O Ubuntu vem com o Unity, que é dependente do Compiz, que aparentemente é incapaz de lidar com mais de uma placa gráfica no momento.
O que funcionou para mim foi remover completamente o Unity, o Compiz e o lightdm e, em seguida, instalar o KDE. Como alternativa, basta instalar o kubuntu (que é apenas o Ubuntu com o KDE, um ótimo ambiente de desktop que está em desenvolvimento desde os anos 90, ao invés do Unity). Feito isso, você precisará instalar os drivers da placa 3D.
Neste momento, o processo de massagear os motoristas para fazer o que você quer não é intuitivo e pode ser extremamente difícil. (É com a nVidia, pelo menos, o que é intrigante, uma vez que funciona com esforço zero no Windows.) Você pode ter que ser um pouco tenaz.