Тестирование gtx 680. Выводы по синтетическим тестам. Внешний вид и размеры

Fermi – архитектура компании NVIDIA, названная так в честь итальянского ученого-атомщика Энрико Ферми. Видеокарты, основанные на ней, были представлены 30 сентября 2009 года и обладали поддержкой DirectX 11. В продаже они появились чуть позже, после 26 марта 2010 года, а в качестве причины была названа ставшая уже привычной в то время проблема производства графических процессоров на мощностях TSMC.

На текущий момент прошло порядка трех месяцев с момента анонса и поступления в продажу новых графических ускорителей основного конкурента и, пожалуй что, единственного. Фора, предоставленная им NVIDIA, позволила разработчикам компании учесть просчеты Tahiti и в полной мере реализовать свои задумки. Остается выяснить, что же представляет собой новая архитектура Kepler, и стала ли она вообще новой.

Краткий список изменений в архитектуре

Несмотря на широко устоявшееся в компьютерных кругах мнение, что выпуск Windows 8 принесёт новую версию API (Direct X), эта теория полностью провалилась, и пользователей, скорее всего, ждёт тотальное доминирование DirectX 11. К слову, определенная часть игровых приложений, если не большая их половина, до сих пор ориентируется на старый-добрый DirectX 9 в угоду «приставочным» покупателям. Поэтому нам, обладателям сверхсовременных и сверхпроизводительных видеокарт, приходится довольствоваться играми, в которых производительность даже младших решений находится на очень высоком уровне.

Тем не менее, прогресс не стоит на месте, и смена техпроцесса производства с 40 нм на 28 нм позволяет компаниям оптимизировать и улучшать физические показатели своих GPU. Именно это перевоплощение и произошло с основной архитектурой NVIDIA Fermi.

Здесь необходимо совершить небольшой экскурс в историю. Наиболее производительным графическим ядром NVIDIA до недавнего времени было GF100, которое впоследствии модернизировалось до GF110.

Оно сочетает в себе хороший баланс между производительностью и GPGPU-вычислениями, поскольку изначально разрабатывалось для DirectX 11 и GPGPU. Но и у такого решения нашлась «ахилессова пята». В условиях жёсткой конкуренции по уровню энергопотребления GF110 в сравнении с Cayman выглядел, мягко говоря, слабо.

Чуть позже инженеры пересмотрели количество ALU в GPC и вывели в свет GF104, оптимизировав ядро под текущие игровые требования.

Ухудшившаяся производительность GPGPU мало волновала покупателей, им гораздо важнее было соотношение «цена-производительность». С этим спорить не приходилось, для своего времени GTX 560 и GTX 560 Ti стали удачным решением.

Посмотрим на архитектуру подробнее.

В основе всех видеопроцессоров лежит простой блок из вычислительных ядер (CUDA Cores). В GF110, GF114 и Kepler его упрощенную схему можно представить следующим образом:

Так, за обработку геометрии отвечает PolyMorph Engine 2.0. В нём находятся исполнительные блоки Tesselation, Vertex Fetch, Viewport Transform, Attribute setup, Steam output. Немаловажный факт - производительность PolyMorph Engine 2.0 выросла в два раза по сравнению с архитектурой Fermi. Заметно, что разработчики NVIDIA работают в сторону увеличения исполнительных устройств в одном SMX блоке. А там, где количественного изменения не произошло, компания рассказывает о качественном. Обратимся к сухим цифрам. В одном SM/SMX:

Да, действительно, нас ждут укрупнённые массивы SM/SMX, без неприятных неожиданностей. Вкупе с возросшим числом транзисторов NVIDIA добавила в SM все необходимые вспомогательные блоки: загрузки и хранения, специальной функциональности, объёма регистров и прочие. Налицо количественный рост без ухудшения прочих характеристик.

В финальном варианте GPU выглядит следующим образом:

Несложно подсчитать изменившееся соотношение загрузки между планировщиками/диспетчерами/ CUDA-ядрами. В GF110 оно составляло 2/2:32, в GF114 - 2/4:48, в Kepler - 4/8:192. Если абстрактно, планировщик готовит очередь команд, которая в свою очередь делится диспетчерами и направляется на исполнение к ядрам. Ещё одно интересное изменение связано с адресацией блока растеризации. Так, в прошлых поколениях к нему было подключено 128 и 192 CUDA-ядер у GF110 и GF114 соответственно, в Kepler этот показатель равен 384. Видимо, инженеры посчитали, что блок растеризации еще не исчерпал свой лимит производительности.

