Сага о конвейерах: не разгон ведь, а летает

Введение и немного истории

Я думаю, рассказывать о том, что такое пиксельные и вершинные конвейеры в чипах современных графических ускорителей, уже не надо – большей части нашей аудитории эти понятия хорошо знакомы. Также не будем говорить и о том, что количество оных прямо влияет на производительность графического чипа в целом. Остановимся мы на другом вопросе – каким же образом некоторым людям на некоторых платах удаётся активировать «дополнительные», ранее незадействованные конвейеры, из-за чего они вообще присутствуют в чипах, и, наконец, каким же образом можно, заплатив меньше денег, получить больше производительности.

Дабы лучше понимать суть дальнейшего изложения, давайте немного углубимся в историю – вспомним, когда же впервые люди узнали о существовании незадействованных пиксельных конвейеров, возможности и пути их активации? А произошло это в далёком 2001 году, когда в нашей стране появились первые видеокарты на базе тогдашнего флагманского чипа от ATI – R300. Видеокарты делились изначально на две базовые модели:

• Radeon 9700 – полноценное решение, имевшее 8 пиксельных конвейеров и ширину шины памяти 256-бит.
• Radeon 9500 – фактически тот же самый Radeon 9700, построенный на базе той же самой PCB с 256-битной шиной памяти, однако меньшими по сравнению с Radeon 9700 частотами и, что самое главное, вдвое меньшим количеством пиксельных конвейеров.

И всё бы ничего, если б не один интереснейший момент – обе модели были построены на базе одного и того же чипа, то есть графические процессоры  и платы с различным количеством конвейеров были идентичными и представляли собой тот самый знаменитый R300. Ларчик, как вскоре выяснили дотошные экспериментаторы, открывался довольно просто – на подложке чипа находились резисторы, и расположение одного из резисторов отличалось в зависимости от модели платы. Казалось бы – достаточно лишь перепаять тот самый резистор, и младшая модификация R300 моментально заиграет недостающими конвейерами, но не всё оказалось так просто и безоблачно. А начинать надо с того, каким же образом полноценные чипы попадали и попадают на сокращённые версии видеокарт.

Отбраковка и дефицит: когда цель оправдывает средства

Казалось бы, всё элементарно – производитель изготавливает массу совершенно одинаковых графических процессоров, имеющих физически на месте все пиксельные конвейеры. Далее, после того, как ещё свежие пластины разрезаны и на мощностях производителя имеется партия готовых чипов, начинается их предварительное тестирование и отбраковка.

Чипы тестируются в различных условиях – на различных частотах и режимах работы конвейеров. Вариант номер один – берем R300, который в своей флагманской вариации имеет 8 пиксельных конвейеров и рабочую тактовую частоту 325 МГц. Производим тестирование на 8 конвейерах и пониженной частоте. Если никаких сбоев не обнаруживается, повышаем частоту до номинальных 325 МГц. Если чип успешно проходит все тесты, то он отмечается как полноценный Radeon 9700 Pro и откладывается в соответствующую партию.

Вариант номер два – чип проходит тестирование со всеми включенными конвейерами, однако не может стабильно работать на флагманской частоте. В таком случае частота сбавляется до отметки несколько меньшей, и тестирование проводится уже на пониженной частоте. Если тестирование проходит успешно, то такой наполовину отбракованный чип отмечается как Radeon 9700 и также откладывается в соответствующую партию.

А вот что делать, если чип оказался инвалидом с парочкой выбитых конвейеров? Канадская компания ATI слишком рациональна, чтобы просто отбраковывать и выбрасывать такие чипы. Производится несложный тест – отключается ровно половина пиксельных конвейеров, и проводится тестирование такого, уже обрезанного по характеристикам чипа. Не проходит – значит, совсем плох, можно выкинуть на свалку или повестить на стене в рамочке с подписью «667-й блин комом». А вот если чип отлично работает с половиной отключенных конвейеров – тогда уже другое дело, можно пойти по принципу безотходного производства и сделать из него младшую модель, в данном случае, если мы говорим о чипах R300, то это Radeon 9500.

