Nvidia GeForce GTX 580: прирожденный победитель

Графическая архитектура Ферми от Nvidia не легко нашла свой путь на рынок, но теперь GPU, которому суждено стать флагманом компании, а также целая индустрия двигаются в этом направлении.

GF100, первый графический процессор серии Ферми, должен был быть лучшим среди одночиповых решений, но Nvidia испытала с ним серьезные проблемы. Несмотря на свой негативный опыт с чипом G200, компания еще раз попыталась выступить с «самым быстрым процессором в мире графики», упаковав целых 3 миллиарда транзисторов в GF100. Как следствие такой сложности, GF100 вышел слишком большой, сложный и горячий, несмотря на производство по 40-нм технологии. Его потребляемая мощность была также огромной. Все усилия в GF100 были направлены на то, чтобы включить 512 универсальных потоковых процессоров, 64 блока отображения текстур, 48 блоков растеризации и шину с 384-битным доступом к местным модулям памяти GDDR5. Хотя не было никаких серьезных проблем с графической памятью и блоками растеризации, Nvidia не удалось достигнуть приемлемого выхода чипов с запланированной степенью сложности на имеющемся производственном процессе. Как результат, флагманская модель новой серии была выпущена в урезанной конфигурации с 480 потоковыми процессорами и 60 блоками отображения текстур. Официальной выпуск был объявлен 26 марта 2010 года, новые карты появились на рынке только в апреле, и в очень ограниченных количествах.

Видеокарта GeForce GTX 480 на данный момент хорошо представлена на прилавках различными производителями, но не имеет исключительной производительности для своего класса из-за урезанной конфигурации GPU и довольно низкой тактовой частоты. Она оказалась не в состоянии поколебать позиции лидера Radeon HD 5970. Одной из причин для этого послужил дисбаланс подсистемы отображения текстур. GeForce GTX 480 имела только 60 блоков TMU и частота их была на достаточно низком уровне. Кроме того, ее блоки TMU не смогли обрабатывать текстуры в формате FP16, который весьма популярен в играх на сегодняшний день, на полной скорости. Специалисты как один согласились, что это узкое место в дизайне GeForce GTX 480. Это была плохая новость для Nvidia, и ситуация требовала улучшения. Первые новости о новом преемнике Nvidia GeForce GTX 480 появились еще в октябре.

Задолго до официального объявления преемника GF100 ходили слухи в Интернете, что следующий основной флагман от Nvidia будет обладать не только 512 потоковыми процессорами, но и 128 блоками отображения текстур, чтобы избавиться от одного из узких мест архитектуры Ферми и сделать новый GPU конкурентоспособным в предстоящей борьбе с AMD Radeon HD 6900 Series. Конечно, выигрыш в такой борьбе не изменит радикально положение дел для разработчиков, потому что дорогие видеокарты составляют лишь небольшую долю в общих объемах продаж. Доступные по цене продукты продаются по $ 200-250 и ниже и приносят основной доход для AMD и Nvidia. Однако, премиум-класс видеокарт имеет важное значение для маркетинговых соображений, так как они говорят всему миру о способности компании разрабатывать и производить передовые технологические решения. Быть технологическим лидером, значит, получить весьма позитивную огласку. Мы, со своей стороны, должны признаться, что бенчмаркинг топовых видеокарт является гораздо более интересным для нас. Опять же, это ставит остальные решения победившей компании в центре внимания.

Так как же обстоят дела сейчас? Nvidia удалось нанести превентивный удар по AMD, выпустив GeForce GTX 580 до объявления о Radeon HD 6900 Series. Новая топовая видеокарта будет доказывать, что Nvidia не утратила своей способности развивать супер-быстрые решения графики, способные победить всех своих противников. В этом обзоре мы проверим, что мы можем действительно ожидать от нового претендента на трон в области 3D  графики.

