NV不让ATI过好年 GTX295全球同步首测

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    经历R580到R600,连续的失败让ATI经已不能再次抵受这样的低谷,所以只能变革。在认清自身发展方向后,ATI不再从旗舰单核显卡性能上和NVIDIA较劲,基于研发周期、产能和可扩展性等多方考虑,ATI把每一代核心的开发重点放在中型级芯片上,然后采用单卡双芯的方式推出顶级显卡。而拒绝了以前的老路子——先造出一颗大型GPU,然后不断屏蔽一部分规格以对应不同市场。

而财大气粗,拥有庞大技术班子的NVIDIA在赢了几场胜仗之后,当然仍然按照自己的一套做事方法去延续,GT200再一次继承了G80的疯狂,从单核心来说GT200无论性能还是功能都是让ATI自愧不如的,但ATI却玩起了“以多胜少”的把戏。

大得吓人的GT200核心

RadeonHD4870X2在去年8月发布,取代了仅仅稳坐两个月最强性能宝座的GeforceGTX280。基于设计难度问题,当初GT200并没有冒险采用最新的55nm工艺制造,而是采用较成熟的65nm工艺,所以如果要把GT200做成双核单卡的话,无论从成本控制、功耗控制和PCB设计等问题都难以解决,无奈之下NVIDIA只有加紧新版本的GT200开发,把单卡双GT200的GeforceGTX295寄托于55nm工艺上。

比砖头更砖头的GeforceGTX295

最早上市基于GT200 55nm的产品是GeforceGTX260+,早在12月18日GeforceGTX295也纸面发布过,不过由于产能问题当时GeforceGTX295也仅仅停留在测试样本阶段,而在今日GeforceGTX295的零售版终于正式发布了。

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在2006年,使用90nm工艺制造的G80芯片,平均每片300mm晶圆可以切割出128颗G80芯片,而时至今日,即便65nm工艺让同样面积的300mm晶圆上容纳下了更多的晶体管,但由于GT200的晶体管数过多、核心面积更庞大,平均每片300mm晶圆上竟然只能切割出95颗完整的GT200芯片!这无论从设计芯片方面还是制造芯片方面来说都是一种危机。

人类欲望的无限化迫使GPU也向并行方向发展——

早在数年前,CPU领域的设计者已经意识到制造工艺开始制约了CPU性能的发展,所以很快他们就设计出并行发展的双核心CPU,甚至到今天我们还开始见到四核心CPU的出现。到了近年来,随着GPU的内部复杂程度超越了CPU,警示着GPU也需要开始向并行方向发展。

显示芯片近代发展蓝图

工艺不是一切,晶片制造难度遭遇瓶颈——

尽管上图看上去相当零乱,但大家只需要留意到一个趋向,就是近几代的高端旗舰芯片核心面积提升幅度的倾斜角已经越来越大,而中低端芯片还处于一个良性的发展期。可见对于追求极致高性能的旗舰芯片来说,工艺更新的速度已经远远追不上晶体管数量增加的需求。

在早旗人类并设有预见到当集成度与微观世界发生联系定律会遇到如此多的问题,大量的物理化学定律在微观领域中失效或被改写,半导体的发展不再只局限于制造工艺,转而材料学开始成为晶片设计制造水平和可靠性的关键问题,同时成为芯片性能提升的重要因素。所以通过盲目增加核心面积,塞进更多的晶体管去提高芯片性能的方案已经寸步难行。

为了在激烈的竞争中存活下来,NVIDIA和ATI都无限期地不断提升自己产品的性能。基于晶片制造难度带来的瓶颈,大家在旗舰级产品的竞争上都开始采用了并行多GPU的方案,可以说这种提升性能的方案是综合制造成本、研发成本两大方面最具性价比的,并且也是唯一在短期内大幅度提升性能的唯一可行方案。

关于多核CPU与多核显卡——

不过其实显示芯片领域和CPU领域研发多核心并行的目的又有点不一样,GPU多核心并行的主要目的仍然是提升其3D渲染能力,这只有追求极致游戏享受的用户才有需求,所以到目前为止GPU多核心并行的产品并未得到向下普及。而CPU多核心并行的迅速普及化,主要原因来自于人们对电脑的使用习惯,多任务多线程的操作即使对于一个普通用户来说也是无时无刻会发生的事情。不过随着通用运算、物理计算、视频编码等应用加入GPU运算行列后,多GPU并行的普及脚步会逐渐加快。

