Графические процессоры NVIDIA GeForce 400

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 27 июля 2010 года

В магазинах до сих пор можно встретить графические ускорители NVIDIA самых разных поколений, в том числе и представленных более пяти лет назад. В частности, ещё вполне актуальны модели на основе чипов десятого поколения, которые относятся к серии GeForce 200, а также карты 300-й серии, представляющие собой перемаркированные GeForce 200, ориентированные на сборщиков и OEM-заказчиков.

Сегодня же у нас пойдёт речь о новейших видеоакселераторах одиннадцатого поколения, входящих в семейство GeForce 400 и призванных конкурировать с ускорителями AMD/ATI серии Radeon HD 5xxx.

Новейшая микроархитектура Fermi, названная в честь одного из создателей атомного реактора итальянского физика Энрико Ферми, была официально представлена 30 сентября 2009 года. Это первая микроархитектура графических ускорителей NVIDIA, поддерживающая программный интерфейс DirectX 11, включая шейдеры версии 5 и аппаратную тесселяцию, а также интерфейсы DirectCompute 11 и OpenCL 1.0, позволяющие использовать видеочип для общих вычислений.

Новый процессор относится к классу MIMD (МКМД - вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных). Спецификации API DirectX 11 потребовали внесения существенных изменений, причём не только количественных, как то увеличение числа вычислительных ядер CUDA, но и качественных - в частности, доработки потоковых мультипроцессоров и геометрического конвейера.

Для аппаратной поддержки тесселяции и алгоритма трассировки лучей в чипах используются параллельно работающие блоки растеризации и полиморфных движков, что позволило существенно поднять производительность рендеринга геометрии. Именно эту особенность можно считать главной, которая отличает новые ГП от микросхем предыдущего поколения.

Чипы с микроархитектурой Fermi получили новый индекс GF (GF100 и GF104), который расшифровывается как "Graphics Fermi". Графический процессор GF100 состоит из движка GigaThread, четырёх больших блоков Graphics Processing Clusters ("Кластеров графической обработки"), в каждый из которых входит по четыре мультипроцессора SM и выделенный движок растеризации. 16 мультипроцессоров, в свою очередь, объединяют 512 потоковых процессоров CUDA - по 32 в каждом SM, четыре текстурных модуля, полиморфный движок и 64 Кб кэш-памяти L1.

В мультипроцессоре установлены по два планировщика для группы CUDA (Warp Scheduler) и по два диспетчера инструкций. 48 блоков ROP сгруппированы в шесть модулей по восемь блоков, каждый из которых работает с одним из шести 64-разрядных контроллеров видеопамяти GDDR5 - общая ширина шины памяти составляет 384 бит. Объём кэш-памяти L2, подключённой к контроллерам кадрового буфера - 768 Кб.

Как ни странно, но NVIDIA не пожелала дать ответ на шестимониторную технологию ATI Eyefinity. Зато в GF100 реализована система NVIDIA 3D Vision Surround, которую можно задействовать на двух видеокартах, работающих в режиме SLI. Благодаря этой технологии, можно выводить одновременно на три монитора трёхмерное изображение высокого разрешения 1920х1080 пикселей или двухмерную картинку с разрешением 2560х1600 точек.

Для просмотра 3D, разумеется, потребуются затворные очки и стереодрайверы, способные "оживить" картинку в нескольких сотнях популярных видеоигр.

Процессоры NVIDIA GeForce 400 производятся по передовой 40-нм технологии, как и конкурирующие AMD/ATI Radeon HD 5xxx. Чип состоит из более чем 3 миллиардов транзисторов. Тактовые частоты ядра ГП несколько ниже, чем у соперников: максимальная штатная частота GF100 составляет 725 МГц, в то время как для Radeon RV870 номинальная частота - 850 МГц. При этом рабочие частоты универсальных процессоров GF100 весьма высоки - до 1401 МГц. Как обычно, производитель варьирует число блоков в микросхеме, что позволяет выпускать на основе одной базовой конструкции несколько вариантов чипа с различной производительностью. В отличие от AMD, NVIDIA пока не представила полную линейку графических процессоров нового поколения и роль "бюджетников" продолжают играть младшие карты 200-й серии.

На данный момент в 400-е семейство входят бюджетная модель GeForce GTX 460 (GF104) и модификации среднего класса GeForce GTX 465/470/480 (GF100). Ожидается, что уже в третьем квартале серия будет дополнена флагманской GeForce GTX 485 (GF100) и двухпроцессорной картой GeForce GTX 490 (GF104).

Роль флагмана временно выполняет графический ускоритель GeForce GTX 480 на основе микросхемы GF100. Это исторически первая карта одиннадцатого поколения, выпущенная 26 марта 2010 года одновременно с более простой модификацией GeForce GTX 470 на базе того же чипа.

Как и следовало ожидать, в тестах на скорость тесселяции, GeForce GTX 480 с лёгкостью обходит конкурирующие AMD/ATI Radeon HD 5870/5970, что подтверждается многочисленными независимыми тестами. А вот что касается производительности в реальных игровых приложениях, разработчики которых пока довольно осторожно применяют алгоритмы тесселяции, тут преимущество 480-й не столь очевидно. В некоторых случаях в играх для DirectX 10 она и вовсе уступает соперникам.

