Tecnologias da geração NVIDIA GeForce 600

Introdução - linha Kepler e arquitetura GK104

A linha Fermi, que deu origem as GeForces da série 400 e 500, foi sem dúvida o passo mais significativo em termos de avanço na macro-arquitetura das GPUs, para a NVIDIA, desde o lançamento da primeira G80 (8800 GTX) lançada no final de 2006, inaugurando o que se conhece muito bem hoje do conceito de grÁficos unificados e computação paralela conjugada MIMD (Múltiplas Instruções, Múltiplos Dados). 

Com a Fermi, os engenheiros da NVIDIA empregaram todo o seu conhecimento adquirido ao longo das duas últimas gerações, bem como todos os aplicativos, e desenvolveram uma abordagem totalmente nova de design para criar a primeira GPU computacional do mundo. A arquitetura era baseada em pipelines de geometria paralela otimizados para o Tessellation e para o mapeamento de deslocamento, bem como para uma nova arquitetura computacional que oferecia mais velocidade na troca de contexto e aprimoramento no desempenho para operações atômicas.

JÁ a Kepler, encabeçada pelo GK104 (presente na GTX 680/GTX 670), parece dar um passo adiante na evolução dos chips grÁficos da NVIDIA, ao focar na otimização e eficiência de recursos Â– embora construída a partir dos alicerces da Fermi.

A nova geração de GPUs é composta de inúmeros blocos de hardware distintos, cada um especializado em tarefas específicas. Entretanto, o GPC (Graphics Processing Clusters) continua a ser o bloco de hardware de alto nível dominante na arquitetura Kepler, com recursos dedicados para a computação geral, rasterização, sombreamento e texturização. Em outras palavras, quase todas a funções de processamento grÁfico de um núcleo da GPU estão contidas no GPC.

Conforme pode ser visto acima na estrutura de processamento da Kepler, hÁ um grande bloco chamado pela NVIDIA de "Gigathread Engine", composto de quatro GPCs, quatro controladores de memória, partições ROPs e cache L2. Vale ressaltar que cada GPC, que são na realidade grandes unidades de processamento e se comportam como mini GPUs independentes, possui duas unidades da nova geração de Streaming Multiprocessors, chamados agora pela companhia de SMX (até então a empresa havia batizado os multiprocessadores de Streaming de SM). Diferentemente das duas gerações passadas (GF10x e GF11x), em que cada SM continha 32 CUDA Cores, os SMX da GK104 e suas variantes possuem nada menos do que 192 CUDA Cores! Desta forma, a NVIDIA chega ao número "mÁgico" de 1536 CUDA Cores (4 GPCs x 2 SMXs x 192 CUDA Cores) no chip GK104 da GTX 680.

Como não poderia deixar de ser, a tÁtica de desativar conjuntos de recursos se repete com a geração Kepler. Assim, ao invés de 8 unidades de SMX, a GK104 da GTX 660 Ti possui 7 unidades. Com isso, a quantidade total de CUDA Cores cai de 1536 para 1344 (8 SMXs x 192 CUDA Cores). Valor idêntico à GTX 670.

Outra mudança visível na comparação entre as arquiteturas da Fermi e Kepler estÁ na quantidade mÁxima de controladores de memória. Ao invés de seis blocos de 64 bits, hÁ "apenas" quatro, totalizando assim um bus de 256 bits (4 blocos x 64 bits) para a GK104 contra 384 bits das GF100 e GF110. Para diferenciara 660 Ti da GTX 670, a NVIDIA reduziu a quantidade de blocos de 64 bits, de 4 para 3. Com isso, o barramento de memória foi reduzido de 256 para 192 bits.

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Em relação à quantidade de unidades de rasterização, a GK104 possui um total de 32 ROPs, contra 48 ROPs das GF100 e GF110. Essa diferença só foi possível pelo fato de estas unidades estarem arranjadas em um bloco funcional separado do SMX. Assim, enquanto a linha Fermi possui seis blocos rasterizadores, cada um composto por oito ROPs – totalizando 48 ROPs -, a GK104 possui "apenas" quatro blocos, explicando-se assim a quantidade mÁxima de 32 ROPs (4 blocos x 8 ROPs). Mais uma vez a NVIDIA alterou o arranjo para manter distância em relação à GTX 670. A GeForce GTX 660 Ti tem 3 blocos de unidades rasterizadoras, totalizando assim 24 ROPs.

