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ATI CrossFireX e placas HD 3850 e 3870

Autor: Laércio Vasconcelos
Data: 1/março/2008

Sinopse:
Conheça aspectos técnicos da tecnologia ATI CrossFireX, para instalação de placas de vídeo em paralelo, aumentando a performance (e o cu$to também).

Seria muito bom produzir um artigo sobre CrossFireX, mostrando o desempenho resultante da ligação em paralelo de placas baseadas em chips ATI recém lançados, como o 3750 e o 3870. Mas não temos em nosso laboratório essas placas aos pares, e sim, uma de cada, juntamente com uma placa mãe com plataforma Spider e chipset ATI 790FX (permite ligar 4 placas de vídeo em paralelo), além do processador Phenom de 2.6 GHz. Seria preciso comprar placas aos pares, ou solicitar um jogo completo para avaliação, o que poderemos fazer posteriormente.

Mesmo não tendo pares de placas, seria uma pena deixar de testar o CrossFireX, antes de devolver à AMD este equipamento de testes em avaliação. Vamos então aproveitar para fazer algumas considerações sobre desempenho de vídeo, uso de placas de vídeo em paralelo (SLI e CrossFire) e fazer medidas de desempenho, mesmo usando duas placas diferentes (3850 e 3870).

Devemos deixar claro que nosso objetivo não é fazer um review desses chips gráficos. Um bom artigo deveria utilizar testes exaustivos, usando os principais jogos do momento, além de programas para benchmark. Não é nosso objetivo, e nem é o foco do nosso site.

Inúmeros modelos

Comprar uma placa de vídeo pode ser uma tarefa bastante complexa. O vídeo onboard, encontrado em todos os micros de baixo custo, atende às tarefas simples, além de exibição de filmes, jogos 2D e jogos 3D simples, em média resolução. Muitos usuários principiantes pensam que é preciso ter uma placa de vídeo para exibir filmes em tela cheia. Todos os modelos de vídeo onboard produzidos pelo menos nos últimos 5 anos têm velocidade suficiente para exibir filmes com qualidade de DVD em tela cheia.

Placas de vídeo de alto desempenho são indicadas principalmente para jogos 3D de alta qualidade. Ainda assim, pouco a pouco aparecem novas aplicações que não são exatamente jogos mas utilizam imagens 3D, não necessariamente de altíssima qualidade. Podemos citar o Google Earth e o Second Life, que não são jogos mas exibem imagens tridimensionais.

O que todo usuário de micros sabe muito bem é a necessidade de uma boa placa de vídeo 3D para os jogos modernos. Não basta ter qualquer placa de vídeo. Existem alguns modelos baratos que têm desempenho 3D quase tão ruim quanto o vídeo onboard. Em linhas gerais, quanto mais veloz é uma placa de vídeo, mais cara será. Da mesma forma, quanto mais cara é uma placa, normalmente mais rápida será. Normalmente…

Se consultarmos preços de placas de vídeo no site Boa Dica (www.boadica.com.br), encontraremos 232 modelos no padrão PCI Express. Os preços vão desde R$ 77,99 (GeForce 7200GS, 128 MB) a R$ 2.590,00 (GeForce 8800 Ultra, 768 MB). Estamos desprezando os três modelos mais caros, cotados a R$ 3.800, R$ 6.600 e R$ 10.000 – vamos concentrar nossa discussão apenas nas placas de preços normais.

A referida placa de R$ 2.590,00 é 33 vezes mais cara que a de R$ 77,99. Não é à toa, sua velocidade é muito maior. Da mesma forma, uma placa de R$ 1000,00 provavelmente é mais veloz que uma de R$ 500,00. Daria quase certo então, comprar uma placa de vídeo com base somente no preço. Quem quer uma placa mais rápida, basta comprar uma mais cara.

Infelizmente a coisa não é tão simples assim. Dependendo dos modelos envolvidos, pode ser possível encontrar uma de R$ 400,00 de um modelo específico, mais rápida que uma outra de R$ 500,00. A escolha de uma placa de vídeo envolve portanto duas variáveis: preço e desempenho. O preço é fácil descobrir consultando suas lojas prediletas, ou sites como o Boa Dica. Já o desempenho, é um parâmetro muito mais difícil de avaliar. A coisa fica mais complicada quando levamos em conta os recursos gráficos da placa. Uma placa de vídeo antiga e cara pode ser muito veloz mas não ser capaz de exibir imagens de jogos mais modernos, mesmo com toda sua velocidade. Um jogo pode não rodar em uma GeForce 6800, mas rodar em uma GeForce 7300, apesar de ficar mais lento. Então ao invés de levar em conta somente preço e desempenho, pode ser preciso dar preferência a placas de geração mais nova, para que determinados jogos funcionem.

