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“10”全九美

2016-05-14

个人电脑 2016年7期
关键词:公版散热器功耗

如何在领先的基础上继续保持胜利呢?NVIDIA现在推出了16nm工艺Pascal架构的GTX 1080显卡,架构、工艺全面升级的诱惑让人蠢蠢欲动,过去的一周时间GTX 1080显卡也在刷屏,不论是官方PPT还是泄露出来的成绩,都在暗示这款显卡在性能、功耗甚至超频方面有惊喜。

2012年NVIDIA首次推出28nm工艺的Kepler架构显卡GTX 680,之后陆续有GTX 780、GTX 780 Ti、GTX 980及GTX 980 Ti等旗舰显卡问世,GTX Titan系列也推出了三款产品。这四年中NVIDIA大核心、小核心GPU交替升级,性能越来越强,能效也越来越好,玩家的认可度也越来越高,这四年也是NVIDIA在独显市场份额突飞猛进的四年。

如何在领先的基础上继续保持胜利呢?NVIDIA现在推出了16nm工艺Pascal架构的GTX 1080显卡,架构、工艺全面升级的诱惑让人蠢蠢欲动,过去的一周时间GTX 1080显卡也在刷屏,不论是官方PPT还是泄露出来的成绩,都在暗示这款显卡在性能、功耗甚至超频方面有惊喜。

今天NVIDIA的GTX 1080显卡正式解禁,此前不管它是带给你惊喜、期待还是不满了,我们都要面对随着GTX 1080发布而来的新一轮洗牌——GTX 980 Ti的高端地位会动摇吗?GTX 980显卡真的要淘汰了?AMD旗舰显卡还有多少竞争力?最终的结果还得看GTX 1080显卡的实际表现。

GTX 1080显卡规格

尽管此前我们对比过几次GTX 1080显卡的规格了,不过它值得注意的是地方还是很多:

·显卡的晶体管数量提升到72亿,但核心面积从前代398mm2降低到了314mm2。

·显卡核心频率非常高,起始频率就有1607MHz,加速频率1733MHz。

·显存容量翻倍,而且是GDDR5X显存,频率10Gbps。

·输出接口全面增强,支持HDMI 2.0b及DP 1.4。

·接口从双6pin变成了单8pin。

·TDP功耗180W,比GTX 980 Ti的250W低,比GTX 980略高。

·首次出现2个定价,但你别在意4599这个低价,只看5399元的就是了。

GeForce GTX 1080显卡技术:架构、工艺全面升级

我们早在2年前的GTC大会上就得知了Pascal显卡的路线图,NVIDIA当时公布的几大特性就是——NV Link、3D显存(即HBM 2)、模块化及FinFET高级工艺,不过前面两个新技术主要用在了GP100大核心上,NV Link对GTX 1080来说无用,HBM 2显存虽然让人心动,但目前的问题是产能低、成本高,没法在这么快就用在消费级显卡上,不过GTX 1080依然带来了全新的架构、16nm FinFET工艺、GDDR5X显存、散热器及3D渲染技术上等改进。

GTX 1080显卡架构简介

GTX 1080显卡使用的也是Pascal架构,不过是GP104核心,此前的Tesla P100加速卡使用的是GP100大核心,但是与处处针对高性能加速而设计的GP100核心不同,GP104核心架构实际上更接近目前的GM204而非GP100大核心。

GP104核心拥有20组SM单元,每组SM单元有128个CUDA核心,而GP100核心中每组SM单元是64个CUDA核心,而GP104在这点上跟GM204、GM200核心是一样的,每个SM单元由4部分包含32个CUDA核心的小单元组成。

显存方面,GP104也从GP100核心的HBM 2回归GDDR界面,不过这里有很大不同——GM204核心是4组64bit显存控制器,每组连接16个ROP单元和512KB L2缓存,而GP104核心是8组32bit显存控制器,每组连接8个ROP单元和256KB L2缓存。总位宽是256bit,ROP单元64个,L2缓存2048KB,这三点相比GM204核心并没有变化。