И получилось у канадской компании ATI всё совсем уж идеально – продавались и полноценные Radeon 9700, и неплохие Radeon 9500. Однако спрос, как гласит старый рыночный закон, рождает предложение, и, разумеется, недорогие Radeon 9500 пользовались куда большей популярностью, нежели хай-эндовые Radeon 9700.

Вот здесь и возникает главная загвоздка – людям нужно куда больше недорогих Radeon 9500, которые пользуются просто бешеной популярностью в своем секторе. А технологический процесс-то на месте не стоит и постоянно отлаживается, а вместе с ним возрастает и процент выпуска годных чипов. Что же получается? Полноценных чипов выходит всё больше, а отбракованных по нерабочим конвейерам – всё меньше.

Что делать? Спрос на Radeon 9500 колоссален, отбракованных чипов выходит хотя и много, но всё же далеко не достаточно для полного заполнения ими Radeon 9500. Остаются два варианта – либо разработать новый чип с изначально отсутствующими «лишними» конвейерами, либо ставить на платы Radeon 9500 совершенно рабочие чипы и принудительно отключать в них конвейеры. Разработка нового чипа – вариант хороший, однако больно уж дорогой – придется перерабатывать сам чип, а вместе с ним и новую разводку PCB плат, что невыгодно. Себестоимость чипов вполне позволяла ATI прибегнуть к первому варианту и комплектовать младшие модели годными и хорошими чипами.

Продажи шли хорошо, владельцы Radeon 9500 до поры до времени довольствовались тем, что имеют, канадцы получали хорошие деньги и уже практически полностью вышли из сложившегося несколько лет назад кризиса. Но не будем забывать ещё о двух группах – энтузиастах и экспертах-исследователях. Так бы всё и продолжилось, если б не они, эти вредные российские спецы... :-)

Как это работает

Итак, взяли мы злосчастный Radeon 9500 и перепаяли нужный нам резистор на подложке чипа. Вставляем модифицированную карту, запускаем систему. Всё запустилось, вроде бы работает, однако не так, как надо, а именно, не задействовались полностью все 8 конвейеров. Странно, в чём же-таки проблема?  Ах, BIOS забыли прошить новый – ведь для полностью корректной работы видеокарты в 8-конвейерном режиме необходимо, чтобы BIOS также нормально воспринимал все 8 конвейеров и мог с ними работать. Прошиваем BIOS от Radeon 9700 – и, вуаля, всё работает.

Первая переделанная видеокарта оказалась рабочей, и спустя некоторое время работы с паяльником мы получили Radeon 9700 за намного меньшие деньги. Повезло, хороший экземпляр попался. Однако, давайте не будем забывать, что далеко не все чипы вот так с ходу согласятся работать в полно-конвейерном режиме, ведь существует и большое количествочипов, отбракованных именно по этому критерию. Да и перепайка резистора – вещь своеобразная, надо и с паяльником «дружить», и руки иметь не трясущиеся, да и, опять-таки, не факт ведь, что плата нормально заработает!

Надо искать альтернативные варианты, чем наши энтузиасты и занялись. Но для того, чтобы искать варианты реализации чего-то, надо сначала понимать, а что именно мы хотим реализовать и что для этого надо сделать. В первую очередь, надо понимать, каким образом система определяет и задействует нужное количество конвейеров. Есть, конечно же, BIOS, однако решающую роль он не сыграет, и даже если мы прошьем BIOS от Radeon 9700 в обычную 9500, это ровным счёётом ничего не изменит. Карта как определялась «Radeon 9500», так и будет определяться, вне зависимости от того, какая прошивка будет у неё во Flash-памяти.