Avaliando o desempenho

Sites especializados em avaliar placas de vídeo normalmente testam vários modelos, usando vários programas gráficos e com variadas resoluções. A maioria desses reviews analisa um lote de placas de vídeo comuns no mercado, por exemplo, 3 placas com os mais velozes chips da Nvidia e 3 placas com os mais velozes chips da ATI. Escolhem alguns dos jogos “quentes” do momento e fazem medidas de FPS (frames per second) em várias resoluções, em condições semelhantes em cada uma das placas analisadas e publicam os índices obtidos. Muitas vezes as placas são também analisadas com um programa de benckmark, como o 3DMark 2006, da FutureMark. Se você está na dúvida entre comprar uma dessas placas analisadas, pode usar esses reviews como base.
Figura 1 – Tabela comparativa dos chips Nvidia série 8xxx

Os fabricantes revelam características técnicas dos seus diversos modelos de chip gráfico (GPU), como as que vemos na figura 1. Parâmetros como a velocidade da GPU, velocidade das memórias e número de bits do barramento de memória influenciam no desempenho total. A tabela mostra também um parâmetro diretamente relacionado com o desempenho, a taxa de preenchimento de texturas (texture fill rate). Vemos na tabela que as GPUs mais velozes da família chegam perto de 40 bilhões de pixels por segundo, sendo cerca de 10 vezes mais rápidos que os chips mais simples do grupo (8500GT e 8400GS).

Infelizmente não é possível levar em conta apenas esses parâmetros divulgados pelos fabricantes. O fabricante de uma placa de vídeo pode instalar memória de um tipo mais lento que o máximo suportado, deixando a placa sub utilizada. Versões com quantidade de memória de vídeo menor que a máxima suportada pelo chip gráfico podem resultar em queda de desempenho nas resoluções maiores. Por tudo isso, o ideal não é levar em conta só os parâmetros de desempenho publicados pelo fabricante da GPU, e sim, benchmarks feitos por analistas independentes.

Podemos encontrar medidas de benchmark de chips gráficos bem interessantes no Tom’s Hardware Guide, na seção Charts / VGA Charts. Existem sites mais especializados em vídeo 3D, mas o Tom’s Hardware Guide tem o mérito de publicar tabelas extensas que comparam praticamente todos os chips gráficos do mercado.
Figura 2 – Exemplo de tabela de benchmarks de vídeo do THG (Tom’s Hardware Guide)

Cada placa de vídeo avaliada pelo THG passa por 45 testes, em diversas resoluções. Cada teste demora vários minutos, portanto avaliar exaustivamente uma placa de vídeo requer de 1 a 2 dias de trabalho. Só em 2007 foram 54 placas de vídeo analisadas. É um trabalho bastante demorado e muito bem feito, por isso preferimos fazer referência aos resultados do THG, ao invés de passar vários dias analisando placas de vídeo.

Então para escolher uma placa de vídeo podemos checar os preços publicados em sites como o Boa Dica e verificar o desempenho das placas candidatas à compra, em sites como o THG.

Considere as duas placas de vídeo abaixo e seus respectivos preços:

Nvidia GeForce 8600 GT, 256 MB = R$ 300
Nvidia GeForce 8800 GTS, 512 MB = R$ 1200

A placa baseada no chip 8800 GTS é 4 vezes mais cara que a baseada no chip 8600 GT. Será que é também 4 vezes mais rápida? Na verdade não. Operando em resoluções mais “baixas”, como 1024×768 e 1280×1024, a placa mais cara é em média duas vezes mais rápida. Na faixa de 1600×1200 de resolução, chega a ser 3 vezes, e em 1920×1200 é de 3 a 4 vezes mais rápida. Mas o preço é quatro vezes maior. Para quem vai usar jogos com resolução de até 1280×1024, usar a GeForce 8800 GTS significa pagar 4 vezes mais para ter um desempenho duas vezes maior.