Quanto às unidades de texturização, cada SMX é composto por 16 TMUs, o dobro do número de TMUs presentes no Streaming Multiprocessor da geração Fermi. Com um total de 8 SMX (4 GPCs x 2 SMXs), a GK104 tem, portanto, um total de 128 unidades de texturização (8 SMXs x 16 TMUs), contra 64 TMUs da GF110 (16 SM x 4 TMUs).

Mais uma vez cabe explicar que, pela ausência de uma unidade SMX, a GeForce GTX 660 Ti (assim como a GTX 670) possui um total de 112 TMUs (7 SMXs x 16 TMUs).

{break::Kepler - O que é SMX?} O que é SMX?

Talvez a grande novidade presente na arquitetura Kepler seja essa nova geração dos Streaming Multiprocessors, batizado pela NVIDIA de SMX. Além de disponibilizar um desempenho muito maior que o antigo SM da linha Fermi, cada multiprocessador de Streaming consome agora significativamente menos energia em relação à arquitetura anterior.

As principais unidades de hardware responsÁveis pelo processamento do GK104 estão inseridas dentro da estrutura do SMX, como é o caso dos CUDA Cores. Eles lidam, entre outras coisas, com o processamento dos vértices, pixels e da geometria, bem como os cÁlculos computacionais e de física.

Além disso, é aí que se encontram as unidades de texturização que fazem a filtragem das texturas, com o carregamento/armazenamento das unidades de busca (units fetch) e pelo salvamento dos dados na memória.

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Olhando para a imagem acima, podemos ver que os 192 CUDA Cores foram "empacotados" juntos com 64KB de memória cache dedicada que alterna entre os modos 48KB/16KB ou 16KB/48KB para toda a memória compartilhada e cache L1. Essa comutação dinâmica auxilia os desenvolvedores de jogos a otimizar a performance de seus games, em virtude da arquitetura ser bastante flexível. A GPU tem ainda à disposição 512KB de cache L2 (384 KB na GTX 660 Ti).

Além disso, hÁ ainda as unidades Warp Scheduler e Master Dispatch que se alimentam de arquivos de registros (Register Files) imensos (65.536 entradas de 32-bits – o arquivo de registro pode aceitar formatos diferentes ou seja, 8-bit, 16-bit, etc). O cluster SMX possui ainda 16 TMUs, cache de textura e o mais importante de tudo: PolyMorph Engine 2.0.

As unidades de Polymorph Engine foram introduzidas na Fermi para lidar com uma enorme carga de trabalho advinda das novas tecnologias, como é o caso da API grÁfica DirectX 11. Talvez, a principal delas seja a badalada técnica de aprimoramento da qualidade das imagens, conhecida como Tessellation (Tess), que aumenta de forma quase exponencial a quantidade de triângulos em uma cena, exigindo assim o mÁximo da GPU.

Com a geração Kepler, a NVIDIA aprimorou a Polymorph Engine, ao introduzir a Polymorph Engine 2.0 que, de acordo com a companhia, possibilita o dobro de desempenho do processamento primitivo e de Tessellation por SMX, em relação à Fermi.

A PolyMorph Engine 2.0 lida com os buscadores de vértices, com o tessellation, transformador viewport, configurador de atributo e saída de streaming.

Finalmente, as Unidades de Função Especial, mais conhecidas pela sigla em inglês SFU (Special Function Units) controlam instruções transcendentais e de interpolação grÁfica.

{break::Tecnologias Kepler - GPU Boost, FXAA}Tecnologias - Parte 1

A nova geração Kepler trouxe gratas surpresas para os usuÁrios. Algumas exclusivas, como é o caso dos novos filtros FXAA e TXAA, do GPU Boost, Adptive VSync e 3D Vision Surround com apenas uma VGA. Outras são comuns às demais placas de nova geração, como é o caso do suporte ao DirectX 11.1 e do PCI Express 3.0. Detalharemos a seguir as novidades:

GPU Boost

Exclusivo das GeForces, trata-se da tecnologia combinada de harware com software de ajuste dinâmico nos clocks.

Semelhante ao Turbo Boost da Intel e ao TurboCore da AMD, o GPU Boost tem como objetivo disponibilizar a quantidade de megahertz necessÁria para o bom funcionamento das tarefas, a depender, claro, de certas condições, como consumo de energia e temperatura da GPU.

Com a Kepler, hÁ agora os conceitos de clocks base (base clock) e clock de impulso (boost clock). Dessa forma, a placa opera por padrão em 915Mhz, podendo ir a 980Mhz (overclock de 7%) quando for preciso um maior poder de processamento (como a renderização de grÁficos complexos), desde, claro, que haja condições para isso (TDP e temperatura abaixo do mÁximo permitido). Em outras palavras, a tecnologia utiliza a diferença entre o consumo atual (varia de acordo com o software executado) e o TDP mÁximo da placa, para alavancar o clock base e aumentar a performance, chegando assim ao patamar que a NVIDIA denominou de "boost clock".