Проблема решается иным образом – у каждой видеокарты, да и не только видеокарты, а у любого компьютерного устройства вообще, имеется свой уникальный идентификатор, по которому система это устройство определяет и выбирает для него соответствующий драйвер. Драйверы под все видеокарты ATI/NVIDIA уже давно стали унифицированными, т.е. один и тот же драйвер используется для всей огромной линейки видеокарт данного производителя. И здесь идентификатор устройства играет огромную роль – только имея это число, драйвер сможет понять, что за видеокарта установлена и как с ней надо работать. Вот тут-то мы и подходим к самому интересному.

Что нам давала перепайка резистора на подложке чипа? Немного углубляемся в вопросе и выясняем, что как раз этот резистор отвечал за Device ID карточки и выставлял нужный идентификатор, соответствующий Radeon 9500 или 9700 в зависимости от своего положения. И как раз здесь мы приходим к интересной мысли – если вся операция сводится к обману драйвера и форсированию «чужого» Device ID, то почему бы не попытаться сделать это программно, не касаясь великомученика-резистора?

Всем кулхацкерам посвящается – патчинг драйвера и BIOS

Самый простой вариант – программный обман драйвера, реализовать который тоже несложно: достаточно лишь заставить драйвер форсировать чужой Device ID, и он будет воспринимать перепрошитый Radeon 9500 как полноценный 9700 и, соответственно, задействует все восемь конвейеров чипа. Возможно это теоретически двумя способами: либо подправить идентификатор непосредственно в памяти, в адресном пространстве драйвера, либо же изменить имеющийся код Radeon 9500 на соответствующий для Radeon 9700 в самом теле драйвера.

Практически же осуществим лишь второй способ, так как определение и последующая инициализация всех соответствующих параметров для нужного Device ID происходит на этапе ранней загрузки драйверов, что далеко до загрузки самой системы. Таким образом, остаётся лишь найти и заменить соответствующие куски в коде драйвера, а возможно это любым HEX-редактором. Однако времена, когда пользователи копались в HEX-редакторах, уже давным-давно канули в лету, гораздо проще один раз написать небольшую программку, которая и осуществляла бы замену.

Именно это и сделал российский программист, известный как Unwinder, в виде дополнительной утилиты к своему знаменитому пакету RivaTuner. Так называемые патч-скрипты, в которых прописываются исходный и результирующие идентификаторы и некоторые другие параметры, реализованы в виде отдельных текстовых файлов для большего удобства, а также чтобы не нарушать закон. Ведь в противном случае такая программка превращается в самый настоящий крэк, хотя таковым она по сути своей и является :-)

В случае компании NVIDIA, переделка продуктов которой стала возможна с появлением серии GeForce 6800, дело обстоит несколько иным образом – здесь мы обходимся одной лишь перепрошивкой нового BIOS, предварительно пропатченного тем же самым скриптом. Однако о реализации мы с Вами поговорим чуть ниже, а пока же давайте разберёмся, что можно переделать, и во что, и насколько это вероятно.

Однако переходим в наше время

Всё это, конечно, хорошо, если бы не было так поздно – заметит читатель, ознакомившись с вышеизложенным текстом. И совершенно верно, надо сказать, заметит! Radeon 9500/9700 уже морально и технологически устарели, и больше подходят для пребывания на бездонных прилавках магазинов, торгующих б/у комплектующими, нежели для установки в машины пользователей. С этим не поспоришь. С момента появления первых Radeon 9700 прошло уже достаточно много лет, однако принципы остались всё теми же прежними, и переделка новых GeForce 6800, как мы расскажем вам чуть ниже, происходит примерно тем же образом, что и раньше, с той лишь разницей, что патчим мы не драйвер, а саму прошивку BIOS.

Однако для того, чтобы лучше понимать, что и во что переделывается, давайте начнём с «разбора полётов», а именно, что переделывается, как, и что получается в итоге. Начнём с калифорнийской линейки GeForce 6800 AGP, построенной на базе чипа NV40 и представленной сейчас на рынке в виде следующих вариаций:

• GeForce 6800Ultra – 16 пиксельных конвейеров, частоты 450/1100 МГц;
• GeForce 6800GT – 16 пиксельных конвейеров, частоты 350/1000 МГц;
• GeForce 6800 – 12 пиксельных конвейеров, частоты 325/700 МГц;
• GeForce 6800LE – 8 пиксельных конвейеров, частоты плавающие МГц.