Что касается системы адресации памяти, то здесь причин идти на серьёзные изменения нет. Для Kepler приготовили 256-битную память (четыре 64-битных канала) и 32 блока ROP. Но штатная частота памяти составила 6000 МГц, что является рекордом среди всех референсных видеокарт на данный момент.

Субъективно, мне видится направление движения развития графических процессоров (что NVIDIA, что AMD) в одну сторону. Первая постепенно увеличивает соотношение CUDA-ядер в одном объединённом блоке (SMX), не забывая при этом про уровень быстродействия блока тесселяции, которым снабжён каждый SMX! А так же про размер кэшей и регистров. AMD, наоборот, всеми силами пыталась уйти от непомерной загрузки блоков растеризации/тесселяции, которые были выделены в отдельные устройства в GPU. Причем, блокам растеризации, а раньше он и вовсе был один, приходилось снабжать данными уж слишком большое количество исполнительных ядер.

Естественно, что блоки растеризации AMD, скорее всего, мощнее, иначе бы им не хватило производительности. Но модульная структура Fermi/Kepler выглядит разумнее, как для этапа разработки, так и последующей модернизации. Поэтому новую архитектуру NVIDIA нельзя назвать новой в полном смысле этого слова, она скорее представляет собой реорганизованный и пересмотренный вариант Fermi.

Технические характеристики

Новые возможности

С анонсом новой архитектуры NVIDIA внедрила в GTX 680 дополнительные возможности, часть которых будет доступна на всех ранее выпущенных видеокартах. В частности, появилась возможность задействовать адаптивный VSync.

Суть его работы заключается в том, чтобы обеспечить максимально комфортное воспроизведение картинки в играх.

После активации адаптивного VSync максимальное число кадров не превышает частоту развёртки монитора, но здесь важнее другое - цикл падения производительности становится плавным, что позволяет избежать «дерганья» картинки. На мой взгляд, эта технология оптимальна для очень больших разрешений, особенно тогда, когда задействуется несколько игровых мониторов. Поскольку даже в 2560х1440 GTX 680 чувствует себя более чем уверенно. Адаптивный VSync активируется через контрольную панель драйверов, но, возможно, в будущем будет доступен непосредственно из меню игр.

ТХАА – новый метод сглаживания. Не секрет, что современные методы сглаживания порядком нагружают графические возможности GPU. И чем выше степень, тем меньше производительность. На другой чаше весов лежит качество сглаживания, ведь нельзя, улучшая его, не терять в скорости. Поэтому каждый год разрабатываются новые механизмы, позволяющие сочетать как скорость, так и качество.

Без сглаживания

TXAA как раз является тем методом, который позволяет насладиться степенью сглаживания MSAA 4x-8x по половинчатой цене. Доступно два режима: TXAA 1– аналогично качеству MSAA 8x, но с производительностью MSAA 2x, и TXAA 2 – с качеством выше MSAA 8x и производительностью MSAA 4x. Описываемые методы буквально в ближайшее время будут интегрированы в новые игры: MechWarrior Online, Secret World, Eve Online, Borderlands 2, Unreal 4 Engine и другие.

GTX 680 и последующие преемники архитектуры Kepler получат поддержку 4К-разрешений и 3 ГГц HDMI мониторов. Саму видеокарту уже сейчас можно подключить к четырем дисплеям.

Внутри микросхемы GK104 встроен аппаратный блок с поддержкой кодека H.264. NVENC до четырех раз быстрее справляется с задачами кодирования, нежели предыдущие варианты, основанные на языке CUDA. И опять же речь идёт о разрешениях вплоть до 4096х4096 и H.264 Base, Main, and High Profile Level 4.1.

Наконец по многочисленным просьбам реализовано удобное размещение панели «Пуск». Теперь она располагается на центральном дисплее. Естественно, что появилась возможность настраивать пересекающиеся меню в играх так, чтобы не разрывать и не скрывать содержимое окна между мониторами.

