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最快单芯显卡:NV新旗舰GeForce Titan评测

发布时间:[2013-2-22] │来源:IThard.com │作者:易特网
给身边的小伙伴们也看看吧:

易特网 讯:  在基于Kepler架构GK104核心的GeForce GTX 680发布之后,有关NVIDIA“真正的旗舰级”显卡的猜测就没有中断过。因为无论从核心面积还是晶体管规模上来讲,GK104都远不能称得上最顶级。虽然凭借较高的预设频率在游戏性能上小幅胜过HD 7970,但计算性能上却败给了后者。所以,直到今天,有关单芯卡皇的争论依然未休。

  不过,在GK104改走“小核心”路线更加注重能耗比之后,很多人对传说中拥有70亿晶体的GK110的存在可信度一直持有怀疑的态度,认为这种大核不会出现在桌面市场。去年5月份的GTC 2012大会上,基于Kepler架构的真正旗舰GK110核心终于现身,不过却投胎到专业卡Tesla K20/ Tesla K20X身上。GK110就果真与消费市场无缘?然而事实证明,NVIDIA在“地球最快GPU”的争夺上,显然是不肯认输的。

  今年1月份的一则消息振奋人心,根据有关人士爆料,基于Kepler架构大核心GK110的消费级显卡即将出炉,而它的名字也会很特别,可能会叫做“GeForce Titan”。事实上,NVIDIA近年的几代显卡莫不使用“GTX”命名,这个曾经象征高端性能的符号如今已经沦落到主流甚至低端卡身上。或许,再使用“GTX”已经无法凸显出GK110的特别。于是,“Titan(泰坦)”——古希腊巨神的名号被借用过来。

  其实,在此之前,美国能源部橡树岭国家实验室中,配备18688块NVIDIA Tesla K20X(正是基于GK110核心打造)高性能计算卡的现役第一超级计算机的名字也是“Titan”,是不是很有意思呢。

  正如所言,2月19号晚上十点,NVIDIA终极大杀器、真正的单芯旗舰消费级显卡GeForce Titan正式发布。按照NVIDIA的说法,它的发布不仅代表着地球上最快的GPU诞生,同时象征着桌面单芯显卡的最高水平。简单一句话,Titan:单芯最快显卡非我莫属。

                    GeForce Titan
  需要注意的,GeForce Titan将不属于NVIDIA任何一个桌面显卡家族,既不是已经发布的GTX 600,也非传闻已久的GTX 700,只能说是“前无古人,后无来者”了。定位方面,GeForce Titan自然是为绝对的超级发烧友打造,目的就是占领桌面显卡性能的制高点,以毫无争议的性能表现重新夺得单芯卡皇宝座。

  废话不再多说,下面的文章,我们将从核心架构、规格、显卡做工、PCB、游戏性能、温度、功耗以及超频能力等多个方面来了解GeForce Titan。虽然是老架构,但Titan还是带了很多不一样的功能特性,比如GPU Boost 2.0、显示器超频等等。由于测试时间比较紧张(仅有一天,就匆匆发给下家媒体了),所以下面会挑重点进行介绍,计算性能部分这里由于时间关系就不再过多讨论,待今后有时间再进行补全。

老架构上的大核心:GeForce Titan规格详解

  基于Kepler架构,GeForce Titan使用的GK110核心简单来说就是一颗增强放大版的GK104。从核心架构图来看,同样包含主接口(Host Interface,PCI-E 3.0)、GigaThread引擎,每个SMX内有192个FP32 CUDA核心(另有64个F64 CUDA核心),64KB一级缓存、65K个32bit寄存器以及16个纹理单元。图形处理器集群(GPC)增加到5个,每个GPC包含3组极致流式多处理器(SMX)、2个PolyMorph 2.0引擎、1个Raster引擎、8个ROP以及连接1组64bit GDDR5显存控制器。(鉴于Kepler架构我们在GTX 680首发时已做了深入介绍,这里就不再赘述了,感兴趣的读者可参看之前的文章。)

