显卡交火（Multi-GPU, SLI/CrossFire）的本质解析

显卡交火（Multi-GPU，SLI/CrossFire）听起来像是显卡界的“双剑合璧”，但其实它更像是一个被现代科技反讽的童话。

1. 显卡交火的本质：从单卡到多卡的性能提升之谜

显卡交火（Multi-GPU，简称MGPU）是一种将多块独立显卡协同工作的技术，其本质目标是突破单卡性能瓶颈，提高图形计算能力。然而，这种看似简单的“加法”并非线性扩展，而是涉及深层次的计算架构、数据同步、负载均衡、通信延迟等一系列复杂问题。

在计算机系统中，GPU的主要任务是执行并行计算任务，尤其适用于图形渲染、深度学习、科学计算等领域。单个GPU的计算能力受限于晶体管密度、功耗、制程工艺等因素，因此，多GPU方案成为突破性能极限的路径之一。

2. 交火的两大技术流派：NVIDIA SLI vs. AMD CrossFire

多GPU方案并非最近才出现，NVIDIA 和 AMD 在上世纪末就开始探索这一方向，形成了两个主要流派：

NVIDIA SLI（Scalable Link Interface）
AMD CrossFire（交火）

尽管两者在实现方式上有所不同，但核心原理类似，即通过并行计算提高渲染效率。然而，这两种技术都在2020年前后逐渐式微，根本原因在于多GPU架构的非线性扩展损耗过大，远不如提升单卡架构的效能来得直接有效。

3. 交火的技术核心：帧分割与并行渲染

多GPU并不意味着简单的性能叠加，而是需要任务分配与同步协调，主要采用以下三种模式：

3.1. AFR（Alternate Frame Rendering，交替帧渲染）

原理：两张显卡交替渲染帧，例如GPU1渲染奇数帧，GPU2渲染偶数帧。
优点：理论上可以接近2倍性能提升，适合帧间相关性较低的场景，如游戏。
缺点：
- 帧同步问题：如果帧间差异较大，可能导致画面撕裂或输入延迟增加（micro-stuttering）。
- CPU/GPU同步瓶颈：CPU需要协调两张显卡的数据流，使得吞吐量受限于最慢的一环。

3.2. SFR（Split Frame Rendering，分割帧渲染）

原理：将每一帧切割成多个区域，分别交给不同的GPU渲染，例如一张显卡计算画面上半部分，另一张计算下半部分。
优点：适用于复杂场景，尤其是光栅化渲染（Rasterization）。
缺点：
- 负载不均衡：画面复杂度往往不均匀，比如一半是天空（计算量小），另一半是建筑群（计算量大）。
- 同步代价高：需要共享纹理、几何数据，额外的数据传输开销可能抵消性能收益。

3.3. Tiled Rendering（瓦片渲染）

原理：基于空间划分，把屏幕拆成更细粒度的网格（瓦片），由不同GPU负责不同瓦片的渲染，类似SFR的细化版本。
优点：更均匀的负载分配，适用于超高分辨率场景。
缺点：
- 依赖高效的显存数据共享，受限于PCIe带宽。
- API兼容性差，大部分游戏引擎不支持。

4. 交火的核心瓶颈：为何未能成为主流？

尽管多GPU听起来是提升性能的合理方案，但在实际应用中却存在诸多难以克服的瓶颈，使其在消费级市场逐渐被淘汰：

4.1. PCIe带宽与数据同步

现代显卡使用PCIe总线进行通信，而多GPU方案需要大量数据同步：

纹理数据、几何数据、帧缓冲区需要在多个GPU之间共享。
PCIe的延迟和带宽限制（特别是非直连配置，如AMD的桥接式CrossFire）会造成性能损失。

4.2. API支持不佳

传统的DirectX 11、OpenGL API对于多GPU支持较差，需要驱动层面优化，增加了复杂性。
DirectX 12和Vulkan虽然提供了Explicit Multi-GPU（显式多GPU）支持，但开发难度极高，导致游戏厂商基本放弃支持。

4.3. 负载不均衡与微卡顿（Micro-Stuttering）

由于GPU任务分配不均，某些帧会比其他帧慢，从而造成不规则的帧时间间隔，使得游戏体验下降。

4.4. 能效比问题

现代高端GPU（如RTX 4090、RX 7900 XTX）已经足够强大，单卡性能远超过去的双卡交火方案。
双卡功耗高、发热大、散热复杂，性价比远低于购买一张高端单卡。

5. 交火的终局：为什么NVIDIA和AMD都放弃了？

2010年代中期，NVIDIA和AMD逐渐减少对多GPU的支持：

2017年，NVIDIA 宣布不再支持DirectX 12中的SLI，转向单卡优化。
2019年，AMD CrossFire被彻底取消，AMD官方建议使用单GPU方案。
2020年，NVIDIA RTX 3090成为最后一张支持NVLink的消费级显卡，但驱动优化几乎停止。

原因总结：

单卡性能大幅提升（例如RTX 4090的计算能力远超SLI 1080 Ti）。
多GPU开发难度高，游戏开发商不愿投入额外资源。
PCIe瓶颈，数据同步损失大幅降低理论收益。
高功耗、低性价比，导致市场需求低迷。

6. 交火的未来：还有可能复兴吗？

虽然消费级显卡交火基本被淘汰，但在高性能计算（HPC）、AI 训练、云渲染领域，多GPU仍然至关重要：

深度学习（如NVIDIA Tesla A100/H100使用NVLink互联）。
科学计算（如AMD MI300、Intel Gaudi 2）。
实时渲染（如虚幻引擎的Cluster Rendering）。

然而，这些场景采用的是显式任务并行（Explicit Parallelism），远非传统SLI/CrossFire那种“傻瓜式”多卡并行。

未来，如果总线速度突破（如CXL、NVLink 4.0）并结合AI智能调度，或许可以重新激活多GPU潜力，但在消费级市场，单卡仍然是王道。

结论

显卡交火是一种曾经被寄予厚望的多GPU计算技术，但由于数据同步、负载均衡、功耗、API兼容性等问题，最终在消费市场走向衰落。未来，多GPU将在专业计算领域继续发挥作用，但对于游戏和普通用户而言，单卡仍是最优解。

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