Позиционирование на рынке

Как мы уже сказали выше, GeForce GTX 580 призвана стать новым топовым решением от Nvidia, флагманом всех представителей Ферми, доказательством технологического превосходства компании в развитии графической индустрии, и победным козырем против наступающей серии Radeon HD 6900. Давайте сначала посмотрим, как спецификации новой карты улучшились по сравнению с GeForce GTX 480.

Первое, что мы видим — выросли тактовые частоты графического ядра и памяти. При прочих равных условиях этот факт сам по себе будет делать новую карту значительно быстрее. Площадь стала меньше на 9 квадратных миллиметров. Это ожидаемый результат оптимизации в преемнике GF100. Несколько неожиданным является то, что новый GPU включает на 200 миллионов транзисторов меньше, чем его предшественник. Это не мелочь, 200 миллионов транзисторов составляли довольно большую часть активной зоны. Хотя все официальные источники говорят, что GF100 содержит 3200 млн транзисторов, никто, кроме самих разработчиков GPU, не может знать точное число транзисторов. Программное обеспечение просто отображает, что написано в их базах данных. На самом деле невозможно узнать точное количество транзисторов в данном чипе. GF110 может быть действительно тоньше, чем его предшественник за счет оптимизации, но разница может быть что-то вроде «3090000000 против 3150 млн», и это будет звучать гораздо более реалистично, чем потери в размере 200 млн. транзисторов с учетом того, что два графических процессора имеют ту же архитектуру и то же число функциональных подразделений.

Далее мы видим 512 активных ALU. Это же количество физически присутствует в GF100, но некоторые из них не были активированы. Структура нового графического ядра сохранилась.

Каждый из четырех кластеров графических процессоров включает в себя четыре многопроцессорных потока. Каждый из мультипроцессоров состоит из 32 исполнительных ядер общего назначения и имеет четыре модуля отображения текстур.

Были слухи, что Nvidia увеличит число текстурных процессоров в GF110 до 128, чтобы исправить дисбаланс TMU подсистемы GF100, но новое ядро до сих пор обладает лишь 64 TMU. Однако, разработчики пересмотрели свою архитектуру так, что блоки TMU могут фильтровать все форматы текстур на полной скорости, в то время как GF100 выполняет фильтрацию FP16 текстур на половинной скорости. Это похоже на структуру процессоров G80 и G92: G80 имел два фильтра для каждого блока выборки, в то время как в G92 было одинаковое количество обоих типов блоков. Как результат, G80 имел явное преимущество при выполнении анизотропной фильтрации. На самом деле все обстоит гораздо сложнее с GF100 и GF110, и мы не будем бродить в тумане, так как мы не знаем деталей дизайна TMU в архитектуре Ферми. Давайте просто примем это как должное, что если GF110 может обрабатывать текстуры всех форматов на полной скорости, это позволяет ему превосходить своего предшественника в современных играх, которые широко используют формат текстур FP16.

Кроме улучшения блоков отображения текстур, Nvidia также оптимизировала алгоритмы выборки. В сочетании с 512 активными ALU, это должно гарантировать GeForce GTX 580 первое место среди самых быстрых одночиповых видеокарт и, возможно, сделать ее достаточно сильной в борьбе с многолетним лидером Radeon HD 5970, двухпроцессорным решением.

Что касается тесселяции, не было никаких проблем в этой области с GF100 и даже с GF104. GF110 будет несколько быстрее при выполнении тесселяции, потому что все 16 блоков обработки геометрии активны, в то время как ее предшественник имел только 15 (и эти блоки также работают на частоте выше частоты в новых GPU). AMD может есть что сказать по этому поводу в ее предстоящих Radeon HD 6900, но до сих пор решения Nvidia сильнее в этом отношении. Хотя есть мнение, что чрезмерная тесселяция может оказаться ненужной и даже вредной, то есть лучше иметь видеокарту, которая в состоянии справиться с такими сценами, как в HAWX 2, в которых насчитывается до 1,5 млн. полигонов в кадре. Каждый аргумент против слишком сильной тесселяции выглядит неполноценно по сравнению с реальным аппаратным устройством, способным провести такую масштабную работу по тесселяции. С другой стороны, Nvidia утверждает, что ее решения в 20 раз быстрее при тесселяции, чем у их противника, но этому не следует слепо доверять без практической проверки. Кроме того, большая проблема с тесселяцией заключается в том, что на данный момент еще очень мало игр, использующих ее.