                   GK110核心架构图
  需要指出的是,GeForce Titan并没有完全开启GK110的15组SMX,而是屏蔽了1组,其它部分没有削减(至于为何要屏蔽1组SMX,NVIDA并没有给出解释,功耗?发热?Who Knows)。总得来说就是共计2688个FP32 CUDA核心(896个FP64 CUDA核心)、224个纹理单元、48个ROP、1536KB二级缓存、384bit GDDR5显存位宽,6GB GDDR 5显存。怎么样,是不是很眼熟?这不就是之前Tesla K20X的翻版,也难怪AMD觉得GeForce Titan不是真正意义上的桌面显卡。

                GeForce Titan核心特写

  而核心规模上,GK110也是相当庞大,晶体管数量达到了恐怖的71亿(要知道这是单核心啊),即便使用了28nm工艺,核心面依然达到了551mm2,这几乎相当于GTX 680(GK104、294mm2)的两倍,比GTX 580(GF110、520mm2)还要稍大一些。而NVIDIA给出的一张对比图也相当有趣,对象成了Intel i7 3860 X处理器,无论是核心处理、单精度计算性能,还是晶体管规模,GK110都是“完胜”。或许在NVIDIA看来,GeForce Titan已经“不屑于”和GPU对比了。
  从标识来看,GeForce Titan核心编号为“GK100-400-A1”,生产日期是2012年第50周(年底了),如果算上PCB以及整卡的封装时间,应该就是前不久刚刚出场的,可谓“新鲜出炉”。

  在71亿晶体管、551mm2的数据面前,恐怕不会有人觉得GeForce Titan还能预设高频率了吧。但是,NVIDIA却给了我们一个小小的惊喜,837MHz的基础核心频率相比GTX 680虽然不算太高,但和GTX 580的772MHz、GTX 590的607MHz已经高了太多。而且,典型Boost频率为876MHz(最高可到992MHz),这无疑又给Titan的性能添砖加瓦。

  显存配置方面,GeForce Titan依然使用了等效频率为6000MHz的GDDR 5显存,但是容量由GTX 680的2GB增加到6GB(提高3倍),带宽由192GB/s提升到288GB/s(提高50%)。毫无疑问,在面对高分辨率高画质游戏的时候,GeForce Titan将占据绝对优势。

  此外,GeForce Titan的计算性能相比GTX 680有了长足进步,浮点性能达到了单精度FP32 4.5TFlops、双精度FP64 1.3TFlops(3:1)。相比之下,GTX 680只有单精度FP32 3.09TFlops、双精度FP64 0.13TFlops。
至于功耗方面,GeForce Titan毫无疑问将比GTX 680增加不少——由195W提高到250W(但比GTX 690低50W),外接供电接口也由双6pin变成6+8pin。输出接口上,依然采用2xDual Link DVI+HDMI+DP 1.2的组合,同样具备GTX 680的单芯三屏3D立体幻镜环绕功能。

  特性上,GeForce Titan支持PCI-E 3.0、DirectX 11.1、Shader Model 5.0、OpenGL 4.3以及Open CL 1.2,均为业界最新标准。
和往常一样,NVIDIA直到下午才给出GeForce Titan的国外、国内建议售价。最终结果和我们之前猜测的大致相同:999美元/7999元,虽然很贵,但和要价14888元的华硕ARES II战神卡相比,就小巫见大巫了。

         全新GPU Boost 2.0:不仅能超频还能超显示器
 虽然是老架构,但GeForce Titan却带来了一项非常引人注目的革新:GPU Boost 2.0。
  GPU Boost(GPU动态提速)是GTX 680率先引入的一项技术,其效果类似于Intel的睿频加速(Turbo Boost)以及AMD的动态加速(Turbo Core)。不过对于显卡来说,GPU动态提速算是头一遭,NVIDIA也算是开创了这方面的先河。(GPU Boost详解)