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PCI-Express时代首款双核单卡——Geforce7950GX2

有别于Geforce7900GX2、华硕/技嘉/影驰等品牌自产的多款多核心显卡,上图中显示的Geforce7950GX2可以说是第一款在市场上大面积销售的多核心显卡,采用两个运行在500MHz的G71核心组成,显存容量为512Mx2,达到当时前所未有的1G显存。

就当时形势来说,G71(Geforce7900系列)凭借其核心面积小巧的优势,在市场占有量方面上完全战胜了性能更加强大的R580(RadeonX1900系列),而后来NVIDIA为了在名义上重夺性能之王的宝座,才得以推出了这款Geforce7950GX2。

女神为ATI带来的曙光——RadeonHD3870X2

由于ATI Crossfire并联技术的面世要晚于NVIDIA SLI并联技术(其实笔者很想说是3Dfx的SLI),所以在ATI的PCI-Express近代史中并没有出现过太多其余多核心的显卡,而RadeonHD3870X2是ATI第二款官方发布的多核心显卡(第一款要追溯到8年前的曙光女神Rage Fury Maxx),采用两颗运行频率高达825MHz的RV670核心组成,在单卡上拥有16颗16mx32Bit GDDR3显存,组成了1G显存容量。

无独有偶,RadeonHD3870X2所演绎的角色与Geforce7950GX2十分相似,虽说基于RV670(RadeonHD3800系列)没有在市场占有量上完全击败G92(Geforce8800GT/GS),但凭借“小巧身材,性能不弱”的特性用价格战给NVIDIA带来很大的麻烦;而RaeonHD3870X2的推出更是让ATI重夺了最强性能的宝座。

给女神带来灾难的魔盒——Geforce9800GX2

Geforce9800GX2采用了两个G92核心组成,在Geforce8800GT发布的时候我们就认为G92在每平方毫米性能比值方面并不出众,资料显示G92核心面积达到328mm2,要知道采用90nm工艺的G80为496mm2,如果同样采用65nm工艺制造的话,G92与G80核心面积谁大谁小还是未知之数,所以我们并不认为采用G92组建多核心显卡是一个很好的选择,不过对于NVIDIA来说,Geforce9800GX2是为重夺最强性能宝座而来的,双核G94并没把握完全战胜RadeonHD3870X2,并且对于最高端市场来说完全不需要涉及性价比这个词。

中型核心胜利的果实——RadeonHD4870X2

如果说RadeonHD3870x2不够成功是因为RV670还不够强力而导致的话,那么RadeonHD4870x2如果不成功就说不过去了,一方面新的RV770单核心性能已经足够的强,两颗RV770组成1600个流处理器+1GB GDDR5显存的恐怖规格实在让GeforceGTX280汗颜,另一方面对手的旗舰芯片GT200从多方面考虑短期内不允许推出双核心版本了。在这样的情况下,ATI将有机会长期地坐上久违的最强显卡的宝座,并再一次肯定专著研发中型核心策划的正确性。

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从上图的规格列表比较中,我们可以看到GeForce GTX295的核心与显存规格刚好在GeForce GTX260与GTX280之间。GeforceGTX295的核心内部规格与GeforceGTX280相似,每个核心拥有240个流处理器以及80个纹理单元,不过频率方面却与GeForce GTX260的相同,同为576/1242MHz,这是因为降低频率除了可以降低温度和功耗外,还可以明显提高核心的成品率,对于这种拥有两个核心的显卡来说提高成品率是非常有必要的。而显存方面GeforceGTX295的规格又奇异地和GeforceGTX260类同,总刚好是GeforceGTX260的一倍。

而其中每个核心享有7组ROP以及相应的帧缓冲区,而每组ROP分区含有4个ROP单元,也就是说可以一共为每个GPU核心提供28个ROP单元。每个帧缓冲区会与128MB的显存相连,每个GPU核心则独立享有448bit/896MB的显存配置。