16nm FinFET Plus工艺

早先公布路线图的时候,NVIDIA提到了Pascal会使用FinFET工艺,当时并没有明确具体工艺,因为存在着三星14nm FinFET及TSMC 16nm FinFET两种路线,期间也一度有传闻称NVIDIA也要转向三星代工,不过最终这事不了了之,NVIDIA使用的还是TSMC的16nm工艺,而且是其中的16nm FinFET Plus高性能工艺。

目前AMD及NVIDIA的GPU主要使用28nm HPM工艺,根据TSMC的说法,16nm FinFET Plus工艺相比28nm HPM提升了65%的性能或者减少了70%的能耗,同时晶体管密度翻倍,而GP104晶体管数量就从52亿提升到了72亿,但核心面积反而从398mm2减少到了314mm2。

更重要的是,GTX 1080显卡的核心频率大幅提升,此前GTX 980的加速频率是1216MHz,而GTX 1080可达1733Mhz,整整提升了42%,这些都要归功于先进工艺带来的改良。

GDDR5X显存及更高级的内存压缩技术

GTX 1080显卡虽然没有用上HBM 2显存,不过显存方面也不是没变化,因为它用的是GDDR5X显存,是目前GDDR5显存的改良版,数据频率从目前的7Gbps提升到了10Gbps,所以说就算256bit位宽没变,但GTX 1080显卡的带宽也有320GB/s,比GTX 980显卡的224GB/s提升43%,差不多与384bit位宽的GTX 980 Ti的336GB/s带宽看齐了。

除了靠GDDR5X高频率提高显存带宽之外,GTX 1080显卡也支持更高级的内存无损压缩技术,以便进一步优化带宽效率,包括改进了2:1压缩效率、新增了4:1及8:1压缩算法,综合下来GTX 1080显卡减少了20%的带宽需求,再加上GDDR5X显存带来的频率优势,官方称总计提升了70%的带宽效率。

异步运算全面改进

AMD、NVIDIA对于异步运算(Asynchronous Compute)的支持程度曾经引爆双方的口水战,特别是在《奇点灰烬》、《杀手》等支持异步运算的游戏中。尽管后来有辟谣称Maxwell硬件是支持异步运算的,问题出在驱动上,但不论什么原因,在异步运算上,Maxwell及之前的显卡确实是落后于AMD的GCN架构的。

在Pascal架构上,NVIDIA填补了这个坑——此前发布新闻中我们就看到NVIDIA强调Pascal显卡原生支持异步运算,包括基于GPU的物理加速、音频处理、渲染帧的后期处理以及VR中的异步时间扭曲算法中都可以用到异步运算。

同步多投影引擎(Simultaneous Multi-Projection)

GP104核心虽然在SM单元架构上相比GM204核心变化不大,但前端的多边形引擎单元功能还是有改进的,主要是支持同步多投影引擎(SMP,Simultaneous Multi-Projection)技术,官方表示该技术可以大幅提升游戏特别是VR性能。

如果你还记得NVIDIA官方PPT中GTX 1080显卡性能达到了GTX Titan X显卡2倍的那张图,那现在应该知道了这个成绩靠的其实还是SMP技术的功劳,多分辨率着色(Multi-Res Shader)性能可提升40%,VR性能可提升50%。

全新的VR音频及VR物理加速

VR是NVIDIA、AMD争夺的新市场,NVIDIA在发布会上也带来了新的VR技术,主要包括VR音频及VR用的PhsyX物理加速,这都有助于提升。

VRWorks Audio音频其实借鉴了光线追踪渲染的思路,所以NVIDIA说它是Path Traced Audio路径追踪音频,这是首个支持物理基础的VR音频引擎,可以模拟声音在虚拟场景内的互动映射,类似现实中声音碰到障碍物那样,也就是说你听到的声音实际上经过了处理,所以更真实。