  顾名思义,GPU Boost 2.0是在第一代GPU Boost上升级改良而来的版本。在之前介绍GPU Boost的文章中,我们曾经提到,GPU Boost的实现主要依赖于目标功耗参考值:即设定一个目标功耗,只要显卡的实际负载功耗未到达预订功耗的值,就会触发动态提速机制。

  简单来说,有了GPU Boost 2.0,核心温度只要未达到目标温度值,就可一直加速

  相比第一代GPU Boost,GPU Boost 2.0最大的变化就是依靠目标温度值,而不再单单依赖于目标功耗。虽然这种改动依然会一定程度上考虑到功耗,但本质上是温度优先。这里NVIDIA并没有提供GPU Boost 2.0的详细实现原理,我们获得的资料也比较有限。但根据NVIDIA的说法,GPU Boost 2.0能够获得更为出色的加速频率,而且提升幅度很大。


  当然,这仅仅是一部分。在GTX 680中,核心电压是被锁死的,也就是说,玩家想要进一步超频只能在默认电压下进行,这对于发烧友们来说显然不爽。GeForce Titan这里做出了改变,简单来说,使用GeForce Titan可以进行加压超频,虽然依然有最高值的限定,但这已经比锁死电压强了太多。

       EVGA Precision X 4.0,专门对GeForce Titan进行了优化

  在EVGA最新的Precision X 4.0版本中,就加入了Voltage & Tweaks选项,经过验证,可以将GeForce Titan的核心电压由默认最高的1.162V提升到1.2V,以获得更为出色的超频性能。

  而最具亮点的当属“显示器超频”功能(不少读者应该第一次听说吧)。简单来说,通过第三方软件可以强制提高显示器的刷新率。有何好处呢?为了避免画面“撕裂”让视觉效果更平滑,很多玩家都喜欢在游戏中开启“垂直同步”,但大多数显示器的默认刷新率仅有60Hz,这样以来即便显卡能够跑到100帧以上,但最终展现的帧数也只有60FPS。

  有没有什么两全其美的方法呢?那就是提升显示器的默认刷新率。根据NVDIIA的说法,不少显示器(尤其是高端显示器)都能获得20%以上的“超频幅度”,比如60Hz提高的80Hz,120Hz提高到140Hz。不过经过实际验证,笔者手头的BenQ 24寸显示器无法调高刷新频率,显示超出显示范围。所以,这个功能还是取决于玩家显示器的素质,而且强制提高刷新率很有可能造成损坏。

镁合金外壳/LED背光灯:GeForce Titan外观/细节
  可能有很多玩家看到GeForce Titan的第一眼都有似曾相识的感觉,没错,GeForce Titan的外观设计在很多地方都借鉴了此前发布的双芯GTX 690,比如铝制外壳以及透明窗等。

  相比GTX 690,GeForce Titan最大的改动就是将垂直散热风扇改回了涡轮散热。做工自然没得说,显卡外壳依然采用全铝材质,表面辅以电镀三价铬(Trivalent chromium),不仅可以减轻显卡重量还经久耐磨。

  风扇框架采用镁合金浇铸而成,质地相比普通金属质地更轻、散热效率更高,并且具备不错的隔音特性,应用到这里非常契合旗舰级显卡的身份。中央的的透明窗采用聚碳酸酯(非亚克力)材质,可以起到防尘效果,也让显卡看起来更加时尚。

  此外,GeForce Titan显卡一侧保留了GTX 690独有的LED背光灯(采用2pin供电),GeForce GTX Logo采用激光蚀刻,环境光比较暗的情况下运行时发出浅绿色的光,尤其是晚上效果非常YY。