(Algoritmo de execução do GPU Boost)


Em alguns casos, esse upgrade dinâmico pode superar em 10% o clock base da GeForce, ou seja, chegar a casa do gigahertz, desde, novamente, que haja condições para isso. O mais bacana é que, se você for um overclocker por natureza e quiser elevar ainda mais o desempenho via overclock tradicional, o GPU Boost continuarÁ funcionando mesmo com a placa overclockada, variando os clocks para cima e para baixo da mesma forma que em VGAs com clocks default.


(Cada jogo utiliza uma quantidade específica de energia da VGA.
O GPU Boost monitora o consumo de energia em tempo real e aumenta o clock da GPU quando hÁ condições disponíveis.)

Entretanto, caso o usuÁrio esteja realizando tarefas triviais, como, por exemplo, surfando na web, ou utilizando uma suíte de escritório, o GPU Boost reduz automaticamente a frequência de operação do chip grÁfico para economizar energia. Além de dar uma "ajudinha" no bolso do usuÁrio no final do mês com a conta de energia, a tecnologia é particularmente interessante para o mundo dos portÁteis, onde qualquer otimização na autonomia da bateria é bem-vinda.

FXAA
Embora não seja um filtro de Anti-Aliasing (antisserrilhado) inédito, a NVIDIA aprimorou o FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing) na nova geração Kepler.

Semelhante ao MLAA (Morphological Anti-Aliasing, ou Antisserrilhamento Morfológico) empregado pela AMD nas novas Radeons, o FXAA é uma técnica de pós-processamento, isto é, que aplica o filtro de anti-aliasing na imagem após esta ter sido gerada pela GPU. Isso é bastante vantajoso, haja vista que alivia a carga de trabalho da unidade de processamento grÁfico. Vale destacar que o FXAA é aplicado junto com outras técnicas de pós-processamento, como é o caso do motion blur e do bloom.

Com a chegada da Kepler, a NVIDIA passou a adotar o FXAA via driver (geração R300), possibilitando a utilização do filtro em centenas de jogos. Outro destaque do Fast Approximate Anti-Aliasing sobre o Morphological Anti-Aliasing estÁ no ganho de desempenho, chegando a ser 60% mais veloz que o MSAA em 4X.

Um fato que chamou bastante a atenção da comunidade foi a apresentação do Samaritan Demo (demonstração de um vídeo da Epic que ressalta o poderio grÁfico do DirectX da Unreal Engine) na Game Devolpers Conference – GDC 2011. Na ocasião, a Epic necessitou de três GeForces GTX 580 para rodar o demo a contento. Passado um ano, ou seja, na GDC 2012, a Epic fez uma nova apresentação do Samaritan Demo. Contudo, para a surpresa de todos, foi necessÁrio apenas uma GeForce GTX 680 e a utilização do FXAA para "dar conta do recado".

Para ver um comparativo mais apurado dos benefícios do filtro, clique aqui.

{break::Tecnologias Kepler - TXAA, Adaptive V-Sync, NVENC}Tecnologias - Parte 2

TXAA
Considerado pela NVIDIA como a próxima geração de filtros de antisserilhamento (responsÁvel pela geração do próximo nível em termos de qualidade de imagem), o TXAA (Temporal Anti-aliasing) promete disponibilizar muito mais qualidade e performance se comparado com o MSAA.

Segundo a companhia, o antisserilhamento temporal foi criado com o objeto de explorar toda a capacidade de processamento de texturas da geração Kepler (mais especificamente nas placas baseadas no chip grÁfico GK104, ou seja, nas GTX 680/670/660).

O TXAA é um misto de anti-aliasing de hardware com filme GC estilo AA, e para o caso do filtro em 2X, um componente temporal opcional é empregado, para melhorar a qualidade da imagem.

O filtro de Temporal Anti-aliasing estÁ disponível em dois modos: TXAA1 e TXAA2. De acordo com a NVIDIA, o TXAA1 oferece uma qualidade grÁfica superior ao MSAA em 8X, com gasto de processamento semelhante ao MSAA em 2X. JÁ o TXAA2 permite uma qualidade das imagens superior ao TXAA1, com performance comparÁvel ao MSAA em 4X.

