Hầu hết máy tính xách tay thông thường phục vụ tốt nhất một chức năng; hoặc được chế tạo cho pin lâu hơn hoặc nó được hướng tới để thay thế máy bàn với hiệu suất cao hơn. Trong phần lớn các trường hợp, một khía cạnh của quyết định đó là các máy tính xách tay có hay không giải pháp đồ họa rời, hầu như các laptop được chế tạo để có tuổi thọ pin lâu sẽ không tích hợp GPU rời bởi vì chúng sử dụng nhiều năng lượng hơn và chúng còn yêu cầu không gian mạch in lớn hơn do đó làm cho kích thước máy hơi lớn. 

Điều này khiến cho khách hàng phải có sự lựa chọn: mua một hệ thống có khả năng làm những việc giống như chơi Game, xem video HD một cách đáng tin cậy hoặc chạy các ứng dụng dựa trên GPU hay là mua một hệ thống thiếu một số tính năng để pin được sử dụng lâu hơn. Tôi nghĩ rằng chúng ta đều đã suy nghĩ về việc này tại một số điểm: quyết định mua máy tính xách tay của cá nhân tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của tuổi thọ pin hơn tất  cả những điều khác và do đó tôi không thể tận dụng lợi thế của tăng tốc trình duyệt Flash HD hoặc chơi game. Với Công nghệ Optimus, NVIDIA hy vọng sẽ thay đổi điều đó.

Đừng nhầm lẫn thế hệ hiện tại của đồ họa có khả năng chuyển đổi với NVIDIA Optimus. Các thế hệ hiện tại của đồ họa có khả năng chuyển đổi ( bao gồm cả một giải pháp đồ họa tích hợp và một đồ họa rời ) đòi hỏi bạn phải khởi động lại, hoặc logout hoặc ít nhất, tắt các ứng dụng đang mở của bạn trước khi có thể chuyển đổi giữa đồ họa tích hợp và đồ họa rời trên hệ thống. Đó là một nỗi khó chịu và rất ít người mất thời gian để làm quá trình này.

Optimus hứa hẹn những điều tốt nhất cho cả hai: tuổi thọ pin kéo dài dựa trên đồ họa tích hợp ( IGP ) và năng lượng và hiệu suất mạnh dựa trên các hệ thống đồ họa rời . Và, họ nói rằng, tất cả điều này có thể được thực hiện mà không cần sự hiểu biết hay cần sự tương tác với người tiêu dùng. Điều đó là một tuyên bố cao cả nhưng nếu NVIDIA nói đúng, nó có thể thay đổi mạnh mẽ thị trường xách tay mà chúng ta biết.

Các tùy chọn đồ họa có khả năng chuyển đổi hiện tại

Các thế hệ hiện tại của đồ họa có thể chuyển đổi ban đầu được NVIDIA và AMD giới thiệu trong năm 2007 . Vào lúc đó, công nghệ này đã được gắn nhãn là “tốt nhất cho cả hai" cũng giống như đang được quảng cáo trong Optimus ngày hôm nay, vì vậy rõ ràng chúng ta cần phải rà soát lại bất kỳ và tất cả các tuyên bố. Trước 2007 đồ họa có thể chuyển đổi thậm chí còn ít gây ấn tượng ở chỗ nó chuyển đổi vật lý hoặc khóa  cứng trên máy tính xách tay và yêu cầu khởi động lại toàn bộ hệ thống. Điều này là do sự thay đổi thực sự đang yêu cầu thiết lập BIOS để chuyển đổi giữa card đồ hoạ mặc định và chỉ có khởi động lại mới cho phép hệ điều hành nhìn thấy giải pháp đồ hoạ mới và sử dụng nó. 

Mọi việc có sự cải tiến khi quá trình chuyển đổi được vận hành thông quan giải pháp phần mềm. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chuyển đổi liền mạch giữa hai chế độ đồ hoạ (tích hợp hoặc rời rạc) sẽ yêu cầu người sử dụng phải  đưa ra quyết định trước khi cần sự thay đổi. Điều này có thể dường như là một nhiệm vụ dễ dàng đối với hầu hết người dùng .

Khi bạn đã thực hiện quyết định đó, bước tiếp theo là tìm phương pháp để làm . Phương pháp chuyển đổi này thay đổi tùy nhà sản xuất và hoàn toàn khác nhau.