Как видите, младшая модель отличается от старшей как минимум вдвое меньшим количеством пиксельных конвейеров, в то время как средняя, или даже корректнее назвать её базовой, обделена лишь четырьмя пиксельными конвейерами. Такой существенный разброс можно легко обусловить проблемами с технологическим процессом и, соответственно, малым процентом выпуска абсолютно годных чипов, которые пошли бы на GeForce 6800 Ultra. Таким образом, две старшие модели, 6800Ultra и 6800GT, ни во что не переделываются, их мы можем считать полноценными и трогать не будем.

Переделочный интерес для нас представляют модели GeForce 6800, с надеждой на включение всех 16-и конвейеров и получения чего-то отдалённо похожего на GeForce 6800GT (точный аналог мы не получим из-за более медленной памяти DDR у GeForce 6800 против более быстрой GDDR-3 у 6800GT) и тёмная лошадка GeForce 6800LE. С последними дело обстоит вообще странно – ни о каком на 100% рабочем NV40 там, разумеется, и речи идти не может, так как вряд ли кто-то станет ставить и без того дефицитный чип на бюджетную модель, так что максимум, на что мы можем рассчитывать – так это на переделку GeForce 6800LE в обычный GeForce 6800 путём активации дополнительных четырёх конвейеров.

У канадцев ситуация обстоит примерно таким же образом – дабы держать свою продукцию на уровне калифорнийских конкурентов. После анонса базовых моделей Radeon X800Pro и Radeon X800XT, как мы знаем, последовали дополнительные модели типа X800XL, а главное, совсем уж обрезанного и перерезанного Radeon X800LE. В итоге получается точно такая же линейка, как и у NVIDIA, за исключением последней вышедшей Radeon X850, держащейся как бы особняком:

• Radeon X800XT – 16 пиксельных конвейеров, частоты 500/1000 МГц;
• Radeon X800XL – 16 пиксельных конвейеров, частоты 400/1000 МГц;
• Radeon X800Pro – 12 пиксельных конвейеров, частоты 475/900 МГц;
• Radeon X800SE – 8 пиксельных конвейеров, частоты 425/800 МГц.

Таким образом, помимо неинтересных в плане переделки X800XT и X800XL, мы имеем две младшие модели X800Pro и X800LE, построенные на базе чипа R420 и имеющие по 12/8 пиксельных конвейеров соответственно. Вот мы и разобрались с тем, какие карты можно переделать и во что, однако же, для полной ясности и наглядности, распишем возможные варианты:

• GeForce 6800LE 8PP -> GeForce 6800 12PP (+4 PP)
• GeForce 6800LE 8PP -> GeForce 6800 16PP аналог GT (+8PP)*
• GeForce 6800 12PP -> GeForce 6800 16PP аналог GT (+4PP)

У канадцев всё то же самое:

• Radeon X800SE 8PP -> Radeon X800 12PP (+4PP)
• Radeon X800SE 8PP -> Radeon X800 16PP (+8PP)*
• Radeon X800Pro 12PP -> Radeon X800 16PP (+4PP)

При этом ещё раз отметим, что переделка 8-конвейерных моделей в полноценные 16-конвейерные хотя и возможна, но крайне маловероятна. Включить-то конвейеры вы, конечно, сможете, но вряд ли карта сможет корректно заработать после такой переделки, хотя всякое бывает, и не исключено, что именно вам может попасться на 100% рабочий чип. Да и вообще – любая переделка – приличная лотерея, и никто не может гарантировать, что вам попадётся плата с «правильным» чипом, который без проблем заработает в режиме с дополнительными конвейерами. Однако, как показывает практика, годные чипы встречаются пока ещё достаточно часто, и шанс получить дополнительный прирост путём переделки тоже не низкий.