Inicialmente o filtro antisserilhamento temporal serÁ implementado diretamente na engine de alguns dos principais jogos da futura geração. Até o momento, a Epic Games, com a sua badalada Unreal Engine Technology 4, e a Crytek, são dois dos principais estúdios que jÁ estão desenvolvendo games com o novo filtro da NVIDIA.


Adptive V-Sync

O sincronismo vertical – V-Sync foi projetado para lidar com os chamados artefatos fora de sincronismo ou artefatos trepidantes (tearing artifacts ), que podem ocorrer quando a quantidade de FPS é bem superior à taxa de atualização (refresh rate) do monitor, e que além de causarem um desconforto visual, prejudicam a jogabilidade do usuÁrio. Embora seja raro, é possível ainda que o fenômeno aconteça na situação inversa ao mencionado acima, ou seja, quando os FPS são bem menores que a taxa de atualização da tela.


(Tearing artifacts)

Apesar de criado com o intuito de acabar (ou amenizar) com os tearing artifacts, o V-Sync gerou outro problema: a perda de frames (stuttering), também conhecido como "lag". Isso ocorre quando os FPS caem para menos de 60 quadros por segundo, ocasionando a redução do V-Sync para 30Hz (e demais quocientes de 60, como 20Hz ou 15Hz).


(Problema de sincronismo vertical - VSync)

Como forma de enfrentar esse desafio, os engenheiros de software da NVIDIA criaram o Adptive V-Sync. Presente na geração de drivers R300 da companhia, a tecnologia dinamicamente liga e desliga o sincronismo vertical, de forma a gerar FPS mais regulares e cadenciados, o que minimiza os lags nos games e previne a mÁ sincronização das imagens.

Mais especificamente, quando a taxa de quadros por segundo cai para menos de 60 FPS, o Adptive V-Sync entra em cena e desliga o sincronismo vertical, possibilitando que os frame rates funcionem em sua taxa natural, o que reduz as chances de ocorrer lag. Quando os FPS voltam para 60 quadros por segundo, o Adptive V-Sync atua novamente ao ligar o sincronismo vertical, reduzindo a possibilidade de ocorrerem artefatos fora de sincronismo.


(Adptive V-Sync em funcionamento)

NVENC
A NVIDIA introduziu em todas das VGAs da linha Kepler o NVENC, novo vídeo encoder para o padrão H.264.

Antes do NVENC, as GeForces utilizavam o Badaboom (mais detalhes na próxima seção), que utiliza do poder dos CUDA Cores para a conversão de diferentes formatos de streaming multimídia. Se, por um lado, esse recurso tem a grande vantagem de desafogar o processador e acelerar o processo, por outro, tem o ponto fraco de aumentar o consumo de energia da placa durante a conversão.

Para resolver essa questão, a NVIDIA criou o NVENC, que utiliza um circuito especializado para o "encodamento" H.264. Vale destacar que tal circuito é quase quatro vezes mais veloz que o encoder via CUDA Cores, além de consumir consideravelmente menos energia que o Badaboom.

O NVENC é capaz de lidar com as seguintes situações:

  • Encodar vídeos em fullHD (1080p) com velocidade até oito vezes maior que em tempo real. De acordo com a companhia, em modo de alta performance, o NVENC é capaz de encodar um vídeo de 16 minutos em 1080p @ 30 FPS em apenas dois minutos;
  • Suporte ao padrão H.264 nos níveis de profile 4.1 Base, Main e High (mesmo que o padrão Blu-Ray);
  • Suporte ao MVC (Multiview Video Coding) para vídeos estereoscópicos – extensão do H.264 para o padrão Blu-Ray 3D;
  • "Encodamento" para resolução de até 4096x4096 pixels.

É bom que se diga que, além da transcodificação, o NVENC é útil para edição de vídeos, telas do tipo wireless (sem fio) e aplicações de vídeo conferência.

{break::Outras tecnologias NVIDIA - DirectX 11.1, PCIe Gen 3, CUDA}DirectX 11.1
Apesar do suporte à mais recente API GrÁfica da Microsoft ter sempre sido motivo de destaque no marketing das companhias, ao que parece, a NVIDIA não estÁ tão empolgada com tal fato. Tanto que, apesar de a arquitetura Kepler suportar o  DirectX 11.1, John Danskin, vice-presidente de arquitetura de GPU da NVIDIA, soltou a seguinte frase durante o NVIDIA Editor's Day em São Francisco (evento super seleto, fechado a um restrito grupo de jornalistas de vÁrias partes do mundo – e coberto pelo Adrenaline): "Sim, [a GeForce GTX 680] serÁ compatível com DirectX 11.1, mas... quem se importa?"

