并行处理是人们熟知的概念，通过两枚处理器或两个独立的CPU核心并行运作，轻轻松松达到大幅度提升系统效能的效果。尽管并行系统多见于专业用途的服务器和工作站，但x86 PC也将朝此方向发展，《个人电脑》在2004年第6期上所介绍的双核心处理器便充分体现了这种思想。不过，类似的情形也开始出现在图形领域，nVIDIA近期发布的SLI Multi-GPU（SLI，Scalable Link Interface，交错互连）便是一种多GPU并行运作获得近乎翻倍性能提升的技术。不过，这项多GPU技术算不上新潮，它的历史其实相当悠久。在nVIDIA之前，3Dfx、ATi和诞生不久的XGI都推出过类似的技术与产品，但都是因为高昂的价格难获成功。3Dfx后来被nVIDIA所收购，相关技术也归它所有，但nVIDIA并没有考虑将这项技术付诸实用，因为在过去几年间，它在图形市场叱咤风云遥遥领先，从TNT2时代一直延续到GeForce 4时代，nVIDIA都是事实上的领先者。但ATi的强劲崛起开始对nVIDIA形成强大的挑战，在开放授权、允许三方厂商生产ATi产品之后，ATi占据的市场份额越来越大，直至现在与nVIDIA平分天下，而这两家图形厂商在产品方面的争夺也是此起彼伏，异常激烈，但水平都在伯仲之间，谁也无法声称有绝对的性能优势。在这样的背景下，引入并行技术就不难理解了—nVIDIA渴望被称为拥有最强产品的图形霸主。

基于上述理由，我们就不难得知nVIDIA推出SLI并行显卡技术的动机。SLI技术可令现有PC系统拥有几乎翻倍的图形性能，这无疑能在风头上压倒对手。再者，这项技术也可以增强nVIDIA在工作站产品中的竞争力，毕竟ATi凭借FireGL系列在该领域不断蚕食nVIDIA的市场。在未来的产品线中，SLI将成为新的至高点。那么，SLI是一项什么样的技术？它与过去的多GPU技术有何差异？SLI能否在市场上获得佳绩？要回答这些问题，我们有必要对SLI进行全面的分析介绍，同时也将回顾多GPU技术的发展历史。

多显卡并行机制的历史最早可以追溯到1997年，当时的显卡市场可以说是3Dfx一家独大，该公司在1996年下半年所推出的Voodoo加速卡成为发烧友疯狂追捧的一代经典产品。1998年初，3Dfx推出了它们的第二代3D图形卡产品—Voodoo 2，当时Voodoo 2拥有90Mps的像素填充率，具备Z-Buffering、Anti-Aliasing、单周期双纹理等当时最先进的3D特性，大幅超越其上一代产品，其他对手更是被远远甩在了后头。不过，最令发烧友疯狂的是Voodoo 2所具有的“SLI交错互连技术”，这项技术可以让两块Voodoo 2显卡连接起来并行运作，获得近乎翻倍的3D效能。如此一来，其他竞争者更是望尘莫及。

我们知道，CPU的并行运作是通过指令并行执行获得的，但对显卡来说情况有所区别。显卡最终生成的是所渲染的3D画面，这项工作包含大量的指令，而如何将工作均等分配就成为问题，3Dfx选择了按画面帧线进行渲染的方式。SLI技术将一幅渲染的画面分为一条条扫描帧线（Scanline），若Voodoo 2采用双显卡运行模式，那么就由一个显卡负责渲染画面的奇数帧线部分，另一块显卡渲染偶数帧线，然后将同时渲染完毕的帧线进行合并后写入到帧缓冲中，接下来显示器就可以显示出一个完整的渲染画面。不难看出，SLI技术让渲染工作被平均分担，每块显卡只需要完成1/2的工作量。理论上说，渲染效率自然也可以提高1倍，这就是双显卡并行大幅提升效能的奥秘所在。SLI在技术上极为成功，而发烧友们对Voodoo 2也抱有莫大的热情。在当时，你如果希望在1024×768的“高分辨率”下流畅地玩3D游戏，唯一的解决方案就是使用两块Voodoo 2显卡并让它们工作在SLI模式下。