Пока на прилавках российских магазинов не замечены "нестандартныe" NVIDIA GeForce GTX 480 - все карты выполнены в соответствии с эталонной конструкцией и отличаются лишь логотипами вендоров. Поэтому выявленные различными тестами недостатки этих ускорителей типичны для любых 480-х. Собственно, этот недостаток один: высокое энергопотребление, тепловыделение и, следовательно, громоздкая и шумная система охлаждения.

Несмотря на то, что по данным производителя карта должна потреблять не более 250 Вт, в некоторых играх её аппетиты превышают 300 Вт, что стоит иметь в виду при выборе блока питания для сборки системы с этим ускорителем.

• Графический процессор GF100

• 480 универсальных процессоров

• 60 текстурных и 48 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 700 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1401 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3696 МГц (4 х 924 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1,5 Гб

• Шина памяти - 384 бит

• Пропускная способность памяти - 177,4 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 42,0 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 33,6 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1344,96 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 250 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 500 долларов.

Ожидаемый в ближайшее время флагман будет отличаться от GeForce GTX 480, прежде всего, всеми 512-ю универсальными процессорами - в 480-й активированы лишь 480 из них, - а также чуть более высокими рабочими частотами и модернизированной системой охлаждения. Скорее всего, эта карточка будет ненамного дороже нынешней топ-модели: специалисты ожидают, что разница в цене составит всего порядка 20 долларов.

• Графический процессор GF100

• 512 универсальных процессоров

• 64 текстурных и 48 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 720 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1440 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3696 МГц (4 х 924 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1,5 Гб

• Шина памяти - 384 бит

• Пропускная способность памяти - 177,4 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 46,0 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 34,6 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1475 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - нет данных

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - нет данных.

Двухпроцессорная карта GeForce GTX 490, дальний родственник GeForce 9800 GX2, по некоторым сведениям, будет оснащена двумя чипами GF104, которые чуть проще, чем GF100: в частности, у них всего два кластера графической обработки, восемь мультипроцессоров и 384 универсальных процессора, а шина памяти урезана до 256 бит.

Этот же кристалл с одним отключённым мультипроцессором используется в бюджетной модели GeForce GTX 460. По расчётам разработчиков, два таких чипа, работающих параллельно, вполне могут составить альтернативу одночиповой GeForce GTX 480. Сложно сказать, будет ли она 490-я дешевле 480-й, но уже сейчас очевидно, что её энергопотребление достигнет 375 Вт, что вряд ли можно отнести к достоинствам конструкции.

• Два графических процессора GF104

• 768 универсальных процессоров

• 128 текстурных и 64 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 700 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1400 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 4000 МГц (4 х 1000 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1,5 Гб

• Шина памяти - 384 бит

• Пропускная способность памяти - 256 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - нет данных

• Максимальная скорость закраски - нет данных

• Максимальная производительность - нет данных

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 375 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - нет данных.

Карта среднего класса GeForce GTX 470 интересна тем, что она на целых 150 долларов дешевле GeForce GTX 480, но при этом, как показывают тесты, не слишком уступает "старшей сестре" в мощности и хорошо поддаётся разгону. В 470-й 14 мультипроцессоров, а шина памяти сужена до 320 бит, что ограничило объём кадрового буфера 1280 мегабайтами. По производительности карточка напрямую конкурирует с AMD/ATI Radeon HD 5850, но, к сожалению, она заметно "прожорливей" и "горячей" соперника и, к тому же, дороже его.

• Графический процессор GF100

• 448 универсальных процессоров

• 56 текстурных и 40 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 607 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1215 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3348 МГц (4 х 837 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1,28 Гб

• Шина памяти - 320 бит

• Пропускная способность памяти - 133,9 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 34 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 24,28 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1088,64 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 215 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 350 долларов.

"Начальный средний класс" представлен видеокартой GeForce GTX 465, младшей из построенных на основе микросхемы GF100. При этом она лишилась уже четырёх мультипроцессоров по сравнению с GeForce GTX 480, а ширина шины памяти составляет всего 256 бит. Это прямой конкурент Radeon HD 5830, но недостатки у неё те же, что и у GeForce GTX 470: она "горячей" и дороже карточки AMD/ATI.

• Графический процессор GF100

• 352 универсальных процессоров

• 44 текстурных и 32 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 607 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1215 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3206 МГц (4 х 801,5 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1 Гб

• Шина памяти - 256 бит

• Пропускная способность памяти - 102,6 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 26,71 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 19,42 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 855,36 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 200 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 280 долларов.

Самая простая карта одиннадцатого поколения - GeForce GTX 460, но её всё-таки сложно отнести к бюджетным: это вполне достойный игровой видеоускоритель, способный справиться с современными компьютерными играми, пусть и не на максимальных настройках качества. В чипе GF104 на миллиард c небольшим транзисторов меньше, чем в GF100, число мультипроцессоров снизилось до семи, а шина памяти - до 192 или 256 бит, в зависимости от модификации. Единственная причина, мешающая GeForce GTX 460 на равных конкурировать с Radeon HD 5770, всё та же - завышенная цена.

• Графический процессор GF104

• 336 универсальных процессоров

• 56 текстурных и 24/32 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 675 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1350 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3600 МГц (4 х 900 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 768 Мб/1 Гб

• Шина памяти - 192/256 бит

• Пропускная способность памяти - 86,4/115,2 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 37,8 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 16,2/21,6 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 907 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, DisplayPort, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 150/160 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.0, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 200/230 долларов.

Во второй части этой статьи мы расскажем о некоторых конкретных моделях видеокарт серии NVIDIA GeForce 400, имеющихся в продаже в российских магазинах.