Crossfire: piccola guida al montaggio e test performance

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Tutti gli utenti del forum sanno cos'è Crossfire. Mi è venuto in mente di fare alcuni test per mostrarne le potenzialità per chi nn lo avesse mai provato. In questi pochi mesi in cui sono stato moderatore mi hanno chiesto diverse volte come vanno le schede in parallelo e, ultimamente, ho incontrato utenti che trovavano difficolta a capire se le vga funzionavano correttamente. Premettendo che usare Crossfire è così semplice da poter essere definito banale, aggiungo una piccolissima guida tecnica e una rapida introduzione teorica per completare le prove.

Teoria

Crossfire è una tecnologia, brevettata da ATI Technologies, risalente al 2005, sviluppata per contrastare lo SLI di nVidia (introdotto nella serie 6xxx). La funzionalità prevede il calcolo in parallelo della grafica allo scopo di incrementare il frame rate con risoluzione e impostazioni qualitative molto alte. Ne e' consigliabile l'utilizzo con monitor da almeno 22" LCD o CRT professionali ad alta risoluzione. All'uscita di Crossfire, nel 2005, vi erano 3 modalità di funzionamento (attualmente suppongo che le cose possano essere cambiate, cmq e' utile per comprendere in che modo le schede video si dividono il carico; la spiegazione è presa da wikipedia: crossfire):

Modalità standard: Divide lo schermo in una scacchiera e i riquadri vengono renderizzati da ciascuna delle due schede (paragonando lo schermo a una scacchiera, una scheda renderizza i riquadri neri, l'altra quelli bianchi). Il SuperTiling supporta tutte le applicazioni Direct3D, ma non le OpenGL. È la modalità che offre il guadagno prestazionale minore (circa 1,15 volte le prestazioni di una singola scheda[senza fonte]), per il fatto che la computazione della geometria della scena non può essere divisa tra le due schede. Inoltre questa modalità funziona solo con schede aventi lo stesso numero di pipeline.

Scissor: anche conosciuto con il nome di Split Frame Rendering (SFR), utilizzato nello SLI di nVidia, divide lo schermo in due rettangoli orizzontali. È la modalità predefinita per le applicazioni OpenGL. Le prestazioni però sono analoghe a quelle del SuperTiling (1,15 volte[senza fonte]), anche se in teoria il primo dovrebbe essere migliore in quanto vi è una maggiore probabilità che i calcoli siano equamente distribuiti tra le due schede. Con la modalità Scissor il sistema deve calcolare il punto di divisione per bilanciare il carico tra le GPU.

Alternate Frame Rendering: una scheda renderizza i frame pari, l'altra quelli dispari. Questa modalità esibisce le prestazioni migliori, ma è incompatibile con i giochi che utilizzano funzioni render-to-texture, in quanto una scheda non ha accesso alla memoria texture dell'altra. Come nVidia, ATi utilizza nei driver dei profili per abilitare l'AFR nei giochi compatibili, ma non permette l'impostazione manuale per i giochi OpenGL.

Sia SLI che Crossfire supportano fino a 3 schede video singola GPU (Crossfire può arrivare a 4 ma difficilmente si trovano mobo con gli slot necessari e inoltre la distanza fra le schede e' troppo esigua) o 2 schede video dotate di doppia GPU (4 processori grafici). La principale differenza di Crossfire risiede nel fatto che le vga non devono essere forzatamente uguali.

Montaggio

Per montare un sistema Crossfire è necessario che la scheda madre lo supporti (oltre alle schede video, visto che alcuni modelli di fascia bassa potrebbero anche non supportarlo). Attualmente il supporto è aperto ai seguenti chipset:

- chipset Ati e AMD con espresso riferimento alla tecnologia
- Intel 965 (la seconda vga va in modalità pci exp 4x, penalizzando le performance)
- Intel 975
- Intel p35 (la seconda vga va in modalità pci exp 4x, penalizzando le performance)
- Intel p45 (2 linee 8x; perdita di performance minima, praticamente irrilevante)
- Intel x38/x48
- Intel x58 (chipset per Core i7, supporta anche SLI)
- Intel d5400xs (chipset della motherboard Skulltrail, supporta anche SLI)

Oltre ad un chipset Crossfire ready, la motherboard deve avere almeno due slot meccanici 16x (con slot meccanico si indica solo il sistema di montaggio in plastica) altrimenti non è possibile montare la scheda video.