Trên hệ thống Mac, bạn phải vào System Preferences sau đó đi vào lựa chọn Energy Saver và thay đổi giữa những thiết lập “High Performace - hiệu suất cao" hoặc" Longer Battery - pin lâu hơn " trong khi trên hệ thống UL50 ASUS bạn cần thay đổi thiết lập năng lượng từ "Balanced - cân bằng" để "High Performance - Hiệu suất cao". Việc nhầm lẫn giữa các tùy chọn này chắc chắn là một vấn đề đối với người tiêu dùng hàng ngày và gây khó khăn. 

Quá trình chuyển đối này sẽ thực hiện , màn hình nhấp nháy và 5-10 giây chờ đợi, nếu bạn đang mở ứng dụng sử dụng tài nguyên trên GPU, bạn sẽ phải đóng chúng. Nếu bạn có vài trình duyệt đang mở với vài tab vàcó thể đang chạy Excel và chơi Solitaire, tất cả chúng sẽ phải được tắt để hệ thống chuyển sang làm việc với GPU rời . 

Hãy xem xét quá trình này trên các thế hệ đồ họa  có thể chuyển đổi hiện tại trong trường hợp được cho là “tốt nhất”.

Tại đây bạn có thể thấy hệ thống này là ở chế độ đồ họa tích hợp IGP, được gọi là "Save power" – có một biểu tượng duy nhất của NVIDIA là mũi tên được chiếu sáng. Có một dấu hiệu cho thấy bạn có thể tăng hiệu suất nhưng không có nhiều thông tin khi nhìn qua.

Như chúng ta đã đề cập ở trên, với Motherboard ASUS bạn có thể chuyển sang chế độ GPU rời bằng cách cho phép thiết lập chế độ làm việc hiệu suất cao. 

Tuy nhiên, có một số chương trình , đưa ra thông báo rằng chúng ta đã không thực sự chuyển sang chế độ làm việc hiệu suất cao. Bằng cách bấm vào dấu chấm than, chúng ta sẽ nhận được thông tin này 

Điều đó không phải khó nhận thấy. Chúng ta cần phải đóng Solitaire và video YouTube  để thiết lập chế độ làm việc ở hiếu suất cao .

Sau khi đóng những ứng dụng và nhấn nút thích hợp trong hộp thoại chúng ta nhận được một màn hình nhấp nháy và điều này chỉ ra chúng ta đang di chuyển vào thế giới của giải pháp đồ họa rời. 

Thay đổi đã hoàn tất do đó chúng ta có thể mở lại các ứng dụng và tận dụng lợi thế của GPU. Có thể đây không phải là quá trình thân thiện nhất với người dùng. NVIDIA tuyên bố rằng chưa tới 1% số người sử dụng đồ họa chuyển đổi thực ra tận dụng các tính năng này - một thống kê đáng ngạc nhiên . 

Cấu trúc đồ họa có khả năng chuyển đổi hiện tại

Các tùy chọn đồ họa chuyển đổi hiện tại là một mớ hỗn độn trong sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm . Ví dụ như tổng quan về phần mềm :

Bởi vì Windows Vista chỉ cho phép duy nhất một Driver GPU tồn tại trong hệ thống trong một thời gian, nó yêu cầu hợp tác giữa hai nhà cung cấp đồ họa để tạo ra một Driver điều khiển cho hệ thống sử dụng.  "Display Driver Interposer" sẽ diễn giải thông tin từ hệ điều hành và đưa nó đến GPU phù hợp tùy theo hệ thống đang ở chế độ nào - cân bằng hoặc cao hiệu suất. Điều này có nghĩa rằng các Driver cho mỗi GPU độc lập (các IGP và rời ) không thể tự cập nhật và những người tiêu dùng muốn chắc chắn rằng họ  có driver mới nhất của NVIDIA phải chờ điều đó từ nhà cung cấp máy tính xách tay của họ (và NVIDIA và Intel)

Tình hình phần cứng không tốt đẹp hơn, trong thực tế các nhà thiết kế máy tính xách tay đã phải đối phó với phần cứng bổ sung sự ghép kênh ( Mux ) giữa các màn hình ( cả những kết nối tích hợp và các kết nối bên ngoài) và cả hai sự lựa chọn GPU. 

Những Mux này tự thay đổi với giải pháp đồ họa đã được kết nối với các màn hình dựa trên cấu hình hiện thời của hệ thống và. Đây là nguyên nhân gây ra nhấp nháy màn hình cho người sử dụng và cũng buộc các xem xét thiết kế bổ sung thêm chi phí cho các OEM. 

Thiết kế này về cơ bản là một rắc rối cho người tiêu dùng và một rắc rối cho các nhà cung cấp phần cứng ,cả hai bên thực sự cần sự cải tiến trong công nghệ.

