九头蛇的撕咬：Hydra Engine多显卡互联解析
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显卡的升级换代日益频繁，我们常常会为了一个接口或是一款游戏而更换显卡，然而在使用新显卡的同时，也常常会为旧显卡而叹息。该怎么处理它呢？除了将它闲置一边或当二手货卖掉之外，能不能将它和新显卡一起使用呢？这一点恐怕是所有用户都曾想过的问题。现在有一项新技术可以让旧显卡发挥余热，与新显卡工作在一起了。
来自以色列的半导体公司Lucid宣布了名为Hydra Engine的第三方多显卡互联方案。它可以在任意芯片组主板上实现任意厂商显卡的互联工作，并根据负载分配各个显卡的渲染任务。目前基于它的产品已经由日本艾尔莎公司推出，由此可见，这种方案是具有可行性的。“Hydra”是希腊神话中的九头蛇，那么我们就来看看它的“撕咬”力量。
一、突破SLI、交火互联的局限
显卡GPU的图形性能的竞争从来都没有停歇过，除了GPU本身规格升级之外，NVIDIA与AMD花了不少工夫在多显卡互联领域，通过多块相同显卡组合SLI、CrossFire交火来实现图形性能的提升。
不过目前SLI、CrossFire并不能让人完全满意，由于它们都只能支持相同核心以及相同型号的显卡，不能将如8600GT和9600GT这样的不同时期显卡组成SLI，因此具有很大的局限性。而且它们采用的是SFR分割帧渲染和AFR交替帧渲染模式，这两种模式都存在着缺陷。例如，在SFR模式下，每个GPU都需要重复保存所有的几何信息，单一GPU的显存带宽和着色单元的局限性仍然存在；而在AFR模式下，每帧画面都需要在多个GPU之间切换，因此存在着一定延迟。而Hydra Engine互联方案则可以避免SLI、CrossFire那样的问题。
二、Hydra Engine的工作原理
1.嵌入式芯片
与SLI、CrossFire不同，Hydra Engine是一种不需要依靠GPU的分布式图形计算技术，它主要包括一个Hydra 100芯片和驱动软件。其中Hydra 100是SoC（硅片上系统）芯片，内部结构包括一个RISC（精简指令集计算）处理器以及处理电路，它本身不负责任何GPU运算工作，只是将图形渲染工作实时分配给各个GPU。由于功耗仅为5W，所以不用担心有过高的能耗。而软件驱动是在DirectX架构和GPU厂商驱动之间进行交互通信。
2.图形任务调度员
简单地说，Hydra Engine就像是一个调度员在分配工作，它会在NVIDIA或AMD显卡驱动程序运行之前，读取来自于3D游戏以及其他应用程序传输到DirectX或OpenGL的信息，并将信息划分为多个任务。这些任务可能是独立的光影效果、后期渲染或建模等。在以前，如何将一次复杂的画面处理划分为多个任务是一项十分困难的工作，而Lucid公司通过专利算法在Hydra Engine上很好地解决了这一难题。
当在系统中使用不同类型的显卡时，Hydra驱动首先会识别各个显卡的类型，并估计其GPU的运算能力，在分配任务时将合适的运算量分配给它。比如让GeForce 9600GT计算7项任务，而GeForce 8600GT只计算3项。任务被划分后，就会通过PCI-E总线传输到Hydra 100芯片，随后又被Hydra 100分配到多个GPU中。每个GPU在完成自己的图形处理任务后，会把一部分结果送回Hydra 100芯片，该芯片再将这些信息交给其中一个GPU来完成最后的混合输出。也就是说，Hydra Engine不像SFR和AFR模式那样，而是将整个画面处理灵活地分配完成。
3.灵活调整工作比例
在运算过程中，Hydra 100芯片能动态地实时读取GPU的使用时间、显存利用量、剩余图形纹理结构、像素阴影带宽以及其他工作状态的数据，还能动态地计算出系统内每个GPU的性能。如果某块显卡性能较弱，在渲染中拖了后腿，Hydra 100芯片会调整分配比例，少分配一些图形处理任务给性能较弱的显卡，相应地分配更多的任务给性能强劲的显卡。这些动态分配工作都在后台实时完成，几乎不会消耗任何CPU资源，相比单卡处理也不会有明显的延迟。