另一个VR相关的技术就是支持在VR应用中使用PhysX物理加速,后者我们已经很熟悉了,可以在游戏中加速布料、流体、火焰、发毛等物理运动特效,展示更真实的效果。

除了以上架构及技术更新,GTX 1080显卡还支持HDR、新的DP 1.4接口及8K分辨率输出、性能更好的垂直同步、更高级的SLI多卡互联、4K级别的视频解码等技术,亮点还是非常多的,限于篇幅就不一一列举了。

GeForce GTX 1080显卡外观:从圆润到锋利

GTX 1080显卡目之所及的第一个变化是散热器,目前NVIDIA的公版显卡设计NVTTM源自黑泰坦显卡,之后在GTX 700/900系列显卡上都有使用,黑色logo字体+镁铝合金外壳+透明亚克力板的设计很漂亮。到了GTX 1080显卡上,NVIDIA推出了两个版本的GTX 1080显卡,其中的Founders Edition被人戏称为信仰版,其实就是NVIDIA的公版,我们测试的都是这个版本。

虽然是公版,不过NVIDIA这次调整了公版散热器设计,这一代的外观如下:

与GTX 980/980 Ti显卡相比,GTX 1080显卡尺寸方面没什么变化,依然是10.5寸PCB,长度26.7厘米,双插槽,涡轮散热,重量1015克,比GTX 980 Ti重了100克,与GTX 980显卡持平,重量差异主要还是背板的差距。

此外,GTX 1080显卡外观有些细调,logo字体从黑色变成了银色。第二,整个散热器的造型从之前的圆润变得有些锋利。

外观的改变对每个玩家来说很难有统一的评价,GTX 1080显卡的风格更加锋芒毕露,也可能更讨好游戏玩家一些,不过小编个人感觉GTX 980/980 Ti显卡的圆润外观看着更舒服一些。

此前NVIDIA在GTX 980公版卡上用了金属背板,但GTX 980 Ti上又取消了,这次的GTX 1080显卡又回归了金属背板设计,而且与GTX 980的有明显不同,多了“GeForce GTX 1080”的logo字样。

GTX 1080显卡散热器

早在GTX 1080还是各种曝光时期,大家就注意到了它使用的是Vapor Chamber真空腔均热板散热器,实际上NVIDIA公版散热器使用VC散热技术已经很久了,至少GTX 580显卡时代就有了。

关于GTX 1080显卡的SLI多卡互联,此前说只支持2-Way SLI,实际上并不是这样,它还是可以支持3-Way或者4-Way SLI技术的,不过官方更建议使用2-Way SLI,目前的SLI HB桥也只有2-Way的。不过从NVIDIA的态度来看,他们对3-Way及4-Way SLI的支持不那么积极了,玩家要想获得3/4路SLI支持可能会比较麻烦,需要Enthusiast Key,也就是说用户需要从NVIDIA官方下载密钥,然后才能解锁3/4-Way SLI功能。

此外,发布会NVIDIA还宣布更有信仰的SLI HB桥,目前只有2-Way SLI。与之前的SLI桥相比,SLI HB桥的接口频率从之前的400MHz提高到了650MHz,可以支持5K或者环绕多屏了,听着很不错,问题是这个SLI HB桥要单独买,而且售价不会便宜,这简直是赚钱的新方式啊,信仰真的能卖钱了。

不过NVIDIA并不会限制传统的SLI桥,只不过接口频率就只能用之前的400MHz了。

视频接口方面,还是DL-DVI、HDMI 2.0及DP*3的组合,不过实际上有升级,HDMI支持到2.0b标准,DP接口完全支持DP 1.3标准,还支持DP 1.4,不过没认证而已。

在这一点上,NVIDIA又领先了一点点,AMD新一代Polaris显卡确定支持HDMI 2.0及DP 1.3,不过没有NVIDIA这么激进。

供电接口也是一大改变,以往的高端卡接口多是8+6pin或者6+6pin供电,这次的GTX 1080显卡使用的是单8pin接口,供电能力其实跟双6pin是一样的,都是150W,再加上PCI-E供电的75W,可以提供225W的供电能力,而显卡的TDP功耗是180W。