  GeForce Titan的TDP为250W,双6pin外接供电已经不能满足,这里使用了6+8pin,共计可提供375W的供电能力。

  PCB背面一览,采用10层加强型PCB,并使用2倍铜工艺,用以保证高效的电路传输、降低阻抗以及功耗、减小发热量,同时延长使用寿命。这里可以看到两个SLI接口,也就是说GeForce Titan可以组建四路SLI系统。

  输出接口方面和GTX 680一致,采用双Dual-Link DVI+HDMI+DisplayPort 1.2接口组合,可以实现单卡3屏3D立体环绕(包括3+1)。

6+2相供电/24颗显存:GeForce Titan供电/PCB

  GeForce Titan的PCB长度为10.5英寸(26.67厘米),介于GTX 680(10英寸、25.4厘米)和GTX 690(11英寸、27.94 厘米)之间,用料方面相比GTX 680也有所提升。PCB布局方面和之前的GTX 600系列基本一致,6相核心供电都集中在PCB右侧(另有2相显存供电),12颗显存环绕GPU四周(背面还有12颗)。

  “GK110-400-A1”核心,台积电28nm工艺,内建71亿个晶体管,核心面积551mm2,在GPU中算是超大个头了,比旁边的i5处理器还要大一圈。生产日期是2012年第50周,产地为台湾。

  三星GDDR5显存颗粒,具体编号为“K4G20325FD-FC03”,单颗规格为256MB/16-bit,默认等效频率6008MHz(还有很大超频空间),PCB正反面24颗共同组成6GB/384-bit的显存规格。

  6相核心+2相显存的供电方案,相比GTX 680(4相核心+2相显存)有所提高,用料方面也有所加强,比如使用了电气性能更强的DrMos以及钽电容,对显卡超频以及高负载运行是大有裨益的

    6+8pin外接辅助供电接口及安森美NCP 4206 PWM核心供电主控芯片。

  GeForce Titan的散热器采用一体式金属框架+真空腔均热板+大量铝制散热鳍片+7cm涡轮风扇构成,由于整个散热器使用了铆钉封死,所以这里无法看到散热器内部结构。

  这里看到两个供电接口,其中2pin接口为LED灯供电,而4pin接口为涡轮风扇供电,可实现自动调速。

测试平台配置、测试说明及实测性能一览
  为了保证系统没有瓶颈,最大程度的发挥GeForce GTX Titan和对比测试显卡的性能,我们选择了目前综合性能最为加强悍的SNB-E平台进行测试。鉴于测试时间仅有一天,春节后显卡比较缺,这里仅选择GTX 680进行对比,其它显卡可依次参考。具体测试平台如下:

  软硬件安装完成以后,正确的测试方法是:开机进入到桌面上以后,待系统准备就绪后,才开始运行测试(关闭UAC、屏幕保护程序、系统还原、自动更新等对测试得分有干扰的系统任务)。所有测试项目都运行三遍,在测试成绩稳定、可靠的情况下,我们以其中最好的一次成绩为准。测试驱动为NVIDIA提供的314.09 For Win7/Win8 64bit,操作系统为Windows 8 Pro 64-bit。



  从规格上来讲,晶体管规模、CUDA核心数量、显存带宽以及显存容量,GeForce Titan对GTX 680都做到的全面领先。最终反映到测试结果上,GeForce Titan在绝大多数DX11测试项目中都领先之前的GTX 680 40%以上(比如,在最新发布的3DMark/ Fire Strike Extreme场景中,GeForce Titan获得了4561的高分,相比之下GTX 680仅有3155)。仅有类似于《星际争霸2》这种DX9游戏,GeForce Titan和GTX 680基本都能达到“封顶”帧数,所以看不出太大区别。毫无疑问,GeForce Titan面对AMD最强的单芯旗舰HD 7970 GHz也同样是秒杀。
  而值得一提的是,刚刚上市的重磅大作《Crysis 3》对显卡要求的确非常苛刻,1920x1200分辨率4AA条件下,在其它游戏中毫无压力的GeForce Titan也只获得了38.2帧(刚刚及格),GTX 680更是只有可怜的27.5帧。看来,真正的“显卡危机”又回归了。