Ao invés de pagar muito mais caro por uma placa de vídeo super veloz, temos a alternativa de instalar duas placas de médio desempenho, operando em paralelo. É claro que existe também aqueles que usam placas caras e de alto desempenho operando em paralelo. O que já era caro fica duas vezes mais caro, mas o desempenho fica quase duas vezes maior (dinheiro não é problema). Seja qual for o caso, é bom conhecer e levar em conta essa possibilidade.

Usando sistemas como o SLI e o CrossFire, instalando duas placas de vídeo operando em paralelo, dobramos o custo e quase dobramos o desempenho (na prática aumenta de 70% a 90%). Pode ser melhor usar duas placas de vídeo de médio custo e médio desempenho, operando em paralelo, que comprar uma só placa de vídeo de alto desempenho e altíssimo custo.

Infelizmente o padrão PCI Express não inclui a instalação de placas de vídeo operando em paralelo. Por isso, os próprios fabricantes de GPUs criaram padrões industriais para a operação de placas de vídeo em paralelo. A Nvidia criou o SLI (Scalable Link Interface) e a ATI criou o CrossFire. Versões mais novas desses padrões permitem a instalação de até quatro placas de vídeo operando em paralelo (Quad SLI e CrossFire X).
Figura 3 – Quatro placas de vídeo ATI operando em conjunto (CrossFireX)

Podemos então sugerir o seguinte roteiro de compra:

a) Para quem quer placas de vídeo de custo e desempenho moderado:
Consulte os preços no mercado local ou em sites como o Boa Dica, e cheque o desempenho relativo das placas candidatas à compra, em sites como o THG e outros que fazem análise de placas de vídeo.

b) Para quem quer placas de vídeo de alto custo e alto desempenho:
Idem, mas leve em conta também a possibilidade de instalar placas de vídeo em paralelo, usando SLI ou CrossFire.

c) Se gosta muito de jogos e pretende gastar muito, leve em consideração a possibilidade de optar por um console de jogos, como PlayStation 3.

Placas de vídeo operando em paralelo

Uma limitação das tecnologias como SLI e CrossFire é compatibilidade. Não basta que a placa mãe tenha dois ou mais slots PCI Express x16. É preciso usar uma placa mãe de acordo com a tecnologia que será empregada. Certos chipsets suportam SLI. Outros suportam CrossFire. Outros não suportam nem um nem outro: operam com um só slot PCI Express x16.

Para usar SLI ou CrossFire, é preciso primeiro escolher as placas de vídeo que serão compradas, e que sejam compatíveis com uma ou outra tecnologia. Depois é preciso saber quais placas mãe (ou quais chipsets) dão suporte a uma ou outra tecnologia. Muitas vezes teremos ainda a opção de escolher entre placas mãe compatíveis com Intel ou AMD, outras vezes não. Depois que a AMD comprou a ATI, tornou-se pouco provável a chance de termos novos modelos de chipsets para CrossFire em placas para processadores Intel.

O sistema SLI é razoavelmente mais flexível. A princípio, qualquer placa mãe com suporte a SLI permitirá a instalação de placas de vídeo em paralelo compatíveis com SLI, seja da família GeForce 6xxx, GeForce 7xxx, GeForce 8xxx, GeForce 9xxx ou outras que venham a ser lançadas. A palavra final é do manual da placa mãe. É importante notar que nem todas as GPUs da Nvidia têm suporte a SLI. Em geral os modelos mais simples não têm esse suporte. Procure pelo logotipo do SLI tanto na caixa da placa mãe quanto na da placa de vídeo.
Figura 4 – Logotipo do SLI

CrossFire: Tabela de compatibilidade

Para usar CrossFire, é preciso selecionar as placas a serem usadas. A ATI exige que sejam usadas placas de vídeo idênticas ou similares. Por exemplo, não é permitido combinar uma placa baseada no chip Radeon X1300 com outra baseada no chip Radeon X1600. Entre as primeiras placas da tabela, vemos que os modelos HD 3870 e HD 3850 são compatíveis entre si, mas a ATI recomenda o uso de placas iguais.
Figura 5 – Tabela de compatibilidade para CrossFire

As cores na tabela também tem um significado. As indicadas em vermelho são relativas a conexões internas entre as placas. Amarelo indica que são usados conectores externos para interligar as duas placas. As indicadas com bege não requerem conector para ligar as duas placas.