Una volta reperito il materiale, 2 schede video e una scheda madre adatta, far funzionare il Crossfire è semplicissimo. Montate le due schede video negli slot pci express adiacenti (vi è una distanza di circa 7 cm fra uno slot e l'altro) e applicate il bridge Crossfire (da notare che il verso con cui montate il bridge è indifferente... mi è capitato di leggere, persino nel forum di supporto sapphire, il contrario; verificando personalmente posso assicurarvi il contrario). Ne basta 1, anche se in molti ne montano 2. Ma ha solo una valenza estetica. Le due prese per il bridge Crossfire servono infatti a montare 3 o 4 schede video in parallelo.

Ecco alcune immagini:

Il bridge


Un crossfire montato (da notare che due bridge sono superflui)


Un quad crossfire per far vedere come avviene il montaggio con più di 2 vga


Ora che le vga sono montate all'interno del case (ricordarsi sempre di collegare le prese ausiliare di alimentazione) c'è da avviare il computer. Appena arrivati in windows il sistema operativo rileverà la seconda scheda e riconoscerà il driver (che è il medesimo della scheda video già presente). Se le vga non sono mai state montate sul sistema dovrete installare il driver Catalyst. Si consiglia sempre di montare l'ultimo disponibile. Una volta che il sistema ha riconosciuto le schede video, accedere al Catalyst Control Center e mettere la spunta su "attiva CrossfireX", sotto la voce Crossfire, come mostrato dall'immagine:



Al contrario di SLI, Crossfire può utilizzare le due schede video anche se sono configurate ad un differente clock. Per configurare le frequenze basta andare sulla sezione "Ati Overdrive" del CCC e selezionare le schede video da overcloccare dal menu a tendina (bisogna selezionare la frequenza desiderata per ognuna delle schede video), come mostato in figura:



Nel caso non foste sicuri dell'effettivo funzionamento di Crossfire, downloadate da pctuner l'utiliy Gpu-z, che vi mostrerà rapidamente se la modalità in parallelo è attiva:



In ogni caso, capita che Gpu-z non dica il giusto riguardo a Crossfire. Per essere quantomai certi che sia attivo, vi è un'altra via. Dovete scaricare e installare Rivatuner e accedere alla funzione "Hardware Monitoring". Vi sara' possibile visualizzare, completo di history, la temperatura, il clock e altri variabili della scheda video. Con il menu a tendina evidenziato potete rapidamente switchare da una scheda video all'altra. Purtroppo su Ati non mi pare sia possibile visualizzare le informazioni di tutte le vga contemporaneamente. Su nVidia invece funziona. Ecco un'immagine esplicativa della funzione di riva tuner. A sinistra potete selezionare le schede video (sono 2, una e' un doppione):



Fatto questo, avviate un 3dmark (va bene anche un gioco ma dovete essere sicuri che lavori in Crossfire; per esempio il test video di ati tool sfrutta solo una vga), lasciando Rivatuner aperto. Dopo un minuto di test vedete se la vga si è scaldata. Se il responso è positivo ripetete la prova con la seconda. Se si scalda anche quest'ultima avete la certezza che il Crossfire funzioni. Da notare che oltre all'aumento della temperatura, sotto 3d si noterà anche un consistente incremento di clock:

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Sistema di prova

e8500 c0 4000 mhz stock cooling
p5e3ws pro
2x1 gb di OCZ ddr3 1600 mhz @ 7-6-6 con micron d9gtr
2x3870 pcb rosso dual slot 875 mhz gpu 1250 mhz ram stock cooling ventola 70%
enermax 465 watt
monitor professionale CRT philips 107p risoluzione massima 1920*1440 refresh massimo 150 hz a 640*480
banchetto dimastech v1 easy
sistema operativo Vista 64 Ultimate
driver Catalyst CCC 8.8

Foto della postazione (non sono molto belle, le ho fatte con il cell):





Test

Il primo test effettuato è stato il 3dmark06. Questo applicativo ha il pregio di essere una buona approssimazione di un videogioco ad alte prestazioni moderno, fatta eccezione per le directx limitate alle 9.0c. La metodologia seguita consiste in una ripetizione di 3 prove per ogni test. Il sistema operativo è stato ripulito dei software superflui e il cavo di rete scollegato. In questo modo si evitano le ingerenze di altri applicativi. Sono stati effettuati solo i test grafici, in quanto il cpu test del 3dmark è inutile ai fini della nostra analisi.

Potendo beneficiare di un crt 17 pollici professionale, ho potuto effettuare il test a diverse risoluzioni:
1024x768
1280x1024
1600x1200
1920x1440

Rispetto alle risoluzioni impiegati nei moderni lcd, queste del test sembrano alquanto insolite. Tengo comunque a ricordare che non è la forma del monitor a influenzare le prestazioni grafiche, semmai il numero dei pixel. Se calcolate, con una semplice moltiplicazione, il numero di pixel dell'immagine potrete facilmente effettuare un confronto con le risoluzioni dei vostri monitor.

Ora bando alle ciance e osserviamo i test:

1024x768 no filtri


1280x1024 no filtri


1600x1200 no filtri


1920x1440 no filtri


1024x768 4xAA 8xAF


1280x1024 4xAA 8xAF


1600x1200 4xAA 8xAF


1920x1440 4xAA 8xAF


Dai test si evidenziano ottimi rendimenti della tecnologia Crossfire. Su una 3870, che nello scenario attuale si pone in una fascia medio/bassa, si vedono buoni rendimenti fin dalla risoluzione di 1280x1024 senza l'attivazione dei filtri (69.637% di guadagno). Questo livello di dettagli è facilmente raggiungibile da qualsiasi moderno monitor e non presuppone quindi la spesa di ingenti cifre di denaro per lo sfruttamento a pieno dell'architettura. Da notare, che la 3870 è assai debole con i filtri, l'attivazione degli stessi permette di beneficiare della tecnologia Crossfire a livelli elevatissimi già dalla risoluzione più bassa (88.121% di guadagno già da 1024x768). Da notare, inoltre, che viene superato il 100 per cento del guadagno di performance alla risoluzione 1920x1440 con filtri attivati. (solo al 4o test si raggiunge il 101.25 per cento, la media di guadagno del 3dmark complessivo è 97.780%). A questo livello di dettaglio è possibile ipotizzare un collo di bottiglia dovuto al limitato ammontare di video ram; quando si passa alla modalità Crossfire il raddoppio del quantitativo rimuove il problema incrementando le prestazioni oltre il 100 per cento. Confrontando il guadagno medio a 1920 con quello a 1600, i risultati palesano una certa discrepanza, probabilmente dovuta al motivo già accennato: 97.775% contro 92.975%.

La tecnologia Crossfire permette di ottenere un guadagno di performance superiore al 90 per cento, se adeguatamente stressata. Un guadagno dell'80 per cento è ipotizzabile nella maggior parte degli scenari (driver permettendo). Con delle 3870, il lavoro è molto semplice. Con delle moderne 4870, ancora meglio se da 1 gb, è probabile che i giochi attuali non siano in grado di affaticare le schede abbastanza per godere di un buon "performance gain". Con un hw di questo tipo è consigliabile un monitor lcd da almeno 24 pollici (1920x1200) e l'utilizzo di filtri.

