Perfekte Symbiose aus Energiesparen und Leistung. Hybrid Graphics a la AMD Enduro
und Nvidia Optimus ermöglichen das Umschalten zwischen iGPU und dGPU.
Viele moderne Prozessoren besitzen eine integrierte Grafikkarte, die für viele normale Einsatzzwecke wie Office, Multimedia oder einfache 3D-Spiele geeignet ist. Solche iGPUs ermöglichen nicht nur günstige PC-Systeme, sondern sind zudem sehr stromsparend, was vor allem bei mobilen Geräten wie Notebooks oder Tablets sehr von Vorteil ist. Aber nicht allen Anwendern reicht die Leistung einer iGPU aus, so dass eine zusätzliche, so genannte dedizierte Grafikkarte zum Einsatz kommt. Diese klassischen Grafikkarten sind leistungsstark und für aufwendige 3D-Spiele konzipiert, verbrauchen aber enorm viel Strom. Auch im normalen 2D-Betrieb liegt der Stromverbrauch höher als bei iGPUs.
Perfekte Symbiose aus Energiesparen und Leistung. Hybrid Graphics a la AMD Enduro
und Nvidia Optimus ermöglichen das Umschalten zwischen iGPU und dGPU.
Warum also nicht die Vorteile beider Welten kombinieren, sprich die Energieeffizienz der iGPU und die Leistungsstärke der dGPU nutzen? Genau diesen Ansatz verfolgt die Hybrid Graphics Technik, mit dessen Hilfe zwischen iGPU und dGPU umgeschaltet wird. Der Grafikkarten-Treiber erkennt, ob aktuell die Leistung der iGPU ausreichend ist (bspw. während des Bearbeitens eines Office-Dokumentes) und man profitiert von langen Akkulaufzeiten. Startet der Anwender nun ein 3D-Spiel, wird die leistungsstarke dGPU aktiviert und übernimmt ab sofort die Berechnung der 3D-Szenen. Eine perfekte Symbiose aus Energieeffizienz und Leistungsstärke.
Bevor wir die Technik im Detail erläutern, werden an dieser Stelle wichtige Begriffe erläutert.
Wie bereits angesprochen erkennt bei der Hybrid Graphics Technik der Grafikkartentreiber anhand bestimmter Profile, ob nun die iGPU oder dGPU aktiv sein soll. Zusätzlich hat der Anwender in den Treiberoptionen die Möglichkeit, die Leistungsprofile individuell festzulegen. Beispiel: im Netzbetrieb soll immer die dGPU aktiv sein, im Akkubetrieb nur die iGPU. Die Funktionsweise erklärt AMD in diesem Video sehr verständlich:
Die modernen Versionen von Hybrid Graphics namens AMD Enduro und Nvidia Optimus haben den Vorteil, dass der Anwender das Umschalten nicht bemerkt und dieses völlig im Hintergrund passiert. Die technische Umsetzung ist dabei wie folgt: das Ausgangssignal der Grafikkarte erfolgt immer über die iGPU, unabhängig davon, welche der beiden Grafikkarten für die Berechnung zuständig ist. Wird nun ein 3D-Spiel gestartet und die dGPU aktiv, so übernimmt diese die Berechnung und kopiert das Ergebnis über den PCI-Express-Rückkanal in den Ausgabespeicher der iGPU.
Die iGPU ist demzufolge nur für die Ausgabe der berechneten Bilder zuständig, die eigentliche Arbeit übernimmt die dGPU. Der Vorteil dieser Technik? Zum einen ist die Umsetzung einfacher, da die Grafikausgänge (DVI, HDMI usw.) nur eine Grafikkarte angebunden werden müssen. Zum anderen entsteht kein nerviges Flackern während des umschaltens.
Die Anfänge von Hybrid Graphics in den Jahren 2007/2008 und den darauffolgenden Jahren zeigte, dass die Technik noch in den Kinderschuhen steckte und die Usability für den Anwender alles andere als brauchbar war. Die Technik basierte auf so genannten Mulitplexern, über welche die Anbindung der Grafikausgänge der iGPU und dGPU erfolgte. D.h. sowohl iGPU und dGPU waren mit den Grafikausgängen verbunden und ein separater Grafikkartentreiber ("Proxytreiber") sorgte für das Umleiten der Grafikausgabe.
