3º Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Pruebas con ATI Crossfire
Autores: David González Polán, Miguel Martínez Pedreira
Fecha: 13 de mayo de 2009
Objetivos
Para el trabajo opcional hemos decidio realizar un testeo de las capacidades que ofrece la tecnología ATI Crossfire, debido a que inicialmente disponíamos del material y nos pareció una opción rentable para un usuario medio, a priori.
El objetivo principal era comprobar si realmente dicha tecnología, de la que nos estábamos muy informados, proporcionaba una mejora de rendimiento y un ahorro significativo en el montaje de un PC, con aplicación principal al campo de los videojuegos para PC. Con la realización de este trabajo, queríamos realizar una comprobación de hasta dónde puede incrementar el rendimiento la tecnología ATI Crossfire. Es cierto que ya existen comparativas en la web, pero ya que disponíamos del material y de juegos de los que conocíamos su rendimiento en su versión de una sola GPU, nos resultaba interesante ver con nuestros ojos la diferencia.
El incremento de rendimiento que esperábamos en un principio era algo más bajo del que al final obtuvimos, ya que estas tecnologías en principio dan una idea de “parche”, o de consegiur que aproveches algo más unas tarjetas gráficas obsoletas.
Teoría básica
¿Qué es Crossfire?
Crossfire es una tecnología de ATI/AMD creada como “competencia” a la tecnología SLI de nVidia. La idea de ambas tecnologías es la misma, aprovechar la capacidad de procesamiento de dos o más tarjetas gráficas para poder trabajar en conjunto, de manera paralela. Crossfire en concreto permite montar hasta 4 tarjetas en una placa base, cada una en una ranura PCIe x16.
Actualmente, el ancho de banda total que recibe una única tarjeta es el ancho total dividido entre el número de tarjetas (en caso de poseer dos tarjetas conectadas en Crossfire, cada tarjeta solo usará 8 lanes de su conexión PCIe).
Exsten además varias maneras de aprovechar la múltiple capacidad de procesamiento de las tarjetas, en concreto, existen 3 técnicas:
- Alternate Frame Rendering
Método que proporciona mayo rendimiento, en el cual cada tarjeta renderiza frames alternos.
- Scissors
Se divide cada frame en partes de tamaño variable (se deduce dinámicamente) y cada tarjeta gráfica se encarga de una determinada parte.
- Super Tile Board
Similar al método anterior, se divide la imagen en pequeñas zonas de 32x32 píxeles, creando una “malla” en la cual cada tarjeta trabaja sobre unos determinados puntos, renderizando la imagen final.
Existen también varias formas de conectar las tarjetas gráficas, dependiendo de la tarjeta con la que trabajemos, que se han ido depurando con el tiempo:
Para tarjetas de gama baja, existe la posibilidad de usar el propio bus PCI-Express para la transmision de datos entre las CPUs, el principal problema es que para resoluciones grandes de tarjetas de gama alta se consumía un gran ancho de banda en la comunicación.
La forma de conexión siguiente, usada hasta hace poco, es la conexión de ambas tarjetas, una de ellas Master y otra Slave, mediante un conector que aprovecha la salida DVI de ambas (una de ellas).
Con la fabricación de las últimas gamas de tarjetas se ha implementado una nueva forma de conexión, un brigde o puente entre las tarjetas, las cuales poseen dos conectores para realizar múltiples combinaciones. Este sistema incrementa la tasa de transferencia a casi el doble que un único bridge de SLI y simplifica el montaje del sistema, además de no necesitar la búsqueda de una tarjeta Master, ampliando el rango de dispositivos compatibles.
Configuración de partida
Para las pruebas realizadas contamos con el siguiente material:
- 2x ATI Radeon HD 3870 512MB
- Placa base Gigabyte GA-X48-DS5
- CPU QuadCore Intel Core 2 Quad Q6600, 2133 MHz (8 x 267)
- 2x 2 GB DDR2-800 DDR2 SDRAM
- Fuente alimentación Corsair HX 620 W “principal”
- Fuente alimentación Radix 400 W “extra”
- Sistema Operativo Windows XP SP3
Como se puede ver, el único componente que no entraba dentro de nuestros planes fue la fuente de alimentación extra, ya que la que teníamos se nos quedaba falta de potencia. Realmente lo consideramos un inconveniente pero el problema fue la falta de planificación a la hora de crear el equipo, aunque si resulta un gasto económico mayor al necesitar una fuente de alimentación potente, como analizaremos luego. Con respecto al sistema operativo decidimos usar Windows XP por que Linux tiene menos soporte para juegos y ya disponíamos de todo el software instalado.