Công nghệ NVIDIA Optimus

NVIDIA đã đưa ra một giải pháp mà họ nghĩ rằng sẽ giải quyết những vấn đề này với một sự kết hợp của phần cứng, phần mềm và Driver làm việc. Ý tưởng đằng sau công nghệ Optimus mới này rất dễ hình dung: sử dụng giải pháp đồ họa NVIDIA rời khi ứng dụng hoặc nhiệm vụ đang chạy thấy cần tăng hiệu suất hay cần nâng cao chất lượng và để cho đồ họa tích hợp xử lý mọi thứ khác.  

Đối với tất cả dự định và mục đích, mục tiêu của NVIDIA cho Optimus dường như đã được đáp ứng. Trên hệ thống dựa trên Optimus của GPU rời ở trạng thái OFF khi chúng ta khởi động nó . Điều quan trọng cần lưu ý là khi nói tắt, nó thực sự có nghĩa là tắt hoàn toàn:GPU hoàn toàn được tắt nguồn điện như nhữngkênh truyền dữ liệu PCI Expresstừ các chipset hoặc CPU và GPU. Hệ thống chạy hiệu quả giống hệt như một hệ thống mà không có đồ họa rời . Khi chúng ta mở ra một ứng dụng mà cần sử dụng sức mạnh GPU, ví dụ một cửa sổ tab FireFox để xem đoạn Video Flash trên Web, thì GPU rời được bật lên và  xử lý ứng dụng đó. Khi đóng tab đó hoặc điều hướng đến một trang web khác nhau, nguồn điện GPU rời lại tắt và khi đó nhiệm vụ lại trao cho đồ họa tích hợp .

Bởi vì công nghệ như vậy là cực kỳ hoàn hảo người sử dụng sẽ không bao giờ biết được GPU đang bật hoặc tắt . NVIDIA cho biết là bất kỳ loại máy tính xách tay nào, từ netbook nhỏ nhất đến loại để chơi game lớn nhất sẽ có thể lợi dụng lợi ích của Optimus. NVIDIA nói rằng rằng họ đã tích hợp những gì cần thiết của Optimus vào GPU 40nm bao gồm loạt GeForce 200M và 300M và tất nhiên là các sản phẩm dựa trên Fermi để không chỉ dùng với bất kỳ loại máy tính xách tay dùng sức mạnh tính toán CPU mà cả máy tính xách tay với bất kỳ loại GPU rời rạc nào cũng đều dùng được với Optimus . 

Optimus làm thế nào với các nhà cung cấp phần cứng? Một là, máy tính xách tay không còn cần phải tích hợp phần cứng Bộ ghép kênh ( Multiplexers ) để chuyển đổi hiển thị giữa hai giải pháp đồ họa. Thay vào đó, công nghệ Optimus NVIDIA thực sự sử dụng IGP hầu như toàn thời gian và dùng nó như một bộ điều khiển màn hình hiển thị nên phần GPU tích hợp duy nhất được kết nối với màn hình . Điều này cũng có nghĩa là NVIDIA đang sử dụng công nghệ mới mà trên thực tế dùng chung bộ nhớ đệm khung hình giữa hệ thống GPU rời  và tích hợp: NVIDIA đang tích hợp một công cụ sao chép mới chuyển các nội dung của bộ đệm khung hình vào bộ nhớ hệ thống để tới đầu ra IGP .  

Những lựa chọn tùy biến Optimus

Một trong những chìa khóa của Optimus là hoàn toàn liền mạch cho người tiêu dùng và họ không mất nhiều thời gian. Cho phép người tiêu dùng mà muốn tự điều chỉnh những thứ và có thể kiểm soát hệ thống của họ đến một mức độ cao hơn .

Một trong các tính năng mới nhất đi cùng với Optimus là menu ngữ cảnh thuận lợi, tùy chọn trong bảng điều khiển mới.

Bằng cách chọn cả Context Menu và "Run with graphics processor " người sử dụng có thể quyết định việc ngay những giải pháp đồ họa họ muốn sử dụng cho mỗi chương trình . Ví dụ, nếu bạn muốn tự chạy một trò chơi cụ thể bằng cách sử dụng đồ họa tích hợp IGP Intel chứ không phải là đồ họa rời NVIDIA vì một số lý do, bạn có thể làm điều đó. 

Ở trên bạn có thể thấy menu ngữ cảnh sẽ cho phép người dùng lựa chọn hoặc NVIDIA hoặc là đồ họa tích hợp để chạy World in Conflict và cũng có thể cho chúng ta một liên kết nhanh chóng để chỉnh sửa dùng bộ xử lý đồ họa mặc định cho ứng dụng đó nếu bạn đã quen sử dụng menu này.