A ATI publica também uma tabela de compatibilidade de chipsets. Os primeiros chipsets para CrossFire tinham problemas de compatibilidade. Suportavam algumas GPUs, e não suportavam outras. Os modelos atuais suportam praticamente todas as GPUs. A tabela abaixo mostra uma lista de chipsets e as respectivas GPUs suportadas.
Figura 6 – Tabela de compatibilidade entre chipsets e GPUs para CrossFire

A tabela mostra que a maioria dos chipsets modernos suportam placas baseadas em chips a partir do X1300. As exceções são os chipsets Intel P965 Express e P35, que suportam da série X1900 em diante, menos a X1950 PRO. Para conhecer a tabela de compatibilidade envolvendo GPUs e chipsets mais antigos, consulte nosso primeiro artigo sobre crossfire, também publicado no nosso site.

Os primeiros chipsets com suporte a CrossFire (e SLI também) tinham na ponte norte, 16 linhas dedicadas ao slot PCI Express x16. Ao serem instaladas duas placas de vídeo em paralelo, cada uma delas passava a operar com 16 linhas, ou seja, os slots x16 operavam como x8. Isso ainda ocorre com alguns chipsets modernos mais simples, mas existem modelos mais avançados que operam em x16 para dois slots. Por exemplo:

Chipset AMD 790FX: 32 linhas
Chipset AMD 790X: 16 linhas

O chipset AMD 790FX permite o uso de duas placas de vídeo operando em modo x16. Ao serem instaladas quatro placas, cada uma delas irá operar em modo x8. Já o chipset AMD 790X, mais simples e barato, usa 16 linhas quando é instalada uma só placa PCI Express x16, e 8 linhas para cada slot quando são instaladas duas dessas placas. Sendo assim, a performance da placa fica um pouco menor, pois sua transferência de dados tem velocidade reduzida pela metade.

A redução de x16 para x8 não faz o desempenho total da placa de vídeo cair pela metade. É preciso levar em conta que na geração de imagens tridimensionais temos o trabalho do processador, a transferência de dados entre a memória da placa mãe e a memória da placa de vídeo, e o trabalho mais pesado, que é o processamento das imagens dentro da placa – essa parte não muda de velocidade, não importa e a placa opera em x8 ou x16. A transferência de dados pelo slot PCI Express x16 não chega a ser o “gargalo”, e a queda de desempenho total será muito pequena. A queda pode ser um pouco mais acentuada quando são usadas resoluções muito altas (ex: 1600×1200) em placas com pouca memória de vídeo.

HD 3850 e HD 3870

O kit fornecido pela AMD para avaliação da plataforma Spider no nosso laboratório incluía duas placas de vídeo, modelos HD 3850 e HD 3870. Devemos levar em conta que em termos de performance, a Nvidia está à frente, com seu chip GeForce 8800 Ultra (fevereiro/2008). Alguns outros chips da série 8800 também ultrapassam o HD 3870. Não é à toa que placas baseadas nesses dois chips mais avançados da ATI estão com preços mais baixos que placas com chips mais velozes da Nvidia série 8800.
Figura 7 – Placa ATI baseada no chip HD 3850
Figura 8 – Placa ATI baseada no chip HD 3870

Lembramos que a ATI produz chips que são usados por fabricantes de placas de vídeo (Asus, MSI, Leadtek, XFX, etc.) mas também produz suas próprias placas, usando seus chips. Um detalhe interessante dessas placas, assim como outras produzidas pela ATI, é que o ar quente gerado é expulso pela parte traseira do computador. Um ventilador empurra o ar interno do computador sobre a chapa metálica que absorve o calor da GPU. A placa é envolvida por uma cobertura plástica transparente na cor vermelha, a predileta da ATI. O ar quente sai pela parte traseira do gabinete, e não fica dentro do computador. Isso tende a reduzir o aquecimento interno do gabinete.