Desarrollo
Montaje
El montaje del sistema fue bastante sencillo, un punto a favor para este sistema, ya que incluso los usuarios con poco conocimientos de hardware pueden realizarlo sin problemas.
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Una vez que tenemos todos los elementos del sistema (las dos tarjetas, la fuente de alimentación extra y el puente Crossfire, incluído con la compra de las tarjetas) procedemos (con el PC apagado, evidentemente) a colocar cada tarjeta en una ranura PCIe x16, lo cual presenta 2 “inconvenientes” o gastos añadidos en la compra de un nuevo PC: necesitamos una placa base con al menos 2 ranuras PCIe (una por cada tarjeta gráfica que queramos añadir a nuestro sistema Crossfire) y además la distribución del espacio en la placa debe ser buena. Este último punto es más o menos importante dependiendo de las tarjetas gráficas que utilicemos, ya que una de nuestras tarjetas es el modelo que ocupa 2 bahías de la HD3870, ocupando bastante más espacio.
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Una vez que tenemos ambas tarjetas montadas sobre la placa es hora de colocar el puente Crossfire que una cada uno de los conectores de las tarjetas, como vemos en la imagen. Tras asegurarnos de que la conexión es correcta, sólo nos queda alimentar ambas tarjetas gráficas. En nuestro caso usamos una salida de cada fuente de alimentación, pero en el caso de disponer una fuente de alimentación de unos 1000 W, habrá que usar las salidas de alimentación correspondientes (a veces marcadas mediante SLI Ready o PCI Express, dependiendo de la fuente).
Una vez alimentado el conjunto, procedemos a cerrar el PC e iniciamos el sistema operativo. Tras reconocer el nuevo dispositivo que hemos colocado (la segunda tarjeta gráfica), debemos instalar la suite que suele acompañar a los drivers de ATI: ATI Catalyst, en la cual, en el caso de una sóla GPU, podemos modificar el nivel de detalle de los filtros que podemos aplicar mediante la tarjeta (antialiasing, filtro anisotrópico...).
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Ahora que disponemos de dos tarjetas gráficas conectadas en Crossfire, se nos ha activado una nueva opción llamda Crossfire (bastante intuitiva), en la cual se nos permite activar dicha tecnología, advirtiéndonos de que puede ocasionar diversas incompatibilidades en ciertas configuraciones, aceptamos y ya esta.
Ahora que hemos activado la tecnología, es momento de probar los tests, tanto sintéticos (como el 3DMark) como simplemente con juegos, para comprobar la diferencia de rendimiento. Durante los test vamos a monitorizar aspectos de la CPU como la temperatura del sensor de ambas GPU, la velocidad de los ventiladores, de los cores de la CPU... mediante el programa Lavalys Everest, en su versión de prueba.
Test
Los test usados para medir el rendimiento (fps) fueron los siguientes:
- FutureMark 3D Mark (test sintético)
- Last Remnant Benchmark (1280x720 window mode)
- Last Remnant Gameplay
Pese a no se un gran volumen de test, realmente consideramos suficientes los elegidos, al abarcar casi todo el espectro de procesamiento al que se puede someter a la tarjeta gráfica. Otro test interesante pudiera haber sido analizar como se comportaban en la tarea del plegamiento de proteínas de la aplicación folding@home, pero no buscábamos ese tipo de incremento de rendimiento con la inclusíón del Crossfire, ya que nos parecía más interesante su aplicación “natural” a los juegos.
Tras ejecutar el test de Last Remnant Benchmark con una GPU y dos GPUs, los fps de media se duplicaron en el segundo caso, como podemos ver en la imagen:
Nos quedamos bastante impresionados porque, como ya dijimos, en un principio no esperábamos un incremento muy grande en el rendimiento.
En el test de 3D Mark obtuvimos también un resultado muy positivo en la comparativa entre las versiones de una y dos tarjetas gráficas, como podemos ver en los siguientes vídeos:
Como podemos ver en este primer vídeo del benchmark con una sóla GPU, existen partes en las cuales los fps caen en picado, debido a la sobrecarga de efectos en pantalla.
Vemos como implementando el Crossfire con 2 tarjetas, conseguimos una aumento de el doble de fps de media, convirtiendo partes injugables en fluídas, lo cual es muy favorable.
En el caso del Last Remnant, al ponernos a jugar, vimos como en la versión con Crossfire los tiempos de carga de texturas se reducían mucho, proporcionando menores tiempos de cargas y obteniendo más fps con un nivel mayor de detalle aplicado.