GeForce GTX 1080显卡PCB:5+1相供电

与4+1相的GTX 980、6+2相的GTX 980 Ti显卡相比,GTX 1080显卡的供电设计介于二者之间,是5+1相供电,对TDP功耗只有180W的GTX 1080显卡来说是足够用的,但不如GTX 980 Ti那样略显豪华。

不过跟GTX 980显卡类似,GTX 1080显卡也留下了空焊位,核心供电显然是可以做到6相的,MOSFET芯片也可以更多。

另外,整个PCB的布局并不是那么紧凑,多余的空间还是挺多的,其实GTX 1080显卡完全可以把PCB做的更小,整个显卡的长度也能缩小一圈,但NVIDIA并没有这么做,可能是为了兼容现有的散热器吧。

GTX 1080显卡输入端是全固态电容、钽电容、R22贴片电感、1上1下MOSFET,输出端则是聚合物电容,整体用料规格还算不错,但如果你以5000+的价格来看,供电用料确实不够豪华,达不到发烧级别,这个只能靠非公版去弥补了。

GTX 1080显卡虽然没用上HBM 2显存,不过它用的也不是普通GDDR5显存,而是美光的GDDR5X显存,我们之前介绍过GDDR5X的特色,它是GDDR5显存的改良版,没有提高实际运行频率,但数据预读位宽翻倍,总带宽大幅提升。

目前目前量产的GDDR5X显存编号是MT58K256M32,速率10Gbps,电压1.35V,核心容量8Gb(1GB),GTX 1080只需要8颗就能实现8GB大容量。

测试平台及说明

测试平台的硬件及软件配置如图:

GeForce GTX 1080 vs.GTX 980:1080p及4K性能

从血统上来看,GTX 1080显卡要取代的目标是GTX 980显卡,后者发布于2年前了,基于Maxwell架构的GM204核心。作为新一代产品,GTX 1080显卡无论频率还是CUDA核心数都碾压GTX 980显卡,1080p及4K下性能提升57%、61%,这个增幅在这几代NVIDIA显卡升级中已经很惊人了。

GeForce GTX 1080 vs.GTX 980:1080p及4K性能

从血统上来看,GTX 1080显卡要取代的目标是GTX 980显卡,后者发布于2年前了,基于Maxwell架构的GM204核心。作为新一代产品,GTX 1080显卡无论频率还是CUDA核心数都碾压GTX 980显卡,1080p及4K下性能提升57%、61%,这个增幅在这几代NVIDIA显卡升级中已经很惊人了。

GeForce GTX 1080 vs.GTX 980 Ti:1080p及4K性能

GTX 1080性能碾压GTX 980其实毫不让人意外,因为它虽然披着GP104的皮,但价位上已经看齐了GTX 980 Ti这种GM200大核心的产品。在GTX 1080发布会上,NVIDIA用来对比的也多是GTX 980 Ti显卡,号称(VR)性能、效率是GTX 980 Ti显卡的2倍、3倍。

这个梗我们之前解释过了,虽然GTX 1080显卡的性能决不可能达到GTX 980 Ti的2倍甚至3倍,但它也确实比GTX 980 Ti显卡更强一些,大部分游戏中领先的幅度都在20-30%之间,算下来平均领先25%左右。

值得注意的是,游戏性能之外的计算性能中,Computemark提升明显,但Luxmark 2.0中提升不大,不论是对GTX 980还是GTX 980 Ti来说都是如此,这意味着显卡的双精度浮点设计变化并不大,有机会的话我们后续还会针对显卡的计算性能做单独测试。