Provavelmente o que o executivo quis dizer foi que a atualização da API GrÁfica da Microsoft não trarÁ tantas melhorias grÁficas; e mais ainda: deverÁ demorar até que o DX11.1 seja adotado amplamente pelos games – assim como o próprio DX11. Até que isso ocorra, é provÁvel que as GeForces da série 700 ou mesmo 800 jÁ tenha sido lançadas.

Outro ponto é que, até o Windows 8 chegar, tal recurso ficarÁ apenas no papel. Ainda assim, as principais novidades do DX11.1 serão:

  • Rasterização independente de objeto;
  • Interoperabilidade flexível entre computação grÁfica e vídeo;
  • Suporte nativo ao Stereo 3D;

PCIe Gen 3
Na medida em que novas gerações de placas chegavam ao mercado, foi gerado um temor nos analistas de que o padrão de interface de comunicação PCI Express chegaria a um ponto em que não conseguiria dar mais vazão ao fluxo de dados com a intensidade necessÁria, criando assim um verdadeiro gargalo para o desempenho da VGA.

Este temor, contudo, se diluiu, com o recente anúncio da geração 3 do PCIe, que dobrou a taxa de transferência em relação ao PCIe Gen 2, garantindo tranquilidade para as futuras placas 3D.

Com o novo patamar de desempenho advindo da geração Kepler, a NVIDIA garantiu o suporte ao PCI Express 3.0 nas GeForces série 600, encerrando qualquer tipo de temor em relação a gargalo de desempenho.

Com o PCIe Gen 3, a largura de banda saltou de 16GB/s para 32GB/. JÁ nas placas acessórias instaladas, o ganho saiu de 500MB/s para 1GB/s por pista/linha. Assim, os dispositivos que utilizam a configuração x16 podem utilizar de 16GB/s, ou 128Gbps. Vale ressaltar, contudo, que para se beneficiar do PCI Express 3.0 o usuÁrio deverÁ ter um sistema totalmente preparado e compatível com tal recurso. Assim, além de uma VGA PCIe Gen 3.0, tanto a placa-mãe quanto o processador deverão suportar a novidade.

CUDA
Trata-se da abreviação para Compute Unified Device Architecture (em tradução livre: Arquitetura de Dispositivo Unificado de Computação). Em outras palavras, CUDA é o nome dado pela NVIDIA para designar a arquitetura de computação paralela mais conhecida como GPGPU (general-purpose computing on graphics processing units).

Sem maiores complicações ou termos técnicos, trata-se da tecnologia na qual se utiliza uma GPU (chip grÁfico) para realizar uma tarefa comumente executada por um processador (CPU). Isso só é possível graças à adição de estÁgios programÁveis e da aritmética de maior precisão contidas nos canais de processamento da GPU, que permite que os desenvolvedores de programas utilizem o processamento de fluxo de dados para dados não grÁficos.

Apresentada inicialmente em 2007, a tecnologia CUDA estÁ presente em uma vasta gama de chips da NVIDIA, tais como nas GPUs de classe científica Tesla, nas profissionais Quadro, além, é claro, das GeForces desde a geração G8x.

De acordo com vÁrios experts no assunto, a grande vantagem de utilizar uma GPU ao invés de uma CPU para realizar tarefas do cotidiano estÁ na arquitetura por trÁs do chip grÁfico, massivamente focado na computação paralela, graças à imensa quantidade de cores/núcleos. Eles são, portanto, capazes de rodar milhares de threads simultaneamente. Dessa forma, aplicações voltadas para a biologia, física, simulações, criptografia, entre outras, terão um benefício muito maior com a tecnologia GPGPU/CUDA.

No campo dos games, a renderização dos grÁficos torna-se muito mais eficiente com a Compute Unified Device Architecture, como por exemplo, nos cÁlculos dos efeitos da física (como é o caso da fumaça, fogo, fluidos...)

Atualmente, é o processo de GPGPU mais difundido no mercado, com mais de 100 milhões de placas compatíveis.
{break::Outras tecnologias NVIDIA - PhysX, 3D Vision Surround}Outras tecnologias - Parte 2

PhysX
Embora seja uma das grandes "vedetes" dos games modernos, a tecnologia de processamento da física é uma tecnologia que jÁ vem de alguns anos.