Наиболее сильным образом это касается продукции канадской компании, так как программных способов переделки Radeon X800 пока не найдено, а аппаратная может быть чревата последствиями – как минимум, вы потеряете гарантию на дорогую видеокарту, что-то в ней перепаивая. Как бы то ни было, аппаратная активация конвейеров – тоже весьма интересная тема, стоящая нашего внимания, однако она несколько выходит за рамки нашего сегодняшнего материала и заслуживает написания отдельной статьи, которой мы постараемся вас порадовать уже в ближайшее время.

А пока давайте поговорим о программных путях переделки и активации конвейеров. О теории и возможных путях мы уже поведали, а засим перейдём к матушке-практике.

Переделка на практике – RivaTuner PatchScripts и NVStrap

Итак, с общими вопросами переделки мы разобрались, давайте перейдем уже и к практическому аспекту. Для начала нам понадобится последняя версия программы RivaTuner, которая бесплатно доступна для скачивания с множества различных зеркал, например с западного сайта поддержки - www.guru3d.com. Далее нам понадобится дистрибутив драйвера, если мы хотим включить конвейеры на Radeon 9500/9700/9800, или же файл прошивки BIOS для GeForce 6800.

Переделка Radeon 9500/9800SE

Начнём с первого случая. Найти патч-скрипт для видеокарт ATI Radeon достаточно легко, он расположен в подкаталоге PatchScripts рабочей папки RivaTuner’а и носит незамысловатое название SoftR9x00:

Далее всё предельно просто – запускаем файл патч-скрипта, находящийся внутри, выбираем, во что мы хотим «переделать нашу» карту, и выбираем файл ati2mtag.sys либо ati2mtag.sy_ из дистрибутива драйвера:

Далее происходит сам процесс патчинга, лог работы которого будет выведен в окне патч-скрипта, и мы сможем сразу же понять, прошла ли переделка успешно или же произошла какая-либо ошибка, например, если версия драйвера, который вы хотите пропатчить, не поддерживается текущей версией патч-скрипта. К примеру, в случае успешного завершения патчинга мы получим вывод сходный следующему:

Теперь остаётся лишь переустановить драйвер в системе и «наслаждаться» результатом, в хорошем или же плохом смысле этого слова – в зависимости от того, заработали ли свеже-включенные конвейеры так, как надо, или же чип оказался битым, и экран изобилует разными дефектами картинки.

Однако ещё раз подчеркнём, что приведённая схема работает в настоящий момент только для видеокарт ATI Radeon 9500/9700/9800 и позволяет включить дополнительные 4 конвейера для видеокарт на базе чипов R300/R350/R360. Для новых видеокарт линейки Radeon X800 на базе R420 в драйверах была введена дополнительная защита, обойти которую до сих пор не удалось, хотя попытки создания патч-скриптов для X800 предпринимались уже неоднократно.

Активация конвейеров на GeForce 6800 – метод NVStrap

Итак, для активации дополнительных возможностей видеокарты на низком уровне, таких как заблокированные пиксельные и вершинные конвейеры, в составе RivaTuner имеется мощное и удобное средство под названием NVStrap. Данное средство представляет собой специальный драйвер, который сначала должен быть проинсталлирован в системе. Осуществляется его инсталляция предельно просто и производится непосредственно из интерфейса RivaTuner в секции «Low-level system settings»:

После установки NVStrap мы можем переходить непосредственно к его настройке, нажав кнопку Customize, которая, в свою очередь, становится активной сразу же после установки драйвера NVStrap. В появившемся окне нам необходимо активировать два незадействованных конвейерных блока:

Активируются они, как несложно догадаться, посредством банальной установки галочек напротив соответствующих пунктов. После активации, для непосредственного задействования конвейеров, нам необходимо перезагрузить машину, что и предложит сделать RivaTuner, заботливо предупредив, что включение конвейеров может вызвать массу неприятных глюков:

После перезагрузки система или порадует нас обещанными возможными глюками, или же заработает с вновь активированными конвейерами. Если всё было сделано правильно, мы сразу же увидим изменение конфигурации пиксельных и вершинных конвейеров в RivaTuner:

В нашем случае всё прошло успешно и система отлично заработала, а карточка порадовала нас хорошим приростом производительности, о котором вы сможете прочитать чуть ниже. А пока что давайте зашьём изменения конфигурации конвейеров непосредственно в саму карточку, чтобы нам не приходилось каждый раз возиться с NVStrap.