GeForce GTX 1080 vs.Fury X:1080p及4K性能

对AMD来说,他们今年的重点并不在旗舰级显卡上,目前的旗舰主力还是去年的Fury X显卡,而上个月发布的Radeon Pro Duo依然是目前最强大的显卡,但与GTX 1080显卡也不在一个级别上,NVIDIA对付Fury X显卡的话用GTX 980 Ti就足够了,现在GTX 1080显卡出马,只不过是把差距拉得更大而已。

散热及噪音测试:还是熟悉的味道

GTX 1080显卡散热器换了风格,不过散热结构并没有变化,而且整个显卡的温控策略实际上跟GTX 980/980 Ti显卡也是基本一致的,依然是我们熟悉的那个味道。

温度测试在室内空调环境下测得,室温24-25°C左右,裸机测试。

从GM204到GM200核心,NVIDIA显卡待机频率有所调整,GTX 980待机时核心/显存频率是135、162MHz,GTX 980 Ti是135、202MHz,到了GTX 1080显卡上,待机核心频率约为139MHz,显存频率则低至101MHz,这个变化可能跟GDDR5X显存的优化有关。

温度方面,待机温度32°C,与GTX 980、GTX 980 Ti显卡基本没差,风扇转速也只有1100RPM左右,相当安静,其实NVIDIA公版显卡也可以引入GTX 950那样的低负载风扇停转技术了。

Heaven 4.0测试中,GTX 1080显卡温度达到了82°C左右,风扇转速在2100RPM,整体温度与GTX 980 Ti差不多,比GTX 980略高。

Furmark拷机时除了Fury X之外的所有显卡都会开启降频保护,GTX 1080显卡从1.8GHz降频到1.5GHz,温度维持在83°C左右,风扇转速也是2100RPM左右。

总之,与NVIDIA自家显卡相比,GTX 1080的温度策略相似,最高温度在80-83°C左右,风扇转速在2100RPM左右,与GTX 980差不多,但低于GTX 980 Ti,所以噪音方面也要比GTX 980 Ti低,最高负载下也只有轻微的风扇声,而GTX 980 Ti的风扇声已经有些吵了。

与对手相比,AMD的公版卡使用的是一体式水冷散热器,在温控方面有先天优势,在这一点上纯风冷的GTX 1080是无法相提并论的。

一级小标题:整机功耗测试:新架构、新工艺的实力证明

每次显卡架构升级,我们除了期待性能提升之外,也希望显卡的功耗进一步降低,特别是这次的GTX 1080显卡制程从28nm提升到了16nm FinFET工艺,跨越了2个等级,再加上Pascal架构的改进,功耗是最值得大家期待的亮点之一。

GTX 1080显卡超频测试:2GHz已经不是事儿了

早在28nm Kepler架构的GTX 680发布时,当时超频玩家挑战的一个极限目标就是2GHz频率,后来多次尝试之后终于有超频玩家实现这个目标了。极限超频破2GHz对普通玩家来说没什么用,因为我们不可能拥有那样的超频条件,但在GTX 1080显卡上,风冷2GHz已经变得轻松如常了。

从之前GP100核心发布之时,小编就惊讶16nm GPU的频率可以如此之高,Tesla P100这样的高性能加速卡频率都有1480MHz,而GTX 1080显卡基础频率就有1607MHz,加速频率1733MHz,实际运行中频率基本上维持在1800MHz了,比GTX 980显卡至少提升了500MHz。

那么留给玩家的超频空间还有多少呢?

GTX 1080超频需要新的超频工具,索泰这次也针对新卡推出了FireStorm超频软件,界面做了调整,提升了美观度。

功能方面,索泰FireStorm支持核心频率、电压、显存窜率、TDP功耗、温度上限及显示频率调节,但是GTX 1080的电压是不可调的,考虑到NVIDIA越来越苛刻的限制,以后恐怕也是不会开放电压调节的,除非硬改。

最终的超频结果是核心频率增加了400MHz,显存频率增加了500MHz,这些数值是超频软件显示的,不过与GPU-Z监视的不太一样,后者监视的最高频率是2062.5MHz,显存频率1377MHz( 默认是1251MHz,),也就是11Gbps了。