在Voodoo 2之后的Voodoo 3，3Dfx没有效仿这个SLI双显卡技术，但在Voodoo 4/5/6时代，3Dfx重新恢复了SLI，但应用的形式已有所区别。Voodoo 2倡导双显卡并行运作，两块显卡插在PCI槽里再用专用的线缆连接起来，但这并非必需的，单个Voodoo 2显卡也可以独自工作，只是速度较慢而已。2000年春，3Dfx推出VSA100图形芯片，当时nVIDIA已经压过3Dfx成为领先者，为了夺回自己的领导地位，3Dfx让SLI技术重装上阵。VSA100可支持单芯片、双芯片和四芯片并行运作，单芯片版本就是Voodoo 4，双芯片显卡为Voodoo 5 5500，而四芯片显卡则是著名的Voodoo 5 6000。此时，SLI技术演变为单显卡多图形芯片的形式，不需占用两个插槽，但内部的工作机制并没有发生多大的变化，依然是通过划分渲染帧的方式各自执行，然后在帧缓冲中统一合成。出于众所周知的原因，这些显卡都没获得广泛认可，3Dfx也从衰落走向死亡。2001年初，nVIDIA收购了3Dfx，SLI技术也随之成为了历史，尽管nVIDIA掌握了3Dfx的所有技术，但它并没有将之发扬光大，而是继续按照自己的道路走下去，收购3Dfx的目的也许只是消灭一个竞争对手而已。

在这之后，我们看到了nVIDIA顺利一统江湖，接着就是ATi逐渐发起挑战，GeForce和Radeon是人们最常挂在嘴边的名词，至于3Dfx和它的SLI已经逐渐被人淡忘了，即便偶尔有人谈起，也多是说那是一个策略糟糕的企业和一项昂贵不切实际的技术。在显卡的历史中，除了Voodoo 2之外没有哪一项多显卡、多芯片技术曾获得成功，虽然ATi尝试过，新生的XGI也勇闯该领域，然而事实证明这个方案并不受用户们的欢迎。不过，谁也没有想到nVIDIA重新拾起3Dfx的SLI技术。2004年6月29日，nVIDIA大张旗鼓发布了“SLI Multi-GPU技术”，并将该技术引入最新发布的GeForce 6800和Quadro FX4000系列显卡上。沿用“SLI”这个名称或多或少让人联想到3Dfx，nVIDIA想要的也许正是这个效果，它更希望被用户认为是3Dfx技术的一脉相承。但如果我们深入分析，便会发现它与3Dfx的SLI技术没有多少相同的地方，基本上就是一套nVIDIA新搞出来的多显卡方案。

在今年6月份召开的Computex2004台北电脑展上，nVIDIA向外界展示了NV45显卡。NV45实际上就是GeForce 6800的PCI Express版本，并且是通过HSI桥接芯片来实现，因此NV45与现在的GeForce 6800并没有大的区别。不过，NV45样卡的顶部位置出现了一个神秘的接口，当时无人知晓其用途，nVIDIA也没有透露。直到6月底谜底才正式揭开，那个神秘接口是用于两块显卡的互连，构成一套SLI双显卡并行系统。

如图3所示，我们可以看到，NV45的SLI互连不再是和Voodoo 2一样借助线缆，而是使用一块两端有“MIO”接口的PCB卡（图4）。卡上的接口有点儿类似PCI Express ×1，而在显卡的顶部位置则预留了对应的接口。这样，该SLI连接卡就可以将两块NV45显卡连接起来，实现SLI并行运作。nVIDIA表示，选择PCB卡连接可充分保证信号通讯的质量与速度，显卡间的数据传输采用数字形式进行，这样可有效防止因信号干扰而导致画面不同步的弊端。Voodoo 2所采用的技术是模拟传输方式，数字信号先被转换为模拟信号后才进行合成，因为干扰的影响，在某些时候会出现数据不匹配的问题，导致合成后的画面往往难以同步或出现其他问题，这也是Voodoo 2 SLI技术的主要缺陷。而改用数字信号传输，显然就不存在这个问题，显卡处理完的帧数据被集合起来合成，然后才转为模拟信号输出，从而确保画面的完整性。

nVIDIA将SLI控制功能直接集成在GPU芯片内部，我们可以从芯片逻辑图中看到，NV40左侧偏下的位置有一个很小的区域专门负责SLI运作（如图5，大约占据总面积的0.75%），该区域所掌管的职能包括两块显卡的连接、通讯，渲染任务的指派以及画面的合成等等。由于指令的传输工作相对简单，在芯片的FCBGA封装中也只有极少几根针脚用于SLI模式。由于其他型号的GPU没有这部分控制逻辑，无法支持SLI模式就不难理解。另外，nVIDIA同时宣称SLI技术无法适用于AGP总线而要求显卡都工作在PCI Express模式下，这就对配套的芯片组和主板提出新的要求。不过最令人称奇的还是它的并行能力。nVIDIA的科学家告诉我们，SLI技术最多可以支持8块GPU并行运作，虽然在消费市场没有什么意义，但在工作站领域，8块GPU并行意味着可获得超高的渲染效率，相信这样的系统会成为好莱坞电影制作工厂的挚爱。