Le SLI évolue sans le 3-way et le 4-way

Avec le GP104, Nvidia fait évoluer son interface SLI qui n'avait pas réellement bougé depuis très longtemps. Sur les GPU précédents, le frame pacing qui permet de lisser l'affichage des images en multi-GPU pour améliorer la fluidité, atteignait ses limites en très hautes résolutions. Le débit du lien SLI imposait une latence trop élevée pour les images en 4K ou en surround.

C'est une des raisons pour lesquels AMD a abandonné son lien CrossFire au profit du PCI Express, et c'est ce qui fait que les Radeon s'en tiraient un petit peu mieux que les GeForce alors que ces dernières avaient un petit avantage en 1080p ou en 1440p. Nvidia estime que se baser uniquement sur le PCI Express n'est pas une solution qui lui permette de garantir un résultat optimal et donc plutôt que d'abandonner ses connecteurs SLI, ses ingénieurs les ont améliorés.

La première mise à jour concerne la fréquence de ce bus spécial qui passe de 400 à 650 MHz. Pour profiter de cette fréquence et donc de ce débit plus élevé, il faudra par contre un pont SLI compatible qualifié de HB pour High Bandwidth. Certains ponts "durs" à LED actuels en sont capables, mais les ponts souples par exemple ne le sont pas. Ils restent compatibles avec les GTX 10x0 mais la connexion SLI sera alors limitée à 400 MHz.

La seconde mise à jour concerne la combinaison des 2 connections SLI pour doubler la bande passante qui est alors multipliée par 3.25x en combinaison avec les nouveaux ponts !

Nvidia propose pour l'occasion de nouveaux ponts SLI HB dans 3 formats qui correspondent à 3 options d'espacement des slots PCIE. Ses partenaires devraient également en proposer de nouveaux. Tous ces ponts sont limités au 2-way SLI.

Les SLI 3-way et 4-way ont en effet besoin du second connecteur SLI pour connecter tous les GPU entre eux et ne peuvent donc pas combiner deux connecteurs pour augmenter la bande passante. Si Nvidia a opté pour cette approche c'est en fait suite à une décision relativement importante : l'abandon des modes 3-way et la 4-way.

Alors qu'il est déjà devenu difficile de convaincre les développeurs de faire l'effort de supporter correctement le bi-GPU, Nvidia a dû réaliser qu'aller plus loin n'a plus beaucoup de sens alors que ça demande beaucoup de ressources en terme de support et de validation. Par défaut il n'y aura donc plus que le SLI 2-way de supporté à partir des GeForce GTX 1000. Il restera par contre possible de mettre en place un troisième GPU dédié à PhysX.

Pas totalement fou non plus face aux records sous 3DMark et consorts, Nvidia proposera une interface à travers de laquelle les utilisateurs pourront demander une clé pour débloquer le 3-way et le 4-way. Le support sera limité au bon vouloir des développeurs et la fluidité ne profitera alors pas des améliorations apportées à Pascal.

Nvidia communique un exemple d'amélioration avec la nouvelle interface SLI :

On peut observer, en bleu, que les micro-saccades sont nettement réduites avec un nouveau pont double canal à 650 MHz, par rapport à un ancien pont simple canal à 400 MHz, en noir. Il manque malheureusement les configurations intermédiaires, à savoir le simple canal à 650 MHz ou le double canal à 400 MHz.

D'après ce tableau de Nvidia, le simple canal à 650 MHz serait nécessaire pour garantir la fluidité au-delà du 1440p à 60 Hz, alors que le double canal 650 MHz serait nécessaire en 4K, 5K et Surround (mais la résolution n'est pas précisée, probablement en 3x1440p). Aucune précision n'est donnée concernant le double canal 400 MHz, une solution pourtant plus économique puisqu'elle permet de recycler de "vieux" ponts mais qui n'en est en fait pas supportée officiellement.

Fast Sync, un nouveau type de compromis

Pour les joueurs qui recherchent une absence de tearing avec un faible niveau de latence à travers un niveau de fps très élevé, qui va au-delà de ce que permet le taux de rafraîchissement de leur écran, G-Sync ou pas, Nvidia a développé une nouvelle alternative au VSync OFF et VSync ON.

