提起大规模可视化，同步是个始终绕不过去的话题。一旦考虑不当，该死的画面撕裂准会找上门来，使整个项目无法验收。

更加糟糕的是很多项目负责人往往还对同步一知半解，这就越发埋下了深深的隐患。为此，谨以此文献给那些垂头丧气的项目负责人，希望能为烈日炎炎中的他们带来一丝清凉。

垂直同步信号的前世

显示器显示画面时，电子枪从上到下逐行扫描，扫描完成后显示器就呈现一帧画面。然后电子枪回到初始位置进行下一次扫描。为了同步显示器的显示过程和系统的视频控制器，显示器会用硬件时钟产生一系列的定时信号。当电子枪换行进行扫描时，显示器会发出一个水平同步信号，简称 HSync；而当一帧画面绘制完成后，电子枪回复到原位，准备画下一帧前，显示器会发出一个垂直同步信号，简称 VSync。显示器通常以固定频率进行刷新，这个刷新率就是 VSync 信号产生的频率。

CPU 计算好显示内容提交至 GPU，GPU 渲染完成后将渲染结果存入帧缓冲区，视频控制器会按照 VSync 信号逐帧读取帧缓冲区的数据，经过数据转换后最终由显示器进行显示。

最简单的情况下，帧缓冲区只有一个。此时，帧缓冲区的读取和刷新都都会有比较大的效率问题。为了解决效率问题，GPU 通常会引入两个缓冲区，即 双缓冲机制。双缓存机制即前后缓存。前缓存就是屏幕上最终看到的像素，而后缓存是绘制使用，后缓存绘制好一帧，通常就交换一次，写给前缓存，而显示器则从前缓存不断的读取数据。

图中f1，也称为交换帧率，f1决定了显卡一秒能绘制多少次。 显示器读取前缓存也存在一个频率，即f2，f2为刷新率，即显卡按照多少的频率把前缓存的数据给显示器绘制一次。可见用户最终看到的帧率是f1 和 f2的共同结果。实际的帧率f应该是在1秒内有多少个后缓存传递到了显示器。这样看f=min（f1，f2），即受这两个帧率的制约了。

前缓存处于被后缓存写而被显示器读的状态，那么这过程就极有可能发生读写冲突。当视频控制器还未读取完成时，即屏幕内容刚显示一半时，GPU 将新的一帧内容提交到帧缓冲区并把两个缓冲区进行交换后，视频控制器就会把新的一帧数据的下半段显示到屏幕上，造成画面撕裂现象。它是由于交换帧率与刷新率不同步造成的。

为了解决这个问题，GPU 通常有一个机制叫做垂直同步（也简写 V-Sync），当开启垂直同步后，GPU 会等待显示器的 VSync 信号发出后，才进行新的一帧渲染和缓冲区更新。这相当于将应用程序交换缓冲区同步到垂直同步信号，这样可解决画面撕裂现象。

垂直同步信号的今生

在大屏项目中，单显卡多显示输出，多显卡多显示输出，甚至多台机器多个显示输出的应用环境非常普遍。在这种情况下，如何保证多个显示输出的内容同步就显得尤为重要。

⑴   单显卡单显示输出

只需开启GPU的垂直同步机制，将应用程序交换缓冲区同步到垂直同步信号即可。

⑵   单显卡多显示输出

显卡所有输出接口会多路复用一个时钟信号，这时多个输出设备刷新率一样，发出垂直同步信号的时间也一致。

⑶   多显卡多显示输出

如下图所示：多块显卡输出多个显示画面，这时每块显卡都有自己的时钟频率。这就会存在虽然所有输出设备可能具有相同的刷新率，但发出垂直同步信号的时间不尽相同，从而导致整个系统不同步。

为此，需要在不同图形卡之间提供公共同步信号，以确保所有显示设备同时发出垂直同步信号。这个公共同步信号可由Framelock或Genlock来提供。

新一代NVIDIA Quadro多卡之间的公共同步信号由Quadro SYNCⅡ提供。

（英伟达QuadroSYNC Ⅱ同步卡）

（多显卡同步效果图）

同步卡可确保所有显示设备同时发出垂直同步信号，然而要让画面流畅显示，还需要将应用程序交换缓冲区同步到垂直同步信号才行。

如下图所示：每个显示设备对应的节点现在都在渲染一个具有不同复杂度的场景，不同节点渲染各自场景所需的时间各不相同。

当每个节点以不同的速率运行时，用户就会感觉到在屏幕上出现撕裂。我们需要一种机制来确保每个节点同时交换。Swap Group在单个主机中提供同步多个GPUS。使用Swap Group，每个节点将等待，直到所有节点都完成了渲染后，才将应用程序交换缓冲区同步到共同的垂直同步信号，这样避免了画面撕裂。

另外，英伟达已经对Swap Group进行了封装。用户利用它时，只需在应用程序写入一段调用SwapGroup API的代码即可。并且NVIDIA还给出了具体的调用方法，如下图所示：

⑷   多机器显示输出

Swap Barrier提供跨多台主机间的GPUS同步。使用Swap Barrier，每个主机将等待，直到所有主机都完成了渲染后，才将应用程序交换缓冲区同步到共同的垂直同步信号，这样避免了画面撕裂。当然应用程序调用Swap Barrier的方法跟调用Swap Group一样。

（机器之间的同步连接示意图）

大屏项目同步卡的选择

在大屏项目中，同步卡的选择也非常重要。可惜，很多项目经理对其也知之甚少。今天笔者就把这个问题也给大家彻底讲透。

现阶段显卡实现同步有三种方式，它们分别是2-WAY，NVLINK，QUADROSYNC ‖。

下面就让小编娓娓道来吧。

⑴   2-WAY SLI同步方式。

首先、2-WAY SLI同步方式要求工作站或主板必须通过SLI认证才行。如，Dell/HP/Lenovo等OEM高端工作站就通过了SLI认证。

其次、2-WAY SLI同步方式只支持两块显卡之间的同步。

最后、只需一个SLI桥接器接口。

另外，目前支持SLI的主流NVIDIA显卡只有P4000、P5000、P6000。

⑵   NVLINK同步方式

首先、NVLINK同步方式对机器没具体要求，只需其可安装上两块支持NVLINK的显卡即可。

其次、NVLINK同步方式也只支持两块显卡之间的同步。

最后，需要采购NVLINK桥接器。

另外，目前支持NVLINK同步放的专业显卡有GV100、GP100、RTX5000、RTX6000、RTX8000

⑶   QUADRO SYNC ‖同步方式

首先、QUADRO SYNC ‖同步方式也对机器没有具体要求。只需能安装下几块显卡即可。

其次、一块QUADRO SYNC ‖最多可支持4块显卡之间的同步

最后、需要采购QUADROSYNC ‖同步卡。

另外，目前支持QUADRO SYNC ‖同步卡的专业显卡有P4000、P5000、P6000、GV100、GP100、RTX4000、RTX5000、RTX6000、RTX8000

这下您应该彻底明白了吧。在选择同步卡时，您可根据项目的实际情况在上面的三种同步方式中任选一种即可。

好了，大屏同步问题今天就介绍到这儿吧。以后凡是碰到工作站的任何问题，可电询北京科卓了！