И, пожалуй, ещё одно очень интересное нововведение. Отныне нет понятия 3D частоты. У GK104 появились базовая частота, равная 1006 МГц, и частота GPU Boost. А также максимальный уровень энергопотребления.

Говоря проще, в зависимости от загрузки графического процессора и запаса до пика энергопотребления GPU Boost автоматически подстраивает эффективную частоту GPU.

Внешний вид и размеры

А - длина печатной платы, без учёта системы охлаждения и планки портов видеовыходов.
В - ширина печатной платы, без учёта контактов PCI-E и системы охлаждения.
С - высота от горизонтальной плоскости печатной платы до уровня верхней поверхности системы охлаждения.
D - диаметр крыльчатки вентилятора/ов.

А1 - длина печатной платы, с учётом системы охлаждения (если выходит за пределы печатной платы) до планки портов видеовыходов.
В1 - ширина печатной платы, без учёта контактов PCI-E, но с замером системы охлаждения (если выходит за пределы печатной платы).
С1 - высота, с учётом задней пластины (если есть)/винтов крепления радиатора до уровня верхней поверхности системы охлаждения. Если она ниже высоты задней планки портов видеовыходов, то измеряется высота до верхней точки планки.

На самом деле, нестандартный разъём питания (с защелками, повёрнутыми внутрь) оказался не таким уж неудобным. Конечно, я допускаю, что некоторые блоки питания оснащаются массивными 6/8 pin разъёмами, и только тогда, вынимая их из видеокарты, вы вспомните инженеров нехорошим словом.

Количество видеопортов изменилось, теперь пользователю доступны следующие разъемы: два DVI, по одному HDMI и DP. Из-за вертикального расположения DVI конструкторам пришлось соразмерно уменьшить вентиляционную решётку.

Печатная плата

Как обычно, сразу после анонса первыми начинают продаваться видеокарты, основанные на эталонном дизайне. К счастью, он достаточно прост и не требует дорогостоящих комплектующих.

На NVIDIA GTX 680 две фазы питания памяти расположены в верхней части печатной платы. Вопреки привычному разделению питания на MEM и PLL, инженеры NVIDIA не выделяют отдельный ШИМ-контроллер, используя комбинированное питание. Совсем необычно размещены фазы питания GPU. Если раньше они вытягивались вертикально в ряд, то сейчас их расположили горизонтально. Чем обусловлено такое расположение, сказать сложно, но разработчикам и инженерам должно быть виднее. Из пяти доступных фаз распаяно лишь четыре. А поскольку максимальное потребление карты ограничено, то этого должно хватить. Можно выдвинуть предположение, что если AMD соизволит выпустить разогнанную версию AMD Radeon HD 7970, то свет увидит и NVIDIA GTX 680 Ti. Тогда-то и потребуется пятая фаза.

Температурный режим, уровень шума и потребляемого электричества

Рабочие температуры

#1 и #2 – соответственно температуры первого и второго графических ядер.
HD 6990* - видеокарта AMD с частотой GPU 880 МГц.

NVIDIA GTX 680 находится приблизительно на одном уровне по нагреву с AMD Radeon HD 7970. Разницей в 1°C можно пренебречь.

В тесте принимают участие видеокарты, выполненные на основе референсного дизайна.

Уровень шума

Но про уровень шума, издаваемого системой охлаждения, этого уже не скажешь. При одинаковом уровне нагрева NVIDIA GTX 680 на 7.5 дБА тише основного конкурента AMD Radeon HD 7970.

Послушать систему охлаждения:

И сравнить:

Энергопотребление видеокарт*

*

AMD Radeon HD 6990 и NVIDIA GTX 590 естественным образом занимают верхние строчки рейтинга. Далее за ними следует пара ускорителей, основанных на 40 нм техпроцессе, AMD Radeon HD 6970 и NVIDIA GTX 580. Большой транзисторный бюджет накладывает определенные требования к питанию и для новой видеокарты AMD – Radeon HD 7970, которая стоит на одной ступени с NVIDIA GTX 580. А NVIDIA GTX 680 удобно разместилась между AMD Radeon HD 7970 и 7950.

Энергопотребление видеокарт* в разгоне

* - Тестовый стенд целиком, без учёта монитора.