Appelé Fast Sync, ce nouveau mode est en fait une variante du triple buffering mais implémentée en partie en hardware. Nvidia le nomme différemment d'une part pour des raisons marketing, d'autre part pour se démarquer de la confusion qui peut exister entre les types de triple buffering (le "vrai" et le render ahead) et enfin parce que le moteur d'affichage du GPU a été légèrement adapté pour le prendre en charge nativement.

Traditionnellement, deux buffers sont utilisés lors du rendu : le front buffer et le back buffer. Le GPU effectue le rendu dans le back buffer et une fois terminé il devient le front buffer qui est lu par le moteur d'affichage et envoyé vers l'écran. L'ancien front buffer devient le nouveau back buffer et le GPU travaille sur l'image suivante. Cette inversion des deux buffers se fait soit instantanément en VSync OFF, ce qui cause un décalage entre les images (le tearing), soit de manière synchronisée avec le taux de rafraîchissement de l'écran en VSync ON, ce impose des temps d'attente qui limitent les performances et augmentent la latence.

Pour Fast Sync, Nvidia découple totalement le pipeline de rendu de l'affichage en insérant un troisième buffer appelé last rendered buffer, soit le buffer qui contient la dernière image rendue. Le GPU peut alors calculer les images aussi vite qu'il le veut en alternant entre le back buffer et le last rendered buffer alors que le moteur d'affichage fera la transition entre ce dernier et le front buffer pour se caler sur le taux de rafraîchissement.

De quoi permettre de se rapprocher à haut fps de la faible latence du mode VSync OFF tout en évitant le tearing comme en VSync ON. En contrepartie, avec un framerate légèrement supérieur au taux de rafraîchissement on risque d'avoir un affichage moins fluide car certaines images calculées peuvent être sautées à l'affichage, dans ce cas et sur ce point le VSync ON est supérieur. La solution idéale reste bien entendu la fréquence de rafraîchissement variable (G-SYNC ou Adaptive-Sync / FreeSync) sur un écran permettant de monter à 120/144 Hz, ce qui permet tout en se passant de tearing d'éviter les problèmes de fluidité quand le framerate varie tout en ayant une latence similaire au VSync OFF tant que ce dernier ne dépasse pas la fréquence de rafraîchissement maximale.

Côté latence, voici par exemple ce que cela donne selon Nvidia sur une section de 20s de Counter-Strike Global Offensive :

Le framerate et le taux de rafraîchissement ne sont pas précisés, il est probable qu'il s'agisse du cas le plus favorable à savoir un écran 60 Hz et un framerate dépassant allègrement la centaine de fps, un écran 120/144 Hz permettrait déjà de réduire fortement la latence en Vsync ON. Nvidia explique que ce découplage du pipeline de rendu avec le moteur d'affichage va permettre différentes innovations dans le futur, mais sans donner plus de détails.

Un moteur vidéo et d'affichage revu

Le GP104 reprend les capacités de prise en charge du GM204 au niveau du HDR. Les moteurs d'affichage de ces GPU supportent le HDMI 2.0b nécessaire pour prendre en charge les formats de couleurs 10-bit et 12-bit jusqu'en 4K, ainsi que les standards BT.2020 et le SMPTE 2084. Selon Nvidia il n'y a donc pas de différence sur ce point, mais le support logiciel n'est pas encore totalement là côté GeForce.

Le GP104 y ajoute le support du décodage des vidéo HDR 10-bit et 12-bit jusqu'en 4K 60 Hz ainsi que l'encodage mais cette fois limité au HDR 10-bit. De quoi autoriser le streaming en HDR vers la console Shield.

Par ailleurs, bien qu'il n'ait actuellement été certifié que pour le DisplayPort 1.2, le GP104 et les GTX 1080 supportent le DP 1.3 ainsi que le DP 1.4 qui vont permettre de transporter les metadatas nécessaires au HDR.

Nvidia indique travailler avec les développeurs de jeux vidéo pour l'intégration du support de l'affichage HDR qui demande notamment de revoir l'algorithme de tone mapping. Cela devrait arriver rapidement dans Obduction, The Witness, Lawbreakers, Rise of the Tomb Raider, Paragon, The Talos Principle et Shadow Warrior 2.

Voici un récapitulatif des capacités des moteurs d'affichages et video du GM204 et du GP104. A noter que nous précisons ici le type de GPU puisque cela peut varier au sein d'une même génération : le GM206 supporte par exemple le décodage du HEVC.