Khả năng thay đổi quá trình mặc định là cho chúng ta lựa chọn tuỳ biến khác mà người dùng sẽ dùng với Optimus: chỉnh sửa thủ công và bổ sung thêm hồ sơ mới. Giống như các thiết lập SLI  chơi game đa-GPU, các thiết lập với Optimus cung cấp cho lệnh Driver cách xử lý các ứng dụng trên cơ sở từng trường hợp. Trong trường hợp này, các thiết lập nói cho cho hệ thống nên hay không nên chuẩn bị sử dụng các card đồ họa rời để bật GPU tương ứng và sẵn sàng thực thi nhữnglệnh tương ứng.

Optimus hoạt động thế nào?

Các thiết lập NVIDIAOptimus được sử dụng để cho phép GPU dùng cho một ứng dụng cụ thể để "có thể thêm chất lượng, hiệu suất, điện năng thấp hơn hoặc thêm chức năng" . NVIDIA rõ ràng tốn rất nhiều thời gian xác minh, xác nhận các cấu hình này cho mỗi ứng dụng trên một số lượng lớn phần cứng bao gồm các thế hệ máy tính xách tay hiện nay, Arrandale  và thậm chí cả các netbook dựa trên Atom .

Đối với mỗi cấu hình, GPU có hoặc không có lợi cho người dùng cuối và NVIDIA tuyên bố luôn luôn quan tâm đến người tiêu dùng để đưa ra những cấu hình hệ thống khác nhau một cách đơn giản .

NVIDIA đã đưa ra công cụ tự động cập nhật những thiết lập NVIDIA 3D

Tùy chọn này trong bảng điều khiển Optimus nói lên tất cả: NVIDIA chính thức tung ra một nền tảng cập nhật cấu hình tự động mà tất cả người dùng Optimus sẽ theo mặc định được tích hợp vào. Khi các ứng dụng mới được phát hành hoặc cập nhật , các kỹ sư NVIDIA sẽ tạo những cấu hình mới để tối ưu hóa công nghệ Optimus cho hoàn cảnh và cấu hình phần cứng khác nhau.. Những cấu hình sau đó sẽ được đưa đến máy các khách hàng bất cứ khi nào họ đang online. Chi tiết chính xác của sự tích hợp này vẫn chưa được tiết lộ nhưng NVIDIA đang tự cung cấp dịch vụ này  .

Người đứng sau tất cả

Một trong những thành phần phần mềm quan trọng trong Driver Optimus mới được gọi NVIDIA Routing Layer - là một phần của công nghệ mà chỉ được mô tả mơ hồ trên giấy tờ của NVIDIA về công nghệ Optimus không được tiết lộ rõ ràng.

Về cơ bản đó có nghĩa là ngay cả khi GPU bật, nó không kiểm soát tất cả các chương trình và các ứng dụng đang chạy như bạn mong đợi. Thay vào đó nếu bạn đang xem một đoạn video Flash trong khi soạn thư điện tử trong một cửa sổ khác, đồ họa tích hợp IGP Intel vẫn sẽ xử lý tất cả các lệnh và thông tin cho các trình duyệt email trong khi GPU NVIDIA đang làm việc trên các video Flash. 

Đồ họa tích hợp là mặc định cho gần như tất cả các trường hợp, hệ thống cấu hình trở nên cực kỳ quan trọng ở đây. Khi một mô tả ( Profile ) được cấu hình để kích hoạt GPU ,cho GPU  biết rằng điều đó có thể là cần thiết và nên sẵn sàng đáp ứng với yêu cầu từ hệ thống. Nếu không có Profile, hệ thống sẽ cơ bản bỏ qua GPU rời của NVIDIA và tất cả công việc chỉ làm với Intel IGP, điều này rõ ràng là lý do tại sao NVIDIA quyết tâm có được một Profile nhanh chóng dễ dàng cập nhật hệ thống tại chỗ. Các Profile, về bản chất, nắm quyền kiểm soát điện năng từ IGP cho đến GPU cho phép lớp NVIDIA Routing Layer quyết định thành phần nó sẽ xử lý và thành phần nào để lại cho IGP xử lí . 

Như được mô tả trước đó, các GPU hỗ trợ Optimus của NVIDIA cũng cần thiết để có thể di chuyển dữ liệu từ bộ đệm khung hình riêng của mình đến bộ nhớ hệ thống chính , là bộ nhớ  đệm khung hình của đồ họa tích hợp IGP , một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này cho phép NVIDIA sử dụng IGP như một bộ điều khiển hiển thị bởi vì  IGP đơn giản chỉ đọc từ bộ đệm khung hình như nó thường làm và đưa kết quả ra màn hình, ngay cả những kết quả mà NVIDIA đưa ra .