Активация конвейеров на GeForce 6800 методом патчинга BIOS

Итак, мы включили дополнительные конвейеры через NVStrap на нашей GeForce, и всё нормально заработало. Что дальше? В принципе – ничего, можно всё так и оставить, однако при следующей же переустановке драйверов и/или системы карта перекинется обратно в свой штатный режим. Как избежать этой неприятности? Оказывается, выход есть, причём простой и кардинальный – пропатчить специальным образом BIOS видеокарты и обновить имеющуюся прошивку на модифицированную.

Однако перед тем, как патчить, нам необходимо её сначала получить. Самый простой вариант – загрузить дамп вашей текущей прошивки BIOS: таким образом, вы будете работать с вашей «родной» прошивкой, что снижает вероятность появления каких-либо глюков, которые могут проявиться если вы используете, например, аналогичную прошивку от другой видеокарты.

Сохранить дамп можно при помощи утилиты nvflash, благодаря которой в дальнейшем производится и прошивка нового BIOS. Работает утилита под чистым DOS, поэтому придётся предварительно запастись загрузочным диском или дискеткой. Утилита выделяется отсутствием какого-либо интерфейса и работает исключительно через параметры командной строки, хотя ничего сложного там нет. В основном используются две команды:

• nvflash.exe –-save bios.rom – сохраняет текущую проишвку из flash-памяти карты в файл bios.rom;

• nvflash.exe newbios.rom – заливает прошивку из файла newbios.rom во flash-память карты.

Запуск nvflash без параметров выдаст вам все возможные ключи и краткую справку по их использованию. Но давайте не будем заострять на данном моменте наше внимание, посчитаем, что прошивку мы уже сняли, и она находится в файле bios.rom у нас на диске.

Патчинг образа прошивки производится при помощи специального патч-скрипта к RivaTuner, который прочитает информацию о конфигурации конвейеров из NVStrap и активирует конвейеры соответствующим образом.

Также поспешим обратить ваше внимание на то, что в случае если конфигурация NVStrap не задана, будут задействованы ВСЕ конвейеры, и никто не даст стопроцентной гарантии, что ваша карта корректно заработает на такой конфигурации. Поэтому перед патчингом прошивки следует ещё раз убедиться в том, что конфигурация NVStrap задана корректным образом, а сам NVStrap установлен и работает. Предположим, убедились – всё задано верно и отлично работает.

Что делаем дальше? Запускаем патч-скрипт для NV40 из того же самого набора скриптов RivaTuner’а. Найти его также несложно:

В большинстве случаев проще использовать второй патч-скрипт. Его рабочее окно практически ничем не отличается от приведённого для ATI Radeon, и производится патчинг таким же точно образом:

Выбираем файл прошивки, патчим, получаем новый BIOS, который и надо будет прошить обратно при помощи вышеупомянутой nvflash. Вроде бы как всё – на этом процесс патчинга и переделки заканчивается, а вместе с ним подходит к концу и наше описание.

Пара слов в заключение

Сегодня мы постарались наиболее исчерпывающим образом рассказать о возможности активации изначально заблокированных конвейеров, о том, каким образом блокируются конвейеры, как активируются, да и вообще разобрали всю теоретическую часть данного аспекта, добавив немного практики.

Понимая весь вышеприведенный материал, любой мало-мальски грамотный пользователь, при удачном стечении обстоятельств (имеется в виду наличие небитой карточки), сможет без проблем, быстро и легко прибавить своему зверю дополнительных fps.

Остается лишь один интересный вопрос – насколько много fps прибавиться. И об этом читайте в нашей следующей статье – «Практическая переделка»: включаем конвейеры на GeForce 6800».