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探索NVIDIA GeForce GTX 1080性能崛起的秘密-技术篇
发布时间:2016-5-21  阅读次数:  字体大小: 【】 【】【

今年 NVIDIA CEO 黄仁勋先生,在公布 GTX 1080 显卡的售价时,共有两个版本:$599 MSRP 与 $699 Founders Edlition,而如今 Founders Edlition 代表着由 NVIDIA 所打造的该世代第一张显卡。在过往,每当 NVIDIA 推出新的 GPU 时,会连带推出 NVIDIA 的公版卡,而玩家与厂商,便把公版卡当作基准卡来比较。

但现在,NVIDIA 告诉大家 Founders Edition 创始卡是独一无二,由 NVIDIA 精心打造,有着压铸铝金属外壳与沉稳背盖,散热方面更有先进 Vapor Chamber 散热模组,搭配前置的鼓风扇,将热气完全排出机身之外。GTX 1080 Founders Edition 一样会交由AIB厂商开卖,但品牌商不得对 Founders Edition 进行任何的修改。

他不是被用来比较的公版,他是独一无二的创始卡 Founders Edition。会有这样的举动,莫过于以往 NVIDIA 都是以贩售 GPU 为主,并较少使用自身品牌去推广显卡,如今 Founders Edition 问世,他将带起新一世代的浪潮,迎着浪直到下一世代的诞生。

GeForce GTX 1080 GPU 架构 – 性能秘密
GTX 1080 之所以能在性能与功耗上突飞猛进,不外乎与:16nm FinFET 制程工艺、Pascal 架构、GDDR5X 显存、精心调教、显存压缩与 SMP…等技术有关。GP104 GPU 是首颗使用 16nm FinFET 製程打造的 GPU,由晶圆制程工艺的提升,可以让同面积的晶片,装进更多的电晶体管输了,提高频率更大幅优化功耗表现。

而新的 Pascal 帕斯卡 架构,由 4 组 GPC 所组成,每组 GPC 内有着 5 组 TPC 包含着 PolyMorph Engine 与 一组 SM 单元,并有着 8 颗显存控制器;此外 NVIDIA 在发表会中特别介绍的 Simultaneous Multi-projection(SMP) 技术,此 SMP 单元包含在 PolyMorph Engine 当中,意味这 SMP 新技术为 Pascal 世代独有,至于 SMP 的威力稍带一会再来详细介绍。

完整的 GP104 GPU 有着 7.2 亿颗晶体管输了,GPU 频率预设 1.61 GHz、Turbo 可达 1.73 GHz boost,其中 GP104 GPU 当中总计有着 20 组的 SM 单元,每一组 SM 单元有着 128 个核心,因此 CUDA 核心高达 2560 个,并有着 20 个几何单元、160 个纹理单元、64 ROP 单元…等;在技术说明会上,有特别提到 GTX 1070 的核心由 3 组 GPC 所组成,换言之 GTX 1070 CUDA 核心数量为 1920 个。

Pascal GP104 GPU 架构图。

SM 单元架构图。

GTX 1080 与 GTX 980 核心规格比较。

当然 GTX 1080 GPU 的性能大跃进,不单只是使用 16nm FinFET、Pascal 架构就能办到,据说 Pascal 原始 Boost 频率仅 1325 MHz,经过无数次的线路优化与调教,才将 Boost 频率拉到 1733 MHz 的境界,且从 GTX 1080 的板子供电设计来看,其有着更大的超频空间,留带品牌厂商进行大幅度的优化与性能调教。

Boost 主频的调教。

显存方面 GTX 1080 搭载着 8GB GDDR5X 显存,GDDR5X 有着相当大的频宽,可达到 10 GBPS 的速率,NVIDIA 显存工程师,为了让 GDDR5X 发挥出超高速率,对于 I/O 电路与 layout 进行改进与优化,不仅让 GDDR5X 显存可工作在 10 GBPS 的资料速率下,更对于未来产品使用 GDDR5X 显存有着莫大助益。

NVIDIA 提到 GDDR5X 显存,也是经过无数次的线路优化,才能达到 10 GHz 的速率。

与先前的 GPU 相同,Pascal 同样也使用了显存压缩技术,能有效的降低显存频宽需求,透过更先快速的压缩技术,将资料从显存送进 GPU 进行运算,由此增加运行性能。除了增强原有的 2:1 压缩模式之外,更新增了 4:1 与 8:1 压缩技术;直接从 Project CARS 的游戏截图来看,第一张是游戏原图,接着第二张是使用 Maxwell GPU 进行压缩,图中粉红色区域的资料代表可压缩,而最后换上 Pascal GPU 进行压缩,画面中超过 80% 都能进行压缩,也因此 GTX 1080 与 GTX 980相比,GTX 1080 在显存频宽上有着 1.4 倍提升、压缩效率有 1.2 倍提升,整体显存平宽效益有着 1.7 倍提升,这也是为何 GTX 1080 初登板就稳坐卡王宝座的原因。

新的显存压缩模式。

Project CARS 原始游戏画面。

Maxwell GPU 进行压缩,后粉红色为可压缩之资料。

Pascal GPU 进行压缩。

Simultaneous Multi-projection(SMP)同步多重投影
在发表会时,NVIDIA CEO 黄仁勳先生花了不少时间,解释并展示 Simultaneous Multi-projection(SMP)此技术,便证明了这项技术,对于 Pascal 与未来的 GPU 产品来说相当重要;技术文件当中更以「SMP:Design for the New Display Revolution」当作开头,在以往 3D 绘图,都是假设一个单一且平面的显示屏幕,但在技术的成长与新技术的诞生,像是三屏幕环绕、曲面显示器,以及 VR 头戴显示器,这代表着现在使用者,不再只是使用单一平面的电脑显示屏,倘若又在使用单一 Viewpoint 的概念去绘图,实在不够精准且浪费 GPU 性能。

SMP 属于硬件单元,存在于 PolyMorph Engine 当中,最高能达到 16 个 Viewpoint 搭配 2 个不同的投影中心;用例子来举例肯定会比较容易了解,不知道各位是否都使用过,以三台平面显示器建立的 NVIDIA Surround 的游戏环境,在 3D 绘图过程中往往会破坏左右屏幕的比例,造成画面被拉长、比例被破坏的影像;造成影像被拉长的主因,就是因为这三台显示屏依据摆放的角度,其中央点位置出现错误,GPU 认为这三台显示屏仅是一个平面屏幕,造成绘图时出现偏差。

而透过 SMP 可以将这三台显示屏当作三个独立 Viewpoint,并指着同一个中央点,且只要一次的渲染动作,就能绘制出 3 Viewpoint x 一个中央点的影像,最终渲染的结果正式完美的环绕影像。简单来说,SMP 对于三显示屏玩家与 VR 开发者,有着莫大的助益,而单一平面屏幕的使用情境,较难发现 SMP 独到之处,在未来 GTX 1080 开启 SMP 功能时,应该会在 NVIDIA 控制面板当中,让玩家自行调整三个显示屏的摆放位置与环绕效果。

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