Việc chuyển giao dữ liệu phải được thực hiện  thông qua bus  PCI Express - bằng cách sử dụng chuẩn giao tiếp thông thường , vì vậy NVIDIA ngăn chặn bất kỳ sự khóa nào trong tương lai  của đội kỹ thuật Intel . Phương pháp truyền thống để làm điều này thông qua DMA ( Direct Memory Access) bị chậm hơn và cũng thêm vào sự chậm trễ khi buộc các GPU vào trạng thái dừng cho đến khi sao chép dữ liệu đã được hoàn thành để ngăn chặn các lỗi đồng bộ hóa. 

Do có sự chậm trễ nên NVIDIA đưa ra công cụ Copy Engine mới , tích hợp vào trong những GPU dòng 200M 300M, và sắp tới là GPU có cấu trúc Fermi, hoạt động nhanh hơn, theo một cách thức không đồng bộ nhằm ngăn ngừa bất kỳ sự chậm trễ đáng kể nào trong truyền tải dữ liệu. Hoạt động DMA nhanh hơn này cho phép tái tạo hình 3D liên tục và sao chép dữ liệu với độ trễ 3ms khi chạy ở 60 Hz .  

Đừng quên tính năng công nghệ trong việc cho phép tắt điện nguồn toàn bộ trên GPU và các đường truyền PCI Express về tình trạng 0 wat ! Khi GPU cần được họat động nó có thể được bật lên và bắt đầu chấp nhận các lệnh của máy tính trong vòng 300ms.

Thời gian làm việc với pin

Bạn nên biết công nghệ Optimus của NVIDIA đã trở nên khá ấn tượng cả trên giấy tờ và trong thử nghiệm thực với nó. Tất nhiên, trong khi chúng ta có thể nói chúng ta yêu công nghệ dựa trên những sự thật đó, tất nhiên chúng ta cần kiểm tra nó và xem nó hoạt động như thế nào trong một vài lĩnh vực chính: tuổi thọ pin và thử nghiệm hiệu suất. 

Kiểm tra thời gian dùng pin là quan trọng vì cam kết của Optimus là chúng ta sẽ có được tất cả những lợi ích của việc có một GPU rời trong máy tính xách tay của chúng ta mà vẫn kéo dài thời gian sử dụng pin bằng cách sử dụng một giải pháp đồ họa tích hợp.

Đó là một sự khác biệt lớn : Hệ thống Optimus có  thời gian làm việc với pin cao lâu hơn 30% so với một hệ thống với đồ họa thể chuyển đổi được kích hoạt và pin gần như giống nhau với một hệ thống đồ họa chuyển đổi bị vô hiệu hóa. 

Với vấn đề tuổi thọ pin chúng ta hãy xem làm thế nào một vài thử nghiệm game của chúng tôi so sánh ba hệ thống - hiệu năng đồ họa có bị ảnh hưởng bởi công nghệ Optimus và có cần thay phần cứng / phần mềm để cho nó làm việc? 
Khárõ ràng rằng hiệu suất đồ họa giữa các hệ thống Optimus và thể chuyển đổi hệ thống với GPU NVIDIA rời rạc được kích hoạt là giống hệt nhau. Các GPU rõ ràng là đã không bị mất điện năng của nó vì Copy Engine  hay lớp Routing Layer .
Và để chứng minh rằng Flash video có thể có lợi cho các hệ thống không Atom , khi thử nghiệm YouTube không bị giật trên hệ thống Optimus nhưng bị giật trên hệ thống chuyển đổi IGP được kích hoạt. 

Kết luận 

NVIDIA Optimus là một trong những công nghệ di động ấn tượng nhất chúng ta từng thấy. Trong khi đồ họa chuyển đổi hứa hẹn với chúng ta tương lai của điện toán di động nhẹ cả về điện năng tiêu thụ và nặng về hiệu suất, Optimus có vẻ như làm được điều đó. Khả năng liền mạch, và gần như ngay lập tức chuyển đổi giữa đồ họa tích hợp trên bất kỳ nền tảng Intel nào và một số lượng lớn các chip đồ họa rời NVIDIA cho phép một mô hình mới hoàn toàn cho các máy tính máy tính xách tay. Trong khi các nhà cung cấp phần cứng vẫn còn phải lo lắng về việc tiêu hao quá nhiều điện năng của GPU rời  , họ sẽ không còn phải lo ngại về tuổi thọ pin sẽ như thế nào trong hệ thống GPU rời .