Суммируя все вышесказанное, Nvidia GeForce GTX 580 выглядит хорошим сбалансированным решением премиум-класса. Ее рекомендованная цена равна цене GeForce GTX 480 на момент объявления, то есть $ 499. Это делает новую карту более привлекательной, чем Radeon HD 5970, которая до сих пор не может быть найдена меньше, чем за $ 600.

Дизайн PCB

Все современные топовые видеокарты похожи друг на друга или очень близки по внешнему виду. Новая Nvidia GeForce GTX 580 имеет достаточно стандартный внешний вид:

  

GeForce GTX 580

  

GeForce GTX 480

Незначительные визуальные изменения по сравнению с предыдущим флагманом. GeForce GTX 580 не хватает щели в корпусе кулера, в которую выглядывает металлическая крышка радиатора кулера в GeForce GTX 480. Эта крышка довольно сильно разогревается при работе. Новая карта имеет другую конструкцию кулера, поэтому она не имеет тепловых трубок, торчащих из корпуса кулера. Nvidia настроена весьма оптимистично по поводу нового дизайна кулера, но если вы установите две видеокарты GeForce GTX 580 в тандем SLI, вентилятор верхней карты будет испытывать проблемы с подачей воздуха, блокируемого нижней картой. «SLI-оптимизированная» форма корпуса кулера вряд ли может помочь, потому что оптимизация сводится к небольшому сужению в районе вентилятора.

Есть много сходства между печатными платами GeForce GTX 580 и GeForce GTX 480. Разработчики скопировали некоторые блоки старшей PCB при разработке новой (довольно эффективный метод развития, который помогает сократить время и затраты, необходимые для создания новой печатной платы с нуля). Пустая задняя часть PCB имела обыкновение нести на себе вентиляционные отверстия, что позволяет предположить, что GeForce GTX 580, возможно, может быть сделана короче. С другой стороны, нет никаких веских причин для этого. Верхнее расположение разъемов питания предотвращает любые проблемы с подключением силовых кабелей в коротком системном блоке. Эта карта не будет вписываться в компактные корпуса, но, на самом деле, никто на это и не рассчитывал.

Подсистема питания GeForce GTX 580 такая же, как у предшественника, построена по схеме 6+2: 6-фазный регулятор напряжения GPU управляется контроллером CHL8266 от CHiL  Semiconductor, который расположен на обратной стороне PCB.

Внизу PCB имеется место для чипа такого же размера, но мы не знаем его назначения. Nvidia говорит, что GeForce GTX 580 оснащена современной системой мониторинга питания, но указывает на другое место в презентации, где мы можем рассмотреть только два крошечных чипа с пометкой A219.

Существует одно отличие, касающееся подсистемы памяти: вместо популярных uP6210 контроллеров, регулятор напряжения памяти управляется чипом APW7088 от Anpec Electronics. Видеокарта имеет два разъема питания: 6-контактный и 8-контактный. Последнее не кажется избыточным даже с учетом обещанных улучшений в области энергоэффективности.

Как и GeForce GTX 480, новая карта оснащена памятью GDDR5 в чипах K4G10325FE-HC04 от Samsung. Это 1Gb (32Mbx32) чипы с номинальной частотой 1250 (5000) МГц. И, как у предыдущего флагмана, карта не использует память на такой скорости, хотя в новинке частота памяти увеличена до 1002 (4008) МГц. Карта несет 12 чипов памяти общей емкостью 1536 Мб,  доступ к которым осуществляется через шину 384 бит. Пропускная способность памяти является весьма впечатляющей для карт с одним GPU, а именно 192,4 Гбит / с. Двухпроцессорная Radeon HD 5970 является единственной моделью, которая может похвастаться более высокой пропускной способностью памяти только потому, что она имеет два независимых банка памяти с доступом 256 бит. GeForce GTX 580 снижает свою частоту памяти до 162 (648) МГц и до 68 (270) МГц в двух энергосберегающих режимах. Популярная утилита MSI Afterburner сообщает о частотах 2004, 324, и 134 МГц соответственно.