另外在特色功能方面,配合GeforceGTX295推出的185.20驱动不但有环境光遮蔽,还有新的全屏反锯齿技术64xQ FSAA。

该技术只有配合两块双卡双芯GeForce GTX 295组成的Quad SLI系统才能实现,也就是需要四颗GT200b核心,其中每颗核心负责计算16xQ FSAA,然后合成输出。需要指出的是,16xQ FSAA并不是16x MSAA,而是8x MSAA加上另外8个覆盖采样(Coverage Sample)。

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模块化的双核卡GeforceGTX295

考虑到热量问题,GeforceGTX295并非全封闭

从实物图我们可以了解到,GeForce GTX295的外观造型设计几乎与GeForce 9800GX2完全一致,唯一不同的就是外壳的材质与几乎遍布整个外壳的网状散热孔设计,GeForce 9800GX2的热量是有点可怕,如此的改良设计确实更有利于卡内的热量能够更为高效地排除卡外。

更有利散热而不失美观的网状散热孔设计

GeforceGTX295上端的散热出风口

考虑到GT200的核心发热量会更为巨大,因此卡上顶部位置也没有加装金属罩,采用了直排式的设计。

从产品的剖面图我们可以更为直观地看到其GeForce GTX295的设计同样是两片PCB卡身正面都藏于内侧,散热器被夹在两片PCB之间,而两组PCB与核心之间相信仍然是通过NVIDIA自主研发PCI-E Switch芯片合成处理输出。

当然,我们可以看出PCI-E switch芯片在整个架构中扮演着很重要的角色,如何让其(通过驱动程序)控制数据的划分、流向,是NVIDIA编程设计实力的真正挑战,相信在GeForce 9800GX2积累的经验后,在新一代的GeForce GTX295上会展现得更为完美。

DVIx2+HDMIx1的输出方案

输出接口方面,提供了DVIx2+HDMIx1的输出方案,GeForce GTX295是NVIDIA公版产品中第二款直接支持HDMI输出的产品,第一款正是同为双核的Geforce9800GX2。

公版号为P656 由台湾板卡制造工厂伟创力代工

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GeforceGTX295上的LED指示灯

输出接口产品依然保留了工作指示灯的设计,而8pin+6pin的供电接口上反而缺少了工作指示灯,这比起GeForce 9800GX2有所精简。

曾经在Geforce9800GX2供电接口位置的侦错灯,不过GeforceGTX295取消了

拆掉表面盖子的GeforceGTX295

夹在GeforceGTX295中间的一体化散热器

夹在GeforceGTX295中间的一体化散热器

细节之处能照顾到供电部件

由于风扇被以焊接的形式放置在中间,所以我们无从把整个散热器再进行拆解,从外观来看整个散热器两面都能照顾到两张显卡的重要软件,设计相当出色,相信设计周期肯定非常长。据称该款散热器已经获准项目专利,以防止竞争对手模仿。

GeforceGTX295一共分成四大部分

GeforceGTX295的两块主卡

打开正反两面的盖子,我们初步看到GeForce GTX295的内架构。可以看到其两片PCB卡身正面都藏于内侧,散热器被夹在两片PCB之间。

GeforceGTX295的数据交换线

GeForce GTX295内部两张主副卡通过一个类似SLI的MIO口进行信息交换,有别于一般MIO口的是,其需要两条数据交换线。

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GeforceGTX295主副卡

GeForce GTX295与早期的GeForce GTX260一样,同样采用了14颗显存组成448bit 896MB的显存配置。从实物图我们可以看到GeForce GTX295两块PCB上最明显的改进在于将14颗显存全部布线在PCB正面,它的好处在于简化布线,因此在PCB只有10层板,而GeForce GTX260前两个板本的P651 PCB是14层PCB设计。

GT200核心 B编号意味着55nm工艺

从7月底开始,NVIDIA的GPU慢慢开始向55nm制程转移,首批产品是G9x核心这些产品,GT200由于过于复杂,直到上月中旬基于55nm的GeForce GTX260才正式出货。而此款GeForce GTX295同样采用了55nm工艺生产,由于核心规格比GeForce GTX280稍强,因此核心代号为更高的G200-400。

GeforceGTX295采用的显存颗粒

GeForce GTX295每块PCB上拥有14颗16mx32bit规格的hynix -1.0ns GDDR3显存,组成896MB/448bit X2的庞大配置,显存频率为标准的1996MHz。