Lançada inicialmente em 2005 pela então AGEIA, com a sua famigerada PPU (Physics Processing Unit – um tipo de chip exclusivo para o processamento da física), a iniciativa nunca chegou a decolar em virtude de seu alto custo para a época, apesar de toda a promessa por trÁs da tecnologia.

Contudo, a NVIDIA enxergou na PPU da AGEIA uma imensa oportunidade pela frente. Tanto foi que, em 2008, anunciou para o mercado a compra da companhia, bem como de seu bem mais precioso: a tecnologia PhysX. Assim, a NVIDIA passou a incorporar os benefícios da PPU dentro de suas GPUs.

Muito bem, mas o que vem a ser exatamente o tal cÁlculo da física presente no PhysX? Trata-se da técnica na qual o chip grÁfico realiza uma série de tarefas específicas em um game, tornando-o mais realista para o jogador ao adicionar ambientes físicos vibrantes, de imersão total.

A física é o próximo passo na evolução dos jogos. Diz respeito à forma como os objetos se movimentam, interagem e reagem ao ambiente que os cerca. Em muitos dos jogos atuais, sem física, os objetos não parecem se mover da forma desejada ou esperada na vida real. Hoje em dia, a maior parte da ação se limita a animações pré-fabricadas, que são acionadas por eventos do próprio jogo, como um tiro que acerta a parede. Até as armas mais pesadas produzem pouco mais que uma pequena marca nas paredes mais finas, e todos os inimigos atingidos caem da mesma forma jÁ programada. Para os praticantes, os jogos são bons, mas falta o realismo necessÁrio para produzir a verdadeira sensação de imersão.

Em conjunto com as GPUs GeForce habilitadas para a CUDA, o PhysX oferece a potência computacional necessÁria para produzir a física avançada e realista nos jogos de próxima geração, deixando para trÁs os efeitos de animação pré-fabricados.

É através do cÁlculo da física que, por exemplo, uma explosão parece mais real para o usuÁrio, uma vez que se pode gerar um verdadeiro "efeito dominó" por trÁs desse evento. Assim, é possível adicionar uma série de elementos para a cena, como é o caso de estilhaços, e não mais apenas o fogo e a fumaça.

O PhysX é responsÁvel, entre outras funções, por processar as seguintes tarefas em um game:

  • Explosões com efeitos de poeira e destroços;
  • Personagens com geometrias complexas e articuladas para permitir movimentação e interação mais realistas;
  • Novos e incríveis efeitos nos efeitos dos disparos de armas;
  • Tecidos que se enrugam e rasgam naturalmente;
  • Fumaça e névoa formadas em torno de objetos em movimento



(Vídeo de Batman Arkham Asylum, que compara o game com e sem o PhysX)


(Vídeo de Borderlans 2 mostrando efeitos do PhysX em uma GTX 660 Ti)

3D Vision Surround
Lançado no início de 2009 durante a Consumer Electronic Show (CES) em Las Vegas, Estados Unidos, o 3D Vision foi de início motivo de certa desconfiança por parte da comunidade. A razão nada teve a ver com a tecnologia em si (muito boa por sinal), mas sim por experiências nada bem sucedidas de outras empresas no passado.

Antes do 3D Vision, basicamente a sensação de imagens tridimensionais era (e na maioria dos casos ainda é) feita por óculos anaglíficos (famosos por suas lentes na cor azul e vermelha), ou por lentes mais elaboradas com LCD (aos moldes dos óculos presentes no Master System), mas que pecavam por suas limitações técnicas. Era esse o caso das televisões e monitores de CRT (tubo) que causavam dores de cabeça com o uso prolongado ou de LCDs com baixa taxa de atualização (refresh rate).

Contudo, a NVIDIA lançou um produto sem impedimentos técnicos, aproveitando-se da nova geração das telas de cristal líquido, com nada mais nada menos do que 120Hz (60Hz para cada olho).

Não basta apenas comprar o kit e um monitor especial e sair usufruindo da tecnologia. É preciso que o jogo tenha suporte a imagens em três dimensões. Dessa forma, o driver ForceWare reconhece a compatibilidade e entra em ação, acionando o 3D Vision e alternando os frames para o lado esquerdo e direito do óculos a cada atualização de imagem (técnica conhecida como multiplexação sequencial de tempo). Utilizando-se dos dados contidos na engine Z-buffer, o programa é capaz de criar uma representação 3D do game, ao invés de apenas duplicar e compensar a imagem para criar o efeito, como faz, por exemplo, o monitor Triton da Zalman, dinamicamente alternando a profundidade e então a distância dos objetos no game.