Decidimos probar el 3DMark de FutureMark por ser un referente en el mundo de los benchmarks, pese a que no estábamos muy convencidos de como podría mostrar realmente el cambio de rendimiento. Una vez realizados ambos benchmark, no sólo notamos que se doblan los fps de media (salvo en zonas críticas que bajamos a un 65-75% de mejora) sino que los efectos son más espectaculares, apreciamos más partículas...
En el segundo vídeo vemos como con la inclusión de las segunda GPU pasamos de los 10-20 fps a unos 17-34 fps, algo mucho más jugable.
En cada uno de los tests tomamos una serie de medidas mediante la aplicación Everest, a continuación las hemos comparado con sus versiones con una y dos GPUs en estado de reposo y hemos realizado gráficas comparativas.
Con respecto a los tests realizados, existen varios puntos sorprendentes:
- Al añadir el Crossfire, vemos como ambas gráficas tienen una menor temperatura en reposo con respecto a la situación inicial, lo cuál es lógico ya que se "reparten" el trabajo. Lo que es más curioso es que sometiéndolas a un trabajo, la primera tarjeta procesa más carga, o almenos alcanza temperaturas más altas. Ésto último puede deberse a que la carga no se reparte tan igualitariamente aún usando el Alternate Frame Rendering, aunque la razón más lógica sería que la gráfica que más se calienta está colocada en un espacio mucho más cerrado dentro de la caja, siendo bloqueada su salida de aire por la segunda gráfica, como se ve en las imágenes del montaje.
- Otro detalle confuso es que, pese a bajar la temperatura de la CPU cuando usamos las dos tarjetas (tanto en reposo como jugando), el ventilador asociado como CPU_FAN aumenta sus rpm en la versión Crossfire. Ésto es debido a que la temperatura de la caja aumenta, al disponer de dos fuentes de calor, y el ventilador del disipador de la CPU gira más velozmente para compensarlo. Es bastante razonable que la temperatura de la CPU disminuya, ya que algunas tareas que la versión de una sóla GPU le encargaba a la CPU han desaparecido.
- Por último, otro detalle a favor de Crossfire es que, mientras el consumo de potencia en la verión con 2 GPUs a pleno rendimiento es superior al de una sóla GPU, estamos aumentando el framerate a casi el doble, y en estado de reposo el consumo se reduce con respecto a la versión de una sola GPU, otro de los efectos positivos de la compartición de carga que proporciona Crossfire.
Enlaces
Página oficial ATI Crossfire, contiene ejemplos de Alternate Frame Rendering y otras técnicas.
Conclusiones
Como habíamos adelantado, el resultado obtenido fue bastante mejor del que esperábamos, obteniendo un rendimiento que duplicaba la tasa de fps, lo cual lo convierte en una opción bastante interesante de cara a la compra de un PC nuevo. Así, podemos optar por comprar una tarjeta gráfica muy potente (como es el caso de las nuevas GPUs con doble núcleo) o seleccionar una gama algo inferior, montar el crossfire, y ahorrar algo de dinero, obteniendo un rendimiento similar. Otra cosa diferente es que las tecnologías que soportan las nuevas GPUs no pueden ser emuladas, como Shader Model 4.0, por ejemplo.
Los problemas básicos del Crossfire, que el usuario debe tener en cuenta, son el gasto añadido en componentes del pc. Para nuestro ejemplo hemos necesitado una fuente de alimentación “extra”, eso significa que de media necesitaremos una fuente potente, lo cual nos puede aumentar el precio hasta unos 150 €. También necesitaremos una placa base con tantas ranuras PCIe como necesite nuestro sistema, lo cual se vuelve difícil cuando montamos más de 2 tarjetas gráficas, éstas ocupan varías bahías … además del coste añadido de la placa base. La ventilación puede ser un problema dependiendo de los modelos de tarjetas que vayamos a usar, ya que algunas pueden ser menos eficaces disipando calor, pueden provocar más ruido (en nuestro caso con el lateral del PC desmontado el sonido de ambas era algo molesto).
En conclusión, la inclusión de Crossfire nos puede resultar útiles en dos ámbitos: tenemos un PC de última generación y queremos ahorrarnos algo de dinero, o pensamos comprar una sola gráfica potente, con vistas a añadirle otra en el futuro, cuando su valor se haya reducido o bien tenemos varias tarjetas gráficas “antiguas” que soporten la tecnología y nos resistimos a comprar HW nuevo, aprovechando lo que tenemos y mejorando sensiblemente el rendimiento.
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