模块化散热器所需的中空PCB设计

GeForce GTX295功耗再次刷新了单卡之最的记录,核心TDP设计功耗达到289w,因此显卡的供电模块也是不敢马虎。VT1185MF作为PWM主控芯片,电路使用了3+2相设计,MOS管全部为全封装设计,以简化走线,其中包括两颗内置MOS管的VT1165SF多相供电芯片以对应双路电感,MOS管本身都通过硅脂和散热器接触。

外置的TMDS芯片
外置的TMDS芯片

和当初G80发布之时一样,由于核心本身已无法容纳下RAMDAC和TMDS,因此GeForce GTX295的RAMDAC与TMDS模块仍然采用了外置设计,芯片型号NVIO2,其最大特点是支持Dual Dual-link DVI,也就是可以实现双路2560×1600输出,此外GeForce GTX295同样支持HDCP,用户同样也可将音频信号通过SPDIF输入显卡,再使用DVI转HDMI转接头同时传输音频及视频信号。

多核单卡必需的PCI-E Switch芯片
多核单卡必需的PCI-E Switch芯片

这个就是负责把两个芯心处理完的数据合成再输出的PCI-E Switch芯片NF200即BR04,与RadeonHD4870X2上面PLX公司的PEX8547 PCI-E Switch芯片不一样,BR04是NVIDIA自主研发的一颗PCI-Express2.0桥接芯片,我们初次与它见面是在nForce780i主板上,自主研发PCI-E Switch芯片的好处自然是最大限度地保证了稳定的工作和出货量。

BR04在总体规格方面其实和GeForce 7950GX2上使用的BR03一样,内置了48个PCI-E通道,不过最大区别在于BR03是一款PCI-E 1.1版本的Switch芯片,而BR04是一款PCI-E 2.0版本的Switch芯片。

得益于PCI-E switch芯片的便利,让GeForce GTX295省下一个MIO接口,真正实现了双核单卡的概念,从而能组建让人疯狂的Quad SLI四核系统。由上两图可见,Quad SLI系统两个显卡(比如说两张GeForce GTX295)相应的GPU是通过MIO接口直接相连,效率比通过PCI-E switch芯片更高(虽然带宽要低一点),内部所有4个GPU核心就组成了一个四边形的结构,任何一个GPU都跟两个GPU相连,这个架构具有很高的效率。当然,我们可以看出PCI-E switch芯片在整个架构中扮演着很重要的角色,如何让其(通过驱动程序)控制数据的划分、流向,将是NVIDIA编程设计实力的真正挑战。

在前段时间NVIDIA正式向Intel方面开放SLI技术的支持,而Intel X58则是Intel产品线中首款支持SLI功能的顶级平台,因此我们本次测试也采用了该平台组建Quad SLI的相关测试。

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影驰:

影驰GeforceGTX295

影驰GeforceGTX295

 


 

讯景:

讯景GeforceGTX295

 


 

映众:

映众GeforceGTX295

映众GeforceGTX295

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七彩虹:

 


 

耕昇:

 


 

索泰:

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测试平台:

测试说明:

测试平台方面,由于我们本次测试的对象是顶级的单卡产品,因此为了保证避免平台造成瓶颈,因而采用了顶级的Core i7 920+X58配置作为测试平台之用,同时亦可便于直接组建SLI平台之用。

测试项目方面,我们舍弃了老旧的3Dmark06,只采用3Dmark Vantage作为理论性能的项目。而游戏我们这次较以往革新很大,由于近期新游戏接连出现,我们选取了5个DirectX10游戏、4个DirectX9游戏。除了赛车游戏极品飞车12使用Farps手动测试外,其他项目全部采用游戏自带或者第三方Benchamark软件测试,务求得到最准确的数据。

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在功耗的对比方面,我们选择了Seasonic的Powerangel功率测试仪器进行平台的功耗对比(不包含光驱、显示器及其他周边配件和外设)。测试主要划分为闲置与满载两个项目,其中闲置主要是针对进入系统后闲置的状态下,而满载则针对的是进行实际游戏渲染平均功耗读数测试进行。

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在去年的七月底,NVIDIA发布最新驱动让GeForce8400GS(不含)以上档次的显卡全部支持PhysX物理加速功能。对于中高端显卡来说,在支持PhysX游戏中,可以体验到更加丰富、真实的游戏场景,我们知道这一功能的实现得益于CUDA在GeForce8系列以上显卡上的应用。