No padrão CrossFireX podemos instalar duas, três ou quatro placas, de preferência iguais. Isso faz com que o desempenho fique quase duas, quase três e quase quatro vezes maior, respectivamente. As placas possuem dois conectores na sua parte superior (figura 9) para que sejam interligadas através de conectores apropriados (figura 10).
Figura 9 – Conectores da placa de vídeo (3850 e 3870)
Figura 10 – Ponte para ligação entre as placas de vídeo

Sendo placas que exigem muita corrente elétrica, possuem um conector 2×3, de 12 volts, para ligação direta na fonte de alimentação. O ideal é usar uma fonte de alimentação que possua esses conectores, conhecidos como “conectores de alimentação VGA”.
Figura 11 – Conectores de alimentação VGA – na fonte e na placa de vídeo

A figura 12 mostra duas placas instaladas. Note que ambas estão ligadas na fonte de alimentação. Entre as duas existe um conector interno, mostrado em detalhe na figura 13.
Figura 12 – Duas placas instaladas em modo CrossFire
Figura 13 – As duas placas de vídeo devem ser ligadas

A figura 14 mostra a arquitetura do chipset AMD 790FX. Note que existem dois canais x16 para ligação de placas de vídeo PCI Express. O primeiro canal é ligado entre os slots 1 e 2, e o segundo canal é ligado entre os slots 3 e 4. Isso lembra um pouco o duplo canal em memória. Para obter a máxima performance na instalação de duas placas de vídeo, é preciso usar os slots 1 e 3. como mostra a figura 12.
Figura 14 – Arquitetura do chipset AMD 790FX

A forma de instalação mostrada na figura 15 é inadequada, pois usa os slots 1 e 2. Dessa forma, um único canal x16 é compartilhado entre as duas placas, e o segundo canal x16 fica sem uso.
Figura 15 – Forma inadequada para instalação, usando os slots 1 e 2.

Aliás, esta informação está indicada no manual da placa mãe, como mostra a figura 16. Quando instalamos apenas uma, ou duas placas de vídeo, devemos usar os slots 1 e 3. Os slots 2 e 4, apesar de serem fisicamente do tipo x16, irão operar eletronicamente em modo x1. Esses slots suportam outros tipos de placas PCI Express. Se usarmos nos slots 2 ou 4, uma placa PCI Express x4, esta irá reduzir o número de linhas para x1.
Figura 16 – Configurações do barramento PCI Express para múltiplas placas de vídeo

De acordo com a tabela, para instalar três placas de vídeo, devemos usar os slots 1, 2 (cada um irá operar como x8) e 3 (x16). O quarto slot irá nesse caso operar em x1. Finalmente, quando instalamos quatro placas de vídeo, cada uma delas irá operar em modo x8. Essas regras são válidas para o chipset AMD 790FX. Consulte sempre o manual da sua placa mãe para conhecer as regras de preenchimento de slots que se aplicam ao seu caso.

Medidas de performance

Como explicamos no início do artigo, nossas medidas de performance ficarão “capengas”, já que não instalamos duas placas de vídeo iguais, e sim, uma 3850 e uma 3870. Sempre que instalamos dois equipamentos para operar em paralelo, a tendência é que o desempenho seja limitado pelo equipamento mais lento. No nosso caso, a 3850 irá “atrasar” a 3870. O resultado obtido seria como usar duas placas 3850.

Além de instalar os drivers das placas (que é o mesmo para ambas), é preciso instalar também o Catalyst Control Center, que é o programa de controle das placas ATI. Esse programa é fornecido junto com os drivers das placas. Usamos então o comando para habilitação do CrossFire, mostrado na figura 17. Na lista de comandos à esquerda, selecionamos CrossFire. Marcamos então a opção “Enable CrossFire”.
Figura 17 – Habilitando o CrossFire

Não faremos testes exaustivos de desempenho, mesmo porque nossa configuração não é usual (duas placas diferentes). Medimos o desempenho com o programa 3DMark2006, na resolução de 1024×768 e modo 4xAA e 8xAF, qualidade default. Checamos os índices SM 2.0 e SM 3.0 medidos pelo programa. A tabela abaixo mostra os resultados obtidos:

Teste HD 3850 HD 3870 3850 + 3870
3DMark2006, SM 2.0 3061 3630 4796
3DMark2006, SM 3.0 3328 4150 5795

Nesse teste específico, observamos que o desempenho das duas placas em conjunto ficou 56% e 74% maior que o de uma placa HD 3850. Estamos partindo do princípio que a 3870, mesmo sendo mais rápida, tem que “esperar” a 3850 terminar seu trabalho, portanto a 3870 fica com desempenho igual ao de uma 3850. Como é uma configuração atípica, não vamos fazer mais testes, nem apresentar conclusões sobre as medidas. O importante aqui foi apresentar os conceitos sobre o funcionamento do CrossFireX. Esperamos em breve receber de volta o sistema Spider para novos testes, dessa vez com pares de placas de vídeo iguais.