GPU нашего образца карты имеет ревизию А1. Его маркировка содержит тот же код 375, как и маркировка GF100. Мы полагаем, это число обозначает образцы GPU, которые прошли жесткий контроль частоты. GF110 ничем не отличается от GF100 в размерах. Эти процессоры, кажется, даже совместимы по контактам. Наш образец был изготовлен на 38-й неделе 2010 года, то есть между 19 и 27 сентября.

MSI Afterburner определяет основные частоты видеокарты правильно, но показывает половину, а не четверть эффективной частоты памяти GDDR5 карты. Версия 2.0.0 этого программного инструмента не может контролировать напряжение GPU, но предлагает возможности мониторинга. Мы можем использовать их, чтобы увидеть, что основные частоты карты снижены до 51/101 МГц в режиме ожидания и до 405/810 МГц в легких задачах, таких, как декодирование видео высокой четкости. Только в 3D-приложениях графическое ядро работает на полной скорости.

Кронштейн крепления новой карты не изменился со времен GeForce GTX 480. Его первый ярус занимают пара DVI-I портов вместе с мини-HDMI, который требует адаптера для подключения стандартного кабеля HDMI. Второй уровень является решеткой вентиляции для отвода горячего воздуха из корпуса системного блока. DisplayPort не поддерживается. Если вы хотите подключить более двух устройств отображения, вы должны построить SLI конфигурацию из двух таких видеокарт с использованием пары стандартных разъемов MIO на лицевой стороне PCB. Это на самом деле типичный набор интерфейсов для современных продуктов Nvidia, но он выглядит довольно ограничено по сравнению с вариантами подключения продуктов Radeon серии.

Система охлаждения

В отличие от дизайна печатной платы, система охлаждения была тщательно переделана. Как мы уже писали выше, нет тепловых трубок, торчащих из корпуса кулера. Это несколько странно, учитывая, что новые карты можно сравнить с GeForce GTX 480 в плане отвода тепла. Ответ прост. Даже не снимая кожух радиатора, мы видим, что Nvidia выбрала испарительную камеру в качестве основы для нового кулера.

Nvidia не пионер в этой области, поскольку ее противник применил это решение в одном из двух вариантов радиаторов Radeon HD 4870 X2. Позже, большая испарительная камера была использована для Radeon HD 5970, где она занималась охлаждением двух ядер Cypress (RV870). Sapphire также применяет камеры испарения в продуктах X-серии.

Радиатор GeForce GTX 580 выполнен аналогичным образом:

Он меньше, чем радиатор Radeon HD 5970, но достаточно большой, чтобы эффективно охлаждать такой горячий чип, как GF110. На снимке вверху испарительная камера в основании радиатора, несущая на себе тонкие алюминиевые пластины. В правом нижнем углу есть запаянное отверстие, через которое на заводе теплоноситель заливают в камеру.

Принцип работы испарительной камеры очень прост. На самом деле это одна большая и плоская тепловая трубка. Охлаждающая жидкость испаряется в месте контакта между нижней частью камеры и крышкой GPU, а затем конденсируется в верхней части камеры, передавая тепло ребрам радиатора, а затем стекает по капиллярной поверхности, чтобы начать весь процесс заново. Так как внутри камеры создан вакуум, охлаждающая жидкость начинает кипеть при низкой температуре, в то время как небольшое расстояние между поверхностями, которые получают и выделяют тепло, ускоряет весь процесс теплообмена. Важным преимуществом испарительной камеры является то, что она компактна. Нет необходимости монтировать кучу толстых тепловых трубок, как в системе охлаждения GeForce GTX 480.