三、性能成倍地增长
新的互联方案将会使得多块显卡通力合作，共同提升系统的图形性能。从硬件接口来看，Hydra Engine初始状况下最高支持PCI-E 2.0 ×32连接，也可以将该连接分成两条PCI-E ×16连接或者再分割成四条PCI-E ×8连接，最高支持4块不同的显卡互联工作。因此如果使用4块双核心的GTX295互联就可以形成8个GPU互联的工作状态，性能相当于提高了几倍，自然是相当强劲的。
在实际应用中，我们发现SLI、CrossFire的性能提升幅度逐渐降低，经测试显示，双卡GeForce 7600GT组建SLI时，性能提升幅度约为70%；当GeForce 8600GT双卡组建SLI时，增幅降至55%，而最新的GeForce GTX 285的SLI性能提升只有45%。这是由于随着GPU的Shader流处理单元数量增加，任务分配的难度越来越大，GPU中Shader的利用率也就越来越低。Hydra Engine的出现正好解决了这个问题，它最多支持4块显卡协同工作。在分配任务时，它会平衡每个GPU的任务，将合适的运算量分配给它们。据Lucid公司表示，Hydra Engine方案可以实现多显卡性能成倍地增长，比SLI、CrossFire的效率高得多。
四、任意显卡都能玩互联
除了性能表现不俗之外，Hydra Engine最受人关注的是它能实现任意显卡互联，也就是说无论核心和规格，N卡、A卡甚至是VIA S3等任何不同时代的显卡都能够工作在一个平台上。如果用户在以后买了一块性能更强劲的显卡，那么也不用扔掉老显卡，可以用Hydra Engine互联起来，物尽其用，这必然会受到有“恋旧情结”的用户的欢迎。
不过由于操作系统不允许不同GPU厂家的驱动程序同时运行，因此N卡和A卡目前暂时还不能互联。如果Hydra Engine能够依靠它的开放性得到市场认可的话，未来让操作系统支持它还是有希望的。到时我们或许就能看到N卡、A卡在一个平台上“和谐”工作了。
Hydra Engine根据需要设计了两种不同的实现方式，一种方式是作为PCI-E桥接芯片安装在多核心显卡上。另一种是直接将芯片设计在主板上，无论使用什么芯片组都能实现多卡互联，这种方式效果比较好，应用也比较方便。开放包容的模式使得Hydra Engine先天就有了不错的亲和力，能提供给硬件制造商更多的选择。
五、通用计算的桥梁
Hydra Engine的推广前景是美好的，这点我们可以从Intel作为Lucid公司的股东，为它投资了1200万美元看出来。由于Lucid是一家无工厂的半导体设计公司，Intel还将为它提供半导体设计、制造方面的一些技术支持。由此可见，投资Lucid对于Intel是十分重要的一步棋。
对于高端产品，支持多卡互联是提升性能的必然之路。虽然X58芯片组最终实现了对CrossFire和SLI的支持，但Intel获得授权也不容易，因此它急于寻求第三方解决方案。Hydra Engine将成为Intel与NVIDIA、AMD对峙的重要武器，有了它，Intel就不需要SLI和CrossFire那样的授权了。另外，在NVIDIA大力推行物理加速以及通用计算的背景下，业界厂家也在研发如Larrabee、GPGPU（通用图形处理器）这样的处理器，也有可能用Hydra Engine把多个处理器互联起来，这样就会在通用计算上发挥极其重要的协同作用。目前日本艾尔莎公司推出的产品就是一块GPU通用计算扩展板，提供4个PCI-E ×16插槽，使用Hydra芯片进行显卡运算任务分配，再通过专用接口连接主机或进行互联分布式计算。
后记
Hydra Engine方案比较独特，在技术上十分先进，特别是在应用前景方面被业界广泛看好，但要在NVIDA与AMD两大GPU巨头把持的显卡领域有一番作为还是需要时间的。目前有消息称，Lucid公司已经和一些厂商深入合作，集成了Hydra Engine的产品将于近期正式上市，届时就能知道Hydra Engine的市场情况如何了。我们也希望在九头蛇的“撕咬”下，用户在SLI、CrossFire之外将有更多的应用性方案选择。