После разгона позиции всех участников претерпевают изменения, за исключением пары двухпроцессорных видеокарт. На этом фоне за счет старого техпроцесса и высоких частот выделяется NVIDIA GTX 580. Практически недалеко от неё ушла и AMD Radeon HD 7970, уверенно обгоняя AMD Radeon HD 6970.

А первенец на Kepler, NVIDIA GTX 680, благодаря новым алгоритмам энергосбережения и управления частотами не только неплохо разгоняется, но и потребляет мало. По последнему показателю его обходят даже NVIDIA GTX 570 и 560 448 Core.

Переход на новый техпроцесс и новую архитектуру GPU всегда интересует ИТ-журналистов. AMD уже перешла на 28-нм техпроцесс вместе с , настала очередь и Nvidia. В Интернете уже несколько недель ходили слухи о следующем эволюционном шаге Nvidia. Часть этих слухов действительно оказалась правдой, но всё же слухи есть слухи, поэтому и сбылись не все предсказания. Сегодня, наконец, Nvidia представила первую видеокарту GeForce GTX 680 на новом поколении Kepler. В статье мы рассмотрим новую архитектуру и технологии, оценим результаты тестов, а также поговорим о том, сможет ли флагман Nvidia достойно конкурировать с Radeon HD 7970.

Nvidia выставила высокую планку с видеокартой GeForce GTX 680. А именно соотношение производительность на ватт должно улучшиться в два раза по сравнению с предшественником. Кроме того, производительность тесселяции тоже должна вырасти примерно в четыре раза. В качестве доказательства Nvidia прилагает собственные тесты, но мы всё же привыкли верить измерениям нашей тестовой лаборатории.

Команда разработчиков "Kepler" была сформирована ещё в 2007 году, с того момента началась работа над новыми технологиями. В нашей статье мы рассмотрим SMX, GPU Boost, FXAA, TXAA и адаптивную VSynch, а также и некоторые другие технологии новой архитектуры.

Но перед тем как мы погрузимся в различные технические детали, позвольте представить сравнительную таблицу с новинкой GeForce GTX 680, собственными видеокартами Nvidia предыдущего поколения и конкурирующими моделями от AMD.

Кроме перехода на новый техпроцесс, Nvidia разработала и внедрила новую архитектуру, так что перед нами не простое сокращение размера транзистора. Количество вычислительных процессоров было утроено, частота памяти существенно возросла, да и частота GPU превысила магическую планку в 1000 МГц. Добавим к этому такие технологии, как Boost Mode, а также желание Nvidia снизить энергопотребление high-end видеокарт до 195 Вт. Но подробнее об их работе мы расскажем ниже.

Компания NVIDIA анонсировала новое поколение видеокарт, первым представителем которого стала GeForce GTX 680 . Сейчас мы разберемся, что скрывается под кодовым названием Kepler , сколько ядер получил свежий кристалл, на какой частоте он работает и сколько при этом потребляет. Ну и, конечно, ответим на извечный вопрос: «Кто быстрее, NVIDIA или AMD?».
«Игромания» одной из первых получила новинку на тест и спешит поделиться результатами.
Реорганизация

Архитектура Fermi , на которую NVIDIA делала ставку последние пару лет, себя исчерпала: в GTX 680 дебютирует новый дизайн - Kepler . На первый взгляд, все по-прежнему: потоковые ядра объединяются в SM-модули, те, в свою очередь, образуют кластеры GPC, и уже из них собирается GPU. Изменились только количественные показатели.
Если в GF110 (GeForce GTX 580) каждый SM-модуль оснащался 32 потоковыми ядрами, то в Kepler их количество увеличилось в шесть раз - 192 штуки. Прибавилось и вспомогательных элементов: текстурников теперь 16 вместо 4, а блоков специальных операций - 32 против 4 SFU у GTX 580. Заметим, что растолстевшие SM переименовали в SMX, хотя принцип их работы не изменился.
Пара SMX и один блок растеризации образуют кластер GPC. Четыре таких набора составляют основу чипа GK104 - сердца GeForce GTX 680. Напомним, что GF110 тоже собирался из четырех GPC, но каждый включал не два, а четыре SM. Таким образом, новый GPU несет на борту 1536 потоковых процессоров и 128 текстурных блоков, в то время как GF110 довольствовался 512 ядрами и 64 TMU. А вот количество движков PolyMorph Engine , отвечающих за работу с тесселяцией, сократилось вдвое: 8 против 16 штук у прошлого поколения. Мало? Не тут-то было. NVIDIA не только переработала принцип их работы, но еще и на 30% увеличила частоту. Так что, по словам инженеров, общая производительность выросла примерно на 28%.