3DMark FireStrike Ultra总分从之前的4987分提高到了5511分,GPU分数从4967提高到了5532分,分别提升10.5%、11.1%。

这次的超频超频还只是初步的,考虑到散热及供电的限制(超频软件解锁温度到92°C了,但监测最高还是83°C),非公版上市之后GTX 1080显卡的超频潜力还可以更高,预计水冷以及液氮环境中还能创造更高的记录。

GeForce GTX 1080:新王者来了,但更贵了

GTX 1080显卡是一次架构、工艺全面升级,那么它到底给我们带来了什么升级呢?

·全新的散热器外观,金属背板回归,锋芒毕露,更讨游戏玩家喜欢。

·更强大的游戏性能,比GTX 980显卡提升60%,比GTX 980 Ti提升25%。

·更高的8GB显存,而且是GDDR5X显存,带宽提升40%。

·更低的功耗,性能比GTX 980 Ti强的同时功耗更低。

·温控表现优异,最高温度维持在83°C,但噪音比GTX 980 Ti更低。

·极强的超频能力,风冷2GHz已经是小菜一碟。

NVIDIA在发布会上把GTX 1080显卡成为New King新王者,从上面的优点来看它确实值得这个称号,但是封王称霸对NVIDIA来说已经没什么意义了,即便不出GTX 1080显卡,GTX 980 Ti依然可以承担这个重任。

对玩家来说,我们更要关注的是伺候一位新王者所需要付出的代价——GTX 1080显卡的价格已经公布了,普通版是4599元,NVIDIA的Founders Edition,也就是公版是5399元,这价格直逼目前非公版GTX 980 Ti显卡,显然不便宜,不过我们对比下Kepler以来历代NVIDIA旗舰显卡的定价再来说:

这里以GTX 680显卡的性能作为基准(为便于表格观看,基准设置在1000点上),对比了GTX 680、GTX 780、GTX 780 Ti、GTX 980、GTX 1080显卡的建议价,除了GTX 680和GTX 980是GK104、GM204小核心之外,GTX 780/780 Ti/980 Ti这种大核心GPU显卡的价格都不低,而GTX 1080显卡则是以GP204小核心站上了大核心显卡的档次。

所以你说GTX 1080显卡贵吗?不仅贵,而且相当贵,公版就要5399元了,这是有史以来非Ti后缀显卡中售价最高的一款了,其定位将直接取代GTX 980 Ti显卡,因为价格相近的情况下GTX 1080显卡在性能、功耗、噪音及超频上全面领先,消费者根本没必要再选GTX 980 Ti显卡了。

还有一个疑问就是4599元的GTX 1080显卡的命运如何,因为NVIDIA这一次的策略很奇怪——Founders Edition版给人的预期本来是加强版,但实际上是公版,而4599元的价格是给非公版的,但是非公版GTX 1080在供电用料、散热器以及频率参数上显然是要高过公版的,厂商不可能把定价低于公版的5399元,所以这就可能导致一个尴尬的问题——尽管NVIDIA给出了4599元的价格,但自己和厂商开卖的价格都不会低于5399元,只可能更高,这个4599元的GTX 1080显卡更像是个镜中花水中月,你看得到,但得不到。

很多人还在期待AMD的爆发吧,不过可惜的是AMD今年的Polaris显卡定位不是GTX 1080级别的,二者并不在一条战线上,Polaris显卡无论性能或者能效多优秀,很难说能影响到NVIDIA降价。虽然除了NVIDIA之外没人希望看到这样的结果,但下半年的格局恐怕就是这样了,除非AMD真的能提前推出HBM 2显存的Vega 10显卡。

最后,无论你觉得GTX 1080显卡售价偏高还是合理,定价并不影响GTX 1080显卡在架构、工艺上的领先,作为Pascal架构在消费级市场的首次尝试,GTX 1080显卡强大的性能、优秀的温度、功耗控制以及值得期待的超频能力理应得到正视。

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