与PhysX类似的,是用GPU进行视频编码的软件Badaboom。这款软件同样基于CUDA开发,很好的发挥了GPU“群核”的并行处理能力,而且早在GeForce GTX280发布时,我们就看到了它的应用。只不过Badaboom测试版本一直仅支持GeForce9800GTX和GT200等四款产品。而在较早前,Badaboom又放出了最新1.1试用版本,虽然有使用次数和期限的限制,但软件基本完整。支持H264编码品质Level的选择,支持码率选择,音频码率和编码格式选择等。并且支持所有CUDA Enable的显卡。

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Badaboom界面

相比起1.0版本,Badaboom 1.1版输入及输出格式有了很大改善,不再仅能支持MPEG2以及H.264两大编码且只支持H.264 baseline profile和双声道一种输出格式,此次1.1版本加入对DivX、Xvid、MpegPEG-1、VC-1、AAC Audio、AVI、MKV格式的输入,输出方面除了原有的格式外,增加了对Youtude、Blackberry Bold、Microsoft Zune的支持,增加H.264 Main Profile格式的输出功能,输出格式终于可以达到1080P了,另外如果使用多卡系统,可以开启多个Badaboom软件增加效率。

与PhysX游戏中的物理效果相比,Badaboom视频编码功能显然应用更加普遍,尤其适合各类MP4、PSP、IPOD等用户。虽然目前网络上有不少的视频资源,但自己压缩想看的内容肯定要灵活不少,如果可以成倍甚至10倍以上目前主流CPU速度去压缩电影,将大大提高用户的制作兴趣。

 

从实际的测试我们可以看到GeForce GTX295与GTX280的通过Badaboom的辅助下,均超越了在两个软件中通过cpu运算的处理速度,但我们可以看到GeForce GTX280的表现比GeForce GTX295更为突出一点,这主要是由于Badaboom 1.1版不支持SLI模式的GPU加速造成的,当我们使用GeForce GTX295进行视频转码时,只能使用一颗核心进行转码,由于GeForce GTX280的核心频率略高,因此表现也稍微突出一点,相信Badaboom将会推出更完善的版本对新核心的产品提供更为完美的支持。

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NVIDIA向来不打没把握的仗,在时间落后于RadeonHD4870X2的情况下,NVIDIA以55nm工艺作为重锤出击的筹码,一举从ATI手中夺过最强性能的宝座,细数一下其实RadeonHD4870X2坐在王座上也仅仅是4个月而已。

4个月后,NVIDIA重夺最强性能宝座

不过在GeforceGTX295身上,我们一定程度上看出了NVIDIA显得有点无奈。记得在去年GT200发布不久后,RadeonHD4870X2的消息就开始浮上水面,相信NVIDIA在那时候已经意识到问题的严重性,所以马上就着手考虑并试验对策,结论显然易见:要采用单卡双GT200方案的话,NVIDIA必需押注在55nm身上,而GT200从65nm转变至55nm只花费了半年时间,对于一款旗舰级芯片来说转变工艺并非易事,可见NVIDIA此次既有点无奈又有点狼狈。不过话说回来,能在芯片策略上作出如此迅速转变的,整个行业内想必也只有象NVIDIA这样的疯子才能做到了,这点无论是CPU赛场上的AMD还是GPU赛场上的ATI都是望尘莫及的。

另外,在经过2008年打好基础后,显示芯片行业在2009年的发展相信也不再是单纯的3D性能较劲了,不要忘记当今的NV显卡已经不再仅仅是一块游戏显卡,通过各种基于CUDA语言编写的程序,将可以由NVIDIA显卡发挥更快的性能,参与通用运算可以说是现在N卡的最大附加属性。除此之外还有2009年即将来临的物理引擎普及风,到2009年第一季度,AMD将不得不面对这样一个事实,支持PhysX的游戏在NVIDIA显卡上的运行速度将快很多倍,其中包括像《Mirrror's Edge》以及其它新上市并且会产生重大影响的游戏。

NVIDIA经过2007年的无敌寂寞期后,在2008年掉以轻心地让ATI上演了漂亮的反击战,相信在2009年NVIDIA不会再次放松,而ATI凭借RV770一役也积累了不少在新策略上的经验,2009年将继续上演斗牛好戏!

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