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Il secondo test valuta l'influenza del clock della cpu sulle prestazioni di un sistema Crossfire. L'applicativo utilizzato è sempre il 3dmark06. La frequenza della cpu è stata portata a 3 ghz senza influire sulle impostazioni della scheda madre. Per far ciò è bastato abbassare il moltiplicatore dell'e8500 da un valore di 8 a un valore di 6. Grazie a questo espediente è possibile valutare l'influenza della variazione di clock senza variare i setting delle memorie e il performance level.

I grafici incrociano i dati provenienti dalle nuove prove con quelli delle precedenti. Per ogni test, contraddistinto da un colore diverso, viene mostrato il numero di fps medi al variare della risoluzione. I vari dati sono disposti a coppie, dove il primo valore è quello rilevato a 4 ghz, mentre il secondo a 3 ghz (come evidenziato dalla legenda). Se si ipotizzasse una irrilevanza del clock della cpu sulle performance grafiche, il plot dovrebbe mostrare un andamento a gradoni. In caso di grafico spiovente o irregolare, siamo di fronte all'evidenza di un notevole cpu limit.

Il primo test confronta i risultati a 4 e 3 ghz di un sistema a singola gpu, nessun filtro attivato.


Singola gpu, AA 4x, AF 8x.


Crossfire, nessun filtro.


Crossfire, AA 4x, AF 8x.


I dati mostrano che, con un sistema a singola gpu, vi è una generale irrilevanza della frequenza di clock della cpu. Solo a 1024x768 senza filtri, si evidenzia un certo limite agli fps massimi, dovuto alla incapacità del processore di venire incontro alle operazioni di overhead. Con i filtri attivati, i grafici mostrano un andamento a gradoni quasi perfetto, specie nell'ultimo test.

Abilitando il Crossfire, la questione cambia radicalmente. Senza filtri attivati si vede un consistente abbassamento delle performance, che si riduce ad un livello accettabile alla risoluzione di 1920x1440. Con i filtri attivati la situazione migliora e si ottengono risultati del tutto simili a quelli con la cpu a 4 ghz a partire da 1280x1024.

Questi risultati confermano le affermazioni riguardanti il primo test, per sfruttare Crossfire è necessario caricare le gpu con una grafica di notevole qualità. Se questo presupposto viene soddisfatto non risulta necessario avere cpu particolarmente potenti. Come enfatizzato dall'ultimo grafico, alla risoluzione di 1920x1440 con i filtri attivati, anche un dual core a 3 ghz riesce a sfruttare bene le potenzialità dell'architettura. E' importante ricordare che, nonostante gli fps medi vengano afflitti dal cpu limit, questa perdita si palesa solo quando gli fps salgono molto in alto. Questo effetto comporta si un peggioramento della media delle performance, ma solo nelle condizioni in cui il refresh rate del monitor è abbondantemente colmato (60-75 hertz). Nelle condizioni di difficoltà, dove il frame rate è minimo, anche con cpu poco prestanti Crossfire riesce a consentire grandi aumenti di performance. Questi scenari sono simulati con le risoluzioni più alte. Quindi, è ben difficile sostenere che la tecnologia sia inutile, a prescindere dalla cpu tenuta e dalla potenza elaborativa della singola scheda.

Effettivamente Crossfire funziona e anche bene. Può tranquillamente raggiungere un incremento di oltre il 90 per cento degli fps, tutto sta nel caricarlo. Per cui, il dilemma dell'acquisto di una seconda scheda si pone in tali termini: utilizzo software capace di portare al limite il mio hardware? Ho un monitor abbastanza grande da sfruttare risoluzioni elevate o elevatissime? Se la risposta alle domande è si, è ora di valutare l'acquisto di una nuova vga

Il terzo test è più propriamente simile ad un esperimento. Come sappiamo Crossfire, al contrario di SLI, permette di configurare entrambe le vga con clock diversi. Capita di sovente che due vga identiche tollerino frequenze non perfettamente uguali. Può succedere che una delle due salga di più di core mentre l'altra predilige le memorie. Ora, normalmente le vga vengono settare alla stessa frequenza, in sincrono. La domanda che mi sono apprestato a rispondere, in via empirica, è: conviene settare clock indipendenti per massimizzare le performace?