Недостатком этой конструкции является то, что верхние разделы ребер радиатора не прогреваются, потому что они не получают тепло непосредственно, а только опираясь на теплопроводность алюминия, но конструкция с более эффективной камерой должна справиться со своей задачей. Мы проверим это в следующем разделе нашего обзора.

Потребляемая мощность, температура, уровень шума

Nvidia заявляет в маркетинговых материалах, что GeForce GTX 580 показывает более высокую энергоэффективность по сравнению с ее предшественником, а также имеет более низкий TDP. Конечно, мы должны проверить это на практике. Таким образом, мы взяли наш образец карты и измерили ее энергопотребление.

GeForce GTX 580 не имеет пиковой мощности в 3D-приложениях ниже по сравнению с предыдущей моделью флагмана. Мы едва ли можем это ожидать, потому что новая карта имеет больше включенных блоков обработки, а также большую тактовую частоту. Тем не менее, весьма впечатляюще, что разработчикам удалось сохранить энергопотребление новых карт в пределах, установленных GeForce GTX 480.

Судя по нагрузке на отдельные линии питания, мы видим, что 8-контактный разъем питания действительно необходим. Его нагрузка может достигать 13-15 ампер в 3D-приложениях, что находится за пределами рекомендованного уровня в 150 ватт. Также можно отметить поведение карты в OCCT: GPU — испытания выявляют наличие механизма защиты Nvidia, реализованного в GeForce GTX 580, для защиты ее от перегрузки в стресс-тестах, таких как OCCT или FurMark, которые могут повредить видеокарту, подвергнув ее нереально высоким нагрузкам. Механизм защиты представляет собой что-то вроде Thermal Throttling Intel и позволяет GPU пропустить несколько тактов.

Электрические параметры GeForce GTX 580 лучше, чем у ее предшественника в других режимах. Кстати, результат 70 Вт при воспроизведении HD-видео с дисков Blu-Ray не совсем верный. Потребляемая мощность карты понижается в режиме воспроизведения видео до 30-35 Вт через некоторое время, но не мгновенно.

GeForce GTX 580 также стала более экономичной в режиме ожидания, хотя она не так эффективна, как AMD решения с их технологией PowerPlay. С другой стороны, новая карта от Nvidia выглядит великолепно против Radeon HD 5970 в этом отношении.

Новая система охлаждения от Nvidia очень хороша, нечего и сказать. Несмотря на увеличение тактовой частоты и 512 активных ALU, температура GPU GeForce GTX 580 никогда не бывает выше, чем 86 ° С, тогда как GPU более медленной GeForce GTX 480, которая имеет большой радиатор с пятью тепловыми трубками и технологией прямого контакта, разогревается до 91 ° C при тех же условиях. Испарительная камера, очевидно, более эффективна и, в то же время, более компактна. Температура нового флагмана ниже и в режиме ожидания, что связано с улучшенной системой управления питанием. В целом, мы довольны тепловыми параметрами референсной карты GeForce GTX 580, учитывая, что это топовый продукт.

Высокопроизводительный радиатор с испарительной камерой делает GeForce GTX 580 намного более удобной с точки зрения шумности. Карта практически бесшумная в режиме 2D. Наш стенд замеряет шум в 38 дБА, мы не могли услышать звук GeForce GTX 580 на фоне шумов других компонентов, таких, как вентиляторы системного блока, блока питания, жестких дисков и т.д. Вентилятор карты вращался на 1300 об / мин, в соответствии с MSI Afterburner.

Конечно, почти невозможно сделать такое решение премиум-класса абсолютно бесшумным, так как оно выделяет более 250 Вт тепла. Поэтому вентилятор ускоряется при запуске 3D-приложений до 2940 об / мин, а уровень шума поднимается. Однако, даже после запуска OCