当 NVIDIA Optimus 遇见 osu!

笔记本,性能和续航,到底要哪一个?

曾经

  • 要性能 → dGPU (Discrete GPU,独立图形处理模块,简称独显) → 续航爆炸
  • 要续航 → iGPU (Integrated GPU,集成图形处理模块,简称集显) → 性能不行

渲染流程要么是这样的:

iGPU route

要么是这样的:

dGPU route

我  全  都  要?

介于此问题,部分 OEM 厂商尝试过在 BIOS 中新增一个“选择 GPU”的选项,此时,渲染流程差不多是这样的:

Selectable route

如果要切换 GPU,则需要切换数据选择器状态,要么黑屏一次,要么需要重启系统。

现在

于是,2010 年,老黄(NVIDIA)家推出了一种名为 NVIDIA Optimus 的解决方案。具体实现是:

  • Optimus Routing Layer (ORL)(操作系统内核级)自动选择 iGPU/dGPU 作为渲染芯片
  • 由 Optimus Copy Engine (OCE) 将 dGPU 渲染后的帧复制到 iGPU 内存中
  • 笔记本自带显示器直连 iGPU,由 iGPU 驱动

在这些情况下,ORL 将自动为应用程序分配 dGPU:

  • 任意 DirectX 函数调用
  • DXVA(DirectX 视频回放硬件加速)调用
  • CUDA 调用

渲染流程变成了这样:

Optimus route

Optimus 技术的好处在于,在不需要 dGPU 时,其可以完全处于关闭状态,由 iGPU 完成运算,降低耗电;而在需要 dGPU 时,可以直接动态切换,不会遇到重启/黑屏等问题。

这样,既保住了 iGPU 的续航功效,又提供了 dGPU 的优秀性能,一举两得。

但真的 Optimus 就完美了吗?并不。

问题

Optimus 在大型游戏(GTA V, Watch_Dogs, Forza Horizon 4, Rust, CS:GO)上会自动选择 dGPU 作为渲染芯片,表现优异,独显的性能还是发挥得很充分的,可以达到比较理想的帧率(平均 80 FPS 左右,1920*1080,高画质)。可以说这一套实现效果很不错。

但是至于 osu! 这类对性能要求并不高的游戏呢?

Bad news: 即使选择了 dGPU,仍然显示为 100 FPS 左右,甚至达不到我的显示器刷新率(120Hz):

Internal display

同时,伴有轻微的掉帧(卡顿感)。让 osu! 这种音乐游戏的玩家体验更烂了。

同时 GitHub 上也有用户给开发中的 osu!lazer 发了 issue,请求优化启用 Optimus 的设备上的游戏体验(如 #5582, #8165)。

调查

通常有三种可能

  • osu! 本身优化问题
  • iGPU 瓶颈
  • OCE 带宽不足

这里要提到,而部分笔记本有一个特殊的 Optimus 实现(我的笔记本正是如此):虽然内置显示器是连接到 iGPU 的,但是笔记本的 HDMI 接口又是直连到 dGPU 的。于是渲染流程变成了这样:

Optimus alternative

其到外置显示器的路程更短,并且意味着我们可以直接排除 iGPU/OCE 瓶颈,确实是否为 osu! 优化问题。

Hey Bim, guess what!

(龟速船长粉丝可能认识这个梗)

结果是:

External display

是的,戏剧性的帧率上升,卡顿感也不复存在了。

并且,由于路程的缩短,输出延迟也会小幅度的降低。

结论

显然,问题出在了 渲染好的帧 → 内置显示器 的路径上。

解决方案?很不幸,暂时没有,因为 iGPU 到内置显示器的连接是硬件级的,无法轻易修改。

这种情况下,瓶颈不在渲染阶段,而是在输出阶段。而大型游戏不容易观测到此类现象的原因,更多的是因为瓶颈在 dGPU,其渲染速度还没有达到输出阶段的瓶颈。

不过,有 G-Sync 的笔记本就不用担心了,因为要实现 G-Sync 的功能,必须是负责渲染的 GPU 直连显示器,有的厂商干脆屏蔽掉了 iGPU。

所以,下次买笔记本之前,长个心眼,注意看一看是不是使用 Optimus 的笔记本啊!