Il grafico seguente contiene i risultati dei test. Ho effettuato molteplici prove di 3dmark06, variando le frequenze delle vga. Il primo e l'ultimo test sono sincroni: le due schede lavorano alla stessa frequenza. In tutti gli altri la seconda vga è mantenuta a 800/1136, mentre sulla prima vengono elevate le frequenza della gpu, della memoria e, infine, di gpu e memoria. Gli avanzamenti di clock sono prima molto piccoli (15 mhz per la gpu e 35 per le ram) e poi più corposi. Questo perchè mi aspettavo una piccola perdita di performance in modalità asincrona, che difficilmente sarebbe stata colmata da 15 mhz di clock in più, ma che poteva venir annullata da una variazione più consistente.

Andiamo a vedere i dati.



I risultati sono piuttosto insoliti. Alzando le frequenze di una gpu di soli 15 mhz, le prestazioni tendenzialmente peggiorano. Con 50 mhz di delta, vi è un generale allineamento ai livelli di partenza. Overcloccando singolarmente le memorie della prima vga si notano dei lievissimi incrementi, anche se non mancano risultati discordanti (ad un ulteriore incremento della frequenza delle ram le prestazioni scendono). Infine, alzando le frequenze di gpu e memorie insieme, si ottengono valori inferiori alla modifica delle sole memorie. L'ultimo risultato, ottenuto con le due vga in sincrono a 815/1171, è il più veloce, nonostante l'overclock complessivo del penultimo test sia ben più elevato sia sulla gpu che sulle memorie.

I test mostrano la totale inutilità di configurare le due vga a clock differenti. Le migliori performance si ottengono con le massime frequenze sincrone tollerabili. La possibilità di settare le schede in via indipendente appare completamente inutile.

[Luigi]

i miei complimenti

[.p4nzer]

Originariamente inviato da Luigi

i miei complimenti

Grazie boss. Ho fatto 3 dei set di prove (su 4 prestabilite) su 3dmark06. Per avere dati decenti ci vuole tempo. Spiegherò la metodologia utilizzata poi.

E cmq devo rimediare una copia di Crysis per il suo bench. Penso che utilizzerò anche CoD5. Quindi dubito che per oggi saranno pronti i results, nei prossimi giorni qualcosa arriverà.

In ogni caso, aggiorno il topic ad ogni progresso.

Saluti

[Luigi]

va benissimo, a fine topic ne facciamo una guida per i nostri lettori.

[.p4nzer]

Allora, devo chiedere scusa agli utenti di pcTuner, perchè non riesco attualmente a finire i test.

Ora metto online i primi dati che ho ricavato, che sono cmq utili a farsi un'idea. Avevo alcune altre prove molto utili per valutare le prestazioni di Crossfire a diverse frequenze di cpu e vga. Ma, purtroppo, questo mese devo terminare la tesi specialistica e fare un esame. Troppi impegni per dedicare una giornata al benching.

Spero di poter terminare il topic presto.

Per ora godetevi i dati che ho raccolto.

Saluti

[.p4nzer]

Dati, postati.

Divertitevi e fatemi sapere che ne pensate.

Se avete dei dubbi o delle prove da consigliare fate pure.

Saluti

[smanet]

Spettacolo, grazie... la tua esperienza mi ha evitato di acquistare una scheda per provare da me!
Hai mica la possibilità di provare il consumo del sistema in idle con una e due schede?

[.p4nzer]

Originariamente inviato da smanet

Spettacolo, grazie... la tua esperienza mi ha evitato di acquistare una scheda per provare da me!
Hai mica la possibilità di provare il consumo del sistema in idle con una e due schede?