А вот от чего NVIDIA отказалась, так это от разделения частот. Если в Fermi потоковые процессоры работали на удвоенной скорости GPU, то в Kepler цифры сравнялись. С одной стороны, это хорошо, основные блоки получили существенную прибавку. С другой - заметно упала итоговая частота CUDA-ядер.
Еще одна потеря в Kepler - шина памяти. GK104 работает с четырьмя 64-битными контроллерами GDDR5, так что разрядность составляет 256 против 384 бит у GF110 и Thaiti на Radeon HD 7970 . Снизилось и количество блоков растеризации: 32 вместо 46 ROP у GTX 580.
Новые возможности

Появились в Kepler и новые технологии. Начнем с самой интересной - GPU Boost . Она следит за температурой и энергопотреблением графического процессора, и, если показатели не превышают критических значений, автоматически повышает частоту ядра и рабочее напряжение. Технология работает на аппаратном уровне и продолжает функционировать даже при ручном разгоне.
Другое важное нововведение - возможность работы на четырех мониторах. При этом для включения 3 DVision Surround (игры на трех дисплеях) больше не нужна связка SLI, хватит и одной GTX 680.
В состав GK104 вошел аппаратный модуль кодирования видео, получивший имя NVENC . Видеокарты NVIDIA и раньше неплохо справлялись с обработкой видеопотоков, но использовали для этого вычислительную мощь CUDA-ядер. Теперь они играют вспомогательную роль, основную работу выполняет новый модуль. По словам NVIDIA, чип позволяет в четыре раза увеличить скорость кодирования видео. Слабое место NVENC - число поддерживаемых кодеков: он знаком лишь с H.264.

Вместе с Kepler NVIDIA представила и два новых алгоритма сглаживания - FXAA и TXAA. Первый выступает в роли «дешевой» замены традиционному MSAA. Его влияние на производительность минимально, но расплачиваться приходится легкой размытостью картинки, так как FXAA - лишь фильтр постобработки. TXAA - более серьезный алгоритм, и, если верить NVIDIA, по качеству сглаживания он значительно превосходит MSAA, обеспечивая при этом сопоставимое падение производительности.
Отметим также, что в GK104 появился режим адаптивной вертикальной синхронизации. Здесь все просто: VSync активируется только в те моменты, когда значение fps оказывается выше частоты развертки экрана. Как следствие, проседание фреймрейта ниже заветного порога больше не приводит к резкому падению fps
Хладнокровный

Несмотря на трехкратное увеличение числа потоковых процессоров, количество транзисторов, используемых для построения чипа, возросло незначительно - с 3 до 3,54 млрд. При этом благодаря новому 28-нм техпроцессу площадь ядра и уровень энергопотребления получились небольшими. Даже при максимальной нагрузке TDP новинки не превышает 195 Вт, и это несмотря на то, что базовая частота достигла фантастической отметки в 1006 МГц, а при включении GPU Boost поднимается до 1058 МГц! Для сравнения - Radeon HD 7970, работающая на 925 МГц и несущая на борту 4,31 млрд транзисторов, потребляет 250 Вт.
Холодный нрав GK104 позволил упростить дизайн платы. У GTX 680 нет разъема 8-pin PCIe, столь любимого топовыми решениями, - новинка довольствуется парой 6-контактных розеток. На питание GPU выделено лишь четыре фазы, и, судя по разводке, от пятой отказались в последний момент. Длина GTX 680 - 25 см, что немного меньше, чем у флагманских GeForce предыдущих поколений.
Видеокарта комплектуется восьмью чипами GDDR5 общей емкостью 2 ГБ. Частота памяти равна рекордным 6008 МГц, что частично компенсирует низкую разрядность шины. Задняя панель оснащена четырьмя видеовыходами - HDMI 1.4a, DisplayPort 1.2 и парой DVI. В качестве интерфейса используется новый PCIe 3.0.
За охлаждение адаптера отвечает двухэтажная турбина. Она включает в себя крупный алюминиевый радиатор с тремя тепловыми трубками и необычную цилиндрическую вертушку, в конструкции которой используются звукопоглощающие материалы.
Первые в мире