Alte Technik: iGPU und dGPU sind über Multiplexer an die Grafikausgänge angeschlossen.
Das Umschalten erfolgt über einen separaten Proxytreiber
Die so genannte "muxed"-Technik hat viele Nachteile:
In den Anfängen war die Hybrid Graphics Technik eher für den ambitionierten Technik-Fan geeignet, weniger für die breite Masse. AMD und Nvidia arbeiteten daher stark an der Optimierung der Technik, bis man den massentauglichen Einsatz mit neuen Produktbezeichnungen Nvidia Optimus und AMD Enduro kenntlich machte.
AMD/ATI
| Version | Jahr | Name | Muxeless? | Erneuerungen |
|---|---|---|---|---|
| PowerXpress 1-3 | 2008 | PowerXpress | Nein | |
| PowerXpress 4 | 2011 | Dynamic Switchable Graphics | Ja | Dynamisches Umschalten ohne Reboot |
| PowerXpress 5 | 2012 | Enduro | Ja | OpenGL- und DirectX-Support, 0 Watt Shutdown der inaktiven GPU |
| PowerXpress 5.5 | 2012 | Enduro | Ja | Vollständige Benutzersteuerung im Catalyst-Treiber |
Nvidia
| Version | Jahr | Name | Muxeless? | Erneuerungen |
|---|---|---|---|---|
| Hybrid-Power 1 & 2 | 2007 | Hybrid-Power | Nein | |
| Hybrid-Power 3 | 2010 | Optimus | Ja | Dynamisches Umschalten ohne Reboot |
Nvidia war AMD immer einen Schritt voraus und AMD musste stark nachbessern, was anhand dieser Folie deutlich wird:
AMD's Entwicklung von PowerXpress hin zu Enduro
Laut der Präsentationsfolie wird ersichtlich, dass AMD es erst in der 2. Jahreshälfte des Jahres 2012 geschaft, Hybrid Graphics für die breite Masse anbieten zu können.
Grundsätzlich können alle Hersteller miteinander im Hybrid Graphics Verbund betrieben werden. Das ist die Theorie. In der Praxis ist natürlich eine Abstimmung zwischen den Herstellern notwendig und somit ist natürlich klar, dass aufgrund der Konkurrenz-Situation die integrierten Grafikkarten nicht beliebig mit dedizierten Grafikkarten vermischt werden können. Da Nvidia keine integrierten Grafikkarten und Intel keine dedizierten Grafikkarten herstellt, ergibt sich folgendes Situation:
| iGPU | dGPU | Kompatibilität |
|---|---|---|
 | | Sehr gute Kompatibilität |
 | | Befriedigende Kompatibilität |
|  | Sehr gute Kompatibilität |
| | keine bis schlechte Kompatibilität |
Wer ein stabiles Hybrid Graphics System besitzen möchte, sollte bei einer AMD/AMD oder Intel/Nvidia Kombination zugreifen.
Neben der Inkompatibilität vor allem zwischen AMD und Nvidia findet man im Netz immer wieder Treiberprobleme. Wie in diesem Beispiel, bei dem ein Anwender mit einer Intel HD 4000 + AMD Radeon HD8870M + Windows 8 Kombination Probleme mit Enduro hat. Außerdem findet man bei AMDs Enduro immer wieder Berichte, wo die dGPU nicht aktiv wird, obwohl ein bestimmtes 3D-Spiel gestartet wurde. Hier scheint der Treiber nicht zu erkennen, dass Leistung statt Energiesparen gefordert ist.
Oftmals wird in Verbindung von Hybrid Graphics auch der Begriff Dual Graphics verwendet. Dual Graphics beschreibt ebenfalls das Zusammenarbeiten von iGPU und dGPU. Der Unterschied zu Hybrid Graphics ist, dass iGPU und dGPU nicht abwechselnd betrieben werden, sondern gemeinsam die 3D-Szenen berechnen, um die Gesamtperformance zu steigern. Hier lautet das Motto: "die Kraft der zwei Herzen".