Di niente...

Cmq provare il consumo nn è facile. Devi misurare con una pinza amperometrica la corrente assorbita alla spina, togliere il consumo dell'alimentatore (che si mangia circa un 15-20%) e così hai l'energia utilizzata dalla macchina. Poi devi vedere la differenza con e senza Crossfire.

Dati del genere si trovano già abbondantemente. Una 3870 consuma 80 watt a default. Overcloccate come le mie un centinaio l'una. Sotto carico massimo s'intende...

Saluti

[.p4nzer]

Nuovo up... Lo scorso fine settimana ho potuto effettuare parecchie prove; ci sono voluti due giorni ma tanto mentre il pc lavorava io studiavo. Ho effettuato nuovi test a frequenze di cpu ridotta e provato gli effetti di un overclock asincrono delle gpu.

Spero che gradirete i risultati

Sono stati rinnovati tutti i plot, anche quelli vecchi, con l'aggiunta di un indicatore del guadagno di performance.

Il prossimo passo (a febbraio) sarà il test di Crossfire con slot pci express 8x 8x e 16x 4x. In questo modo, mantenendo la medesima postazione con gli stessi settings, sarà possibile simulare le prestazioni dell'architettura su chipset p45 e p35, senza però subire le distorsioni delle diverse impostazioni delle memorie e performance level.

Saluti

[Luigi]

un lavoro immane grazie!!

[.p4nzer]

Grazie boss

[neo1983]

Cioè io TE AMOOOOOOOOOOOOOOOOOO. SUPER

[KemikalBoy]

Ciao e innanzitutto complimenti .p4nzer per l'utilissima e interessantissima guida.

Volevo chiedere 2 cose che non ho capito:

A quale scheda si attacca il cavo che va al monitor e in quale attacco?

Il crossfire è possibile solamente con 2 schede identiche e della stessa marca??

[aerox]

Ciao volevo chiedere anch'io una cosa che non ho ben capito:
Se metto in crossfirex due 4870 riesco a giocare su 3 monitor? (gtr evo)
Se prendessi una 4870x2 riesco a giocare su 3 monitor?

Grazie

Ciao
Gianni

[.p4nzer]

Ora non so quanti monitor supportano le schede in questione, ma se usi la modalità Crossfire non si raddoppiano i monitor. Per utilizzare il doppio dei monitor le schede video devono essere usate singolarmente (Crossfire disabilitato).

Se ho xfire disabilitato, vedo fino a 4 monitor sulle proprietà dello schermo mentre se è attivo si limitano a 2.

Saluti

[aerox]

ho capito, grazie, quindi l'unica è o usare una soluzione di matrox che spalma la risoluzione del crossfire su quanti monitor si vuole (almeno mi pareva di aver capito cosi) o forse si puo fare con tre schede in parallelo (per nvidia mi pareva di ricordare che è possibile farlo, per amd non ne sono sicuro)

Gianni

[.p4nzer]

Originariamente inviato da aerox

ho capito, grazie, quindi l'unica è o usare una soluzione di matrox che spalma la risoluzione del crossfire su quanti monitor si vuole (almeno mi pareva di aver capito cosi) o forse si puo fare con tre schede in parallelo (per nvidia mi pareva di ricordare che è possibile farlo, per amd non ne sono sicuro)

Gianni

Eh penso di si. Quando usi Crossfire 2 schede ne diventano una sola quindi non puoi utilizzare il doppio dei monitor.

Saluti

[aldes82]

Be io ho due eah 4870x2 asus con dissipazione 3 fans in crossfire X, e ad una risoluzione di 1920x1080 con aa 8X , Sinc. VErt. , grafica al massimo di Crysis , i consumi arrivano ad 600W con picchi anche di 670 Watss , prova fatta con q8400 quindi una cpu non molto performate , il pc in idle consuma 287 watt , quindi il resto e tutto solo delle 4 gpu grafiche dato cha la cpu non è overcloccata.