Новенькую GeForce GTX 680 мы получили напрямую из российского офиса NVIDIA за пару дней до анонса. Внешний вид карты стандартный: вся поверхность закрыта черным пластиковым кожухом и украшена фирменными зелеными логотипами. По габаритам GTX 680 действительно чуть меньше своей предшественницы и выглядит очень аккуратно. Из нестандартных решений отметим необычное расположение контактов питания: два 6-pin гнезда стоят не в линию, а друг над другом.
Для тестирования видеокарты мы собрали такой же тестовый стенд, как и для AMD Radeon HD 7970. В основу легла материнская плата Gigabyte GA-X58A-UD3R , в качестве процессора использовали Core i7-920 , памяти поставили три планки Kingston HyperX DDR3-1666 МГц по 2 ГБ каждая, Windows 7 Ultimate 64-bit и тестовый пакет записали на Kingston SSDNow .
Изначально в списке приложений значились наши стандартные 3DMark 11 , Unigine Heaven Benchmark 2.5 , Resident Evil 5 , Just Cause 2 , DiRT 2 и Aliens vs. Predator . Однако после первого этапа тестирования мы решили добавить еще одну игру: Batman: Arkham City .
В качестве конкурентов новому флагману NVIDIA были назначены GeForce GTX 590 , GTX 580 , AMD Radeon HD 6970 , HD 7950 и HD 7970 . Правда, тест в Batman: Arkham City успели пройти только GTX 680 и HD 7970, результаты тестов остальных видеокарт мы представим чуть позже.
Быстрее?

Первый же тест - 3DMark 11 - вывел GeForce GTX 680 в безоговорочные лидеры. Новинка оказалась на 32% быстрее HD 7970 и приблизилась к итогам двойной GTX 590! Понравился Kepler и жадному до ресурсов Unigine Heaven Benchmark 2.5: убедительная победа над AMD с отрывом в 34%. В играх цифры получились не столь внушительными.
Resident Evil 5, как обычно, уперся в производительность процессора и выше 98,5 fps не поднялся. В Aliens vs. Predator такой проблемы не было. Новинка показала 57,7 fps в самом сложном режиме, что заметно больше, чем у GTX 580, HD 6970 и HD 7950, но на 2 fps меньше, чем у HD 7970, и на 33 кадра меньше, чем у GTX 590. Проиграл флагман «зеленых» и в Just Cause 2. Игра лучше идет на картах AMD, и отставание от HD 7970 составило 12 fps. А вот преимущество над прошлыми поколениями GeForce - порядка 12%. В DiRT 2 перевес оказался на стороне NVIDIA: GTX 680 обошла HD 7970 на 37 fps и выдала одинаковый с GTX 590 результат.
Точки над i расставил Batman: Arkham City. Для начала NVIDIA отличилась во время тестов со включенным на максимум PhysX. Даже с антиалиазингом 8x и разрешении 1920х1080 карточка показывала вполне играбельные 26 fps, в то время как HD 7970 еле дотянула до 20 кадров. Разница сохранилась и при отключенном PhysX. При MSAA 4х она составила 4-6 fps, а вот при переходе на 8х разрыв увеличился до 15-18 кадров.
* * *

Новая GeForce GTX 680 нас впечатлила. И не столько производительностью, сколько технологичностью. Kepler вобрал в себя все известные на сегодня технологии: автоматический разгон по запасу TDP, оригинальные режимы сглаживания, возможность игры на трех мониторах, отдельный чип декодирования видео, PhysX, 3DVision, шумоизоляцию системы охлаждения. И все это при крайне скромном энергопотреблении - 195 Вт при пиковой нагрузке. Конечно, это не говорит о полной победе NVIDIA. Все эти технологии, кроме PhysX, есть и в свежем Radeon HD 7970, да и по скорости карты не сильно отличаются. Но с чисто технической точки зрения, флагман NVIDIA - лидер среди плат нового поколения.
Полный обзор NVIDIA GeForce GTX 680 читайте в «Игромании» №05/2012, где мы подробнее рассмотрим новые методы сглаживания, адаптивный VSync, разгон и производительность в режиме 3 DVision.