周边:显卡温度/功耗/超频及测试总结
温度及功耗测试:

  温度测试方面,选取显卡待机、满载(3DMark Fire Strike Extreme场景)两种状态,利用GPU-Z实时监控,待连续运行10分钟峰值温度稳定后,记录此时各款显卡核心的最高温度。(室温21℃,裸机状态。

  客观来说,温度表现有些出乎意料,毕竟GeForce Titan的核心规模相当之大,而且核心频率并不算低,但在21℃的室温下,待机温度仅有30℃,满载也只有80℃,基本和GeForce GTX 680表现接近。此外,在测试过程中发现,GeForce Titan的风扇转速待机状态下仅有1206 RPM,满载也不过2341 RPM。一直保持较低,噪音控制相当出色。

  功耗测试部分利用功耗仪直接测量整套平台的总功耗,其中包括CPU、主板、内存、硬盘、显卡、电源以及电路损耗所有在内的整机功耗(不包含显示器)。选择显卡待机,满载(3DMark Fire Strike Extreme场景)两种状态,稳定运行10分钟选取期间最大值,测试结果如下:

  功耗测试结果算是在意料之中,待机状态下,GeForce Titan+整机功耗为80W,而满载达到了379W。相比之下,GTX 680+整机功耗为78W、318W。考虑到二者的TDP分别为250W、195W,这个结果基本属于正常水平。

超频测试:
  在上面的章节中,我们介绍了GeForce Titan带来的全新GPU Boost 2.0、可调电压超频,下面我们就借助EVGA最新的Precision X 4.0对显卡的超频能力进行检验。

  EVGA Precision X 4.0主界面,在超频时可设定目标功耗、目标温度值(温度有限),这里可选择关联,也可单独设定。
 

  在最高核心电压1.2V、风扇转速设定如上、目标功耗106%、目标温度95℃的条件下,经过几次尝试,最终将GeForce Titan的核心频率、显存频率(等效)提高到970MHz、6736MHz,提升幅度达到了16%、12%,表现出色。这里可能有人注意到超频之后满载的温度只有76℃,比默认情况下80℃还低。这里主要是我们在超频中重新设定了风扇转速(要高于默认转速)的结果,不过即便是超频后满载,风扇转速最高也只有3402 RPM,并没有太吵。

测试总结:
  本次测试时间上有些紧凑,所以未能照顾到GeForce Titan的方方面面。虽然架构设计方面有些专业卡的意味,但从已经测试的结果来看,GeForce Titan在游戏性能上的表现足以让所有单芯显卡汗颜,无论是GTX 680还是HD 7970 GHz,都要将“最快单芯旗舰卡”这个名号拱手想让。
除了性能之外,GeForce Titan带来的全新GPU Boost 2.0、可调电压超频以及“显示器”超频都让人眼前一亮。对于发烧友玩家来说,以上功能更人性化,也更具可玩性。此外,显卡在温度功耗方面的表现也可圈可点,而噪音控制更是让人印象深刻,除了功耗比GTX 680明显高出不少外,其它方面都相差不多。要知道,GeForce Titan核心里可是藏着71亿晶体管。
毫无疑问,综合各个方面,GeForce Titan都是目前最优异的消费级单芯旗舰显卡。不过,对于GeForce Titan的发布, AMD态度似乎一直有所回避而又含糊其辞。在他们看来,Titan并非真正意义上的(桌面)显卡,并且屡次强调自己的合作伙伴华硕已经发布了世界上最快的ARES II(双芯HD 7990),Titan不是它的对手,暂时没什么威胁。对此,你怎么看呢?
顺便说一句, AMD此前已经明确今年第四季度之前不会发布换代产品,现存的HD 7000系列在今年大部分时间里依然是主力产品。要想看到与GeForce Titan抗衡的单芯A卡,至少要等到年底了。

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