1, and they have the same resolution
// the pseudo-code can be extended to allow a different resolution and orientation
int* MAIN_FRAMEBUFFER2;
struct WINDOW = {
  int x, y;
  int width, height;
  int* pixels; // virtual framebuffer
}
WINDOW[] all_windows;
int nr_of_windows
void draw_all_windows() {
    for(int i=0; i<nr_of_windows; i++) {
       // transfer the virtual framebuffer of every window to the graphics card
       WINDOW w = all_windows[i];
       for(int y=w.y; y<w.y+w.height; y++) {
           if(w.x + w.width < RESOLUTION_X) {
               // fully on monitor 1
               memcpy(&w.pixels, &MAIN_FRAMEBUFFER1 + w.x + y*RESOLUTION_X, w.width);
           } else if (w.x > RESOLUTION_X) {
               // fully on monitor 2
               memcpy(&w.pixels, &MAIN_FRAMEBUFFER2 + (w.x - RESOLUTION_X) + y*RESOLUTION_X, w.width);
           } else {
               // split between monitor1 and monitor2
               int monitor1_w_width = RESOLUTION_X - w.x;
               memcpy(&w.pixels, &MAIN_FRAMEBUFFER1 + w.x + y*RESOLUTION_X, monitor1_w_width);
               memcpy(&w.pixels + monitor1_w_width, &MAIN_FRAMEBUFFER2 + monitor1_w_width + (w.x - RESOLUTION_X) + y*RESOLUTION_X, w.width - monitor1_w_width);
           }
       }
       // Draw window manager decoration
       ...
    }
}

您可能会说这个系统很复杂。事实上，它已经通过使用 而简化DirectDraw，它允许您立即在显卡的帧缓冲区中分配一个内存块。但是，这个块与一个显卡绑定，这就是为什么当您使用 DirectDraw 将媒体播放器拖到第二台显示器时，您会看到绿屏。

注意：我不知道这在 Windows 7 或其他 3D 窗口环境中是如何工作的。我知道他们在纹理中写入窗口帧缓冲区并以 3D 形式渲染它。也许当您移动窗口时，纹理会被复制到另一张显卡？

最后，您参考 SLI 或其他系统。这与 2D 渲染无关。发生的事情是您将两张卡的内存集中在一起。然后，您指示每个 GPU 仅渲染屏幕的一部分。第二张显卡（未连接显示器）将其计算结果（像素！）写入主显卡的帧缓冲区，之后 VGA 或 DVI 芯片将其推送到显示器。需要桥接的原因是 1) 仅复制一次纹理和模型数据，即使两个 GPU 都使用它；2) 允许第二个 GPU 将像素写入第一个 GPU 的帧缓冲区。

您还提到了 Nvidia Optimus ea。该系统实际上与 SLI 非常相似。但是，桥接仅用于允许第二个 GPU 将像素写入帧缓冲区。芯片不共享任何纹理或顶点数据，并且无法协作渲染 3D 场景。

答案2

Parasietje 的回答是正确的，但也许是从某人认为你可以填补许多空白的角度来看待的。

2D 中的 Windows 不处理多台显示器。Windows 处理单个表面或多个离散表面，但完全忽略显示器，因为帧缓冲区完全由 GPU 处理，无需 Windows 的输入或干预。Windows 所做的只是将 2d 位图转储到内存中的特定位置，该位置已预先指定为“热区”，供完全不相关的帧缓冲区芯片从中获取屏幕刷新。这就是为什么即使没有驱动程序，您仍然可以看到显示的原因。您的 BIOS 将配置 VESA 模式，定义内存中要转储的位置，而不是其他位置。这是因为现代 GPU 对 Windows 来说是多个设备。一个或多个显示适配器 + 一个渲染加速器 + 一个计算核心。

问题就出在你的问题上。Windows 除了向适配器发出“启动 SLI”命令外，并未参与示例 1 或 2。

说得更明确一点。Windows 有“虚拟显示器”和“虚拟显示适配器”。前者可以是 VNC 或 RDP 连接，因为它们除了在创建图像后传递数据外什么都不做。对于 Windows 来说，这相当于写入该内存地址，并用于最终图像。

后者只是一种驱动程序定义的方法，用于将图像转储到屏幕上，但可以像通过软件渲染将模拟帧缓冲区输出到 SCSI 端口一样复杂，也可以像简单的“移动到此地址”命令一样简单。大多数情况下，它只不过是后者。这是为了将最终图像从内存传输到屏幕上。

3D 很重要，因为这就是它在 2D 中的工作方式，因此您的显卡无需驱动程序即可工作。Windows 在 2D 中工作，因此得名。如果留给 Windows 输出子系统，您的 GPU 将永远不会处理任何渲染，就像没有线程，您的 CPU 永远不会使用第二个核心一样……Windows 根本不知道要向它发送什么工作，甚至不知道它接受工作。即使是 2D 渲染也必须以这种方式完成。

3D 更为复杂，并且是每张卡的专有技术，通过 DirectX/OpenGL 或 directDraw（我现在主要使用 DX）工作，而对于 Windows 来说，它是一个黑匣子。这就是为什么所有卡都必须在内部支持这些 API 才能玩游戏的原因……Windows 只是将它无法理解的命令传递给驱动程序。这两个 3D API 都将 GPU 的处理部分“插入”在 Windows 2D 渲染器和 Windows 的虚拟显示器之间，然后通过包含专有命令的驱动程序将虚拟显示器桥接到 GPU。顺便说一句，当我说专有时，我的意思是 VLIW/GCN/Geforce 生成特定代码。

这就是您的 GPU 一旦有了驱动程序，就能够直接渲染到它自己的帧缓冲区的方式，而在此之前，当处于 VESA 模式时，您的 CPU 正在渲染并写入 RAM，然后您的 BIOS/EFI 将其从 RAM 传递到输出。

这也是为什么您的设备在设备管理器中显示为 1 而不是 3。

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