Foi uma ação extremamente ambiciosa e ousada da NVIDIA, jÁ que ela teve que contar com o apoio das produtoras para disponibilizar cada vez mais títulos compatíveis com a tecnologia. Porém, para a felicidade da gigante das GPUs, a companhia dispõe do programa "The Way It's Meant To Be Played", em que atua em conjunto com diversos estúdios dando o suporte para o desenvolvimento de novos jogos.

Vale ressaltar que a tecnologia não estÁ limitada apenas aos games. É possível, por exemplo, desfrutar de imagens e vídeos em três dimensões.

Utilizado em conjunto com as GPUs GeForce, o 3D Vision consiste nos seguintes componentes:

  • Óculos Sem Fio 3D Estereoscópico Ativo - Projetado com lentes especiais, oferece o dobro de resolução por olho e ângulo de visão superior, em comparação com os óculos passivos. Parecidos com os óculos de sol, são uma alternativa aos tradicionais óculos 3D de papel e plÁstico.
  • Emissor Infravermelho de alta potência (porta USB) - Transmite dados diretamente para os óculos 3D, a uma distância de até seis metros, além de possuir um controle de ajuste em tempo real.
  • Monitores Ultra-Flexíveis - Projetado para os monitores LCD de 120Hz, o 3D Vision produz imagens 3D estereoscópicas nítidas em soluções de todos os tipos.
  • Softwares de Compatibilidade - Softwares da NVIDIA convertem automaticamente mais de 300 jogos para o formato 3D Stereo, sem a necessidade de patches ou atualizações. O 3D Vision também é a única solução 3D a suportar as tecnologias SLI e PhysX.
  • Visualizador 3D - Inclui também um visualizador 3D Vision gratuito que permite a captura de screenshots e sua posterior visualização em 3D. Também é possível importar fotos e vídeos 3D de diversas outras fontes, como galerias de fotos da Internet.


(Kris Rey da NVIDIA jogando Skyrim em 3 monitores,
enquanto navega no portal GeForce.com para acessar o guia de otimização do jogo para a VGA)


O passo seguinte no avanço da tecnologia 3D foi o lançamento do 3D Vision Surround (imagem acima), que possibilitou utilizar até três monitores simultâneos, formando assim uma ampla Área de visualização em três dimensões.

Com a chegada da linha Kepler (mais especificamente da GeForce GTX 680), a NVIDIA aprimora ainda mais o 3D Vision Surround, ao permitir o uso da tecnologia com o uso de apenas uma GPU da nova geração, barateando consideravelmente o investimento necessÁrio para se jogar em 3D com múltiplos monitores.

{break::Outras tecnologias NVIDIA - SLI, PureVideo}Outras tecnologias - Parte 3

SLI
Antes de iniciarmos a falar da tecnologia SLI, é preciso voltar no tempo. Em 1998, em uma época em que Radeons e GeForces eram meras coadjuvantes, havia uma Rainha das Placas 3D: a Voodoo 2 da então 3Dfx. A placa tinha como destaque o suporte ao SLI (Scan Line Interleaving), que possibilitou colocar duas VGAs PCI (não confundir com o atual PCIe) Voodoo 2 para renderizar os grÁficos em regime de cooperação, dividindo as linhas de varredura em pares e ímpares, sendo que cada uma das placas ficava encarregada de processar um tipo de linha. Como resultado, o ganho de performance foi imenso para a época.

Sendo assim, o objetivo da tecnologia SLI presente tanto na antiga Voodoo 2 quanto nas modernas GeForces é o mesmo: unir duas ou mais placas de vídeo em conjunto para produzir uma única saída. Trata-se, portanto, de uma aplicação de processamento paralelo para computação grÁfica, destinada a aumentar o poder de processamento disponível nas placas 3D.

Depois de comprar a 3Dfx em 2001, a NVIDIA adquiriu a tecnologia, mas deixou-a "engavetada" até 2004, quando a reintroduziu com o nome de Scalable Link Interface. Contudo, a tecnologia por trÁs do nome SLI mudou dramaticamente.

Enquanto o modo SLI original dividia as linhas da tela (scan-lines) entre as placas — uma renderizava as linhas horizontais pares, enquanto a outra renderizava as ímpares — o modo SLI adotado pela NVIDIA (e também no CrossFire da ATI) separa o processamento por partes da tela (split frame rendering) ou em quadros alternados (alternate frame rendering). Abaixo, maiores detalhes dos métodos:

SFR (Split Frame Rendering ou Renderização por Divisão de Quadros)
Trata-se do método em que se analisa a imagem processada a fim de dividir a carga de trabalho em duas partes iguais entre as GPUs. Para isso, o frame/quadro é dividido horizontalmente em vÁrias proporções, dependendo da geometria. Vale destacar que o SFR não escalona a geometria ou trabalho tão bem como no AFR. Esse é o modo padrão usado pela configuração SLI usando duas placas de vídeo.

AFR (Alternate Frame Rendering ou Renderização Alternada de Quadros)
Aqui, cada GPU renderiza frames/quadros inteiros em sequência - uma trabalhando com os frames ímpares e outra responsÁvel pelos pares, um após o outro. Quando a placa escrava/secundÁria finaliza o processo de um quadro (ou parte dele), os resultados são enviados através da ponte SLI para a VGA principal, que então mostra o frame por completo. Esse é o modo utilizado normalmente pelo Tri-SLI.

AFR de SFR
Como o próprio nome sugere, trata-se do método híbrido, no qual os dois processos descritos acima são utilizados. Dessa forma, duas GPUs processam o primeiro quadro via SFR, enquanto as outras duas renderizam o frame seguinte também em SFR. Como é possível perceber, é necessÁrio, portanto, de quatro placas 3D, em um conjunto chamado Quad-SLI.

SLI Antialiasing
Esse é um modo de renderização independente voltado para a melhoria da imagem, que oferece até o dobro do desempenho com o filtro antialiasing (para retirar o efeito serrilhado) ativado, através da divisão da carga de trabalho entre as duas placas de vídeo. Enquanto com uma placa é possível normalmente utilizar até 8X de filtro antialiasing, com esse método ativado pode-se chegar a 16X, 32X ou mesmo a 64X via Quad-SLI.

Assim como com o CrossFire, é preciso possuir uma placa mãe com slot PCI Express x16. Na verdade, pelo menos dois, ou ainda com três ou quatro, para Tri-SLI ou Quad-SLI. Como a comunicação entre as placas é realizada via ponte SLI (conector dedicado que ligas as VGAs) e não pelo slot PCIe, não hÁ grandes problemas em utilizar o PCI Express na configuração x8.

Atualmente, não hÁ restrição quando aos tipos de placas a serem utilizadas no SLI, bastando apenas que elas possuam o mesmo chip grÁfico. No início, a tecnologia restringia o uso a VGAs idênticas, do mesmo fabricante e, em alguns casos, com a mesma versão da BIOS! Felizmente, hoje isso é coisa do passado.

PureVideo

Trata-se do recurso de otimização de imagem e decodificação por hardware de vídeos nos formatos WMV, WMV-HD, MPEG4, DVD e HD-DVD, tendo ainda como vantagem o fato de desafogar a CPU do oneroso trabalho, transferindo a tarefa para a GPU. Dessa forma, o usuÁrio poderÁ ainda utilizar o computador para executar outras tarefas, como por exemplo, navegar pela web.

O PureVideo possui os seguintes recursos:

  • Aceleração MPEG-2 de alta definição por hardware: Um processador dedicado de 16 vias proporciona fluência na reprodução de vídeo de alta definição (HD) com o mínimo uso da CPU;
  • Aceleração WMV de Alta Definição por hardware: Suporte programÁvel ao novo formato disponível no Windows Media Player e no Windows XP MCE 2005, proporcionando fluidez na reprodução de vídeos WMV e WMV-HD;
  • Gravação de vídeos em tempo real de alta qualidade: Uma avançada engine de compensação possibilita gravação em tempo real sem perda de qualidade;
  • Desentrelaçamento temporal/espacial adaptÁvel: Permite assistir a conteúdo entrelaçado provindo de satélite, cabo e DVD nos mínimos detalhes sem serrilhados ou artefatos;
  • 3:2 Correção "Pull-down" e Correção "Bad Edit": Restaura o filme ao seu formato original de 24 fps, evitando "fantasmas" e "trepidações" durante a reprodução;
  • Flicker-free Multi-Steam Scaling: Mantém a qualidade de imagem aumentando ou diminuindo a Área da tela de reprodução;
  • Display Gamma Correction: Detecção automÁtica de formato que ajusta a qualidade de cor na reprodução para que não seja muito escuro ou claro demais, independentemente da tela.

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  • Redator: Carolina Franco

    Carolina Franco

    Com pouca habilidade no playstation, leva surra de toda na redação. Seu vício são os games para celular e as tecnologias mobile. Desde que passou a cursar jornalismo na Universidade Federal de Santa Catarina, descobriu nas notícias sua verdadeira vocação: escrevê-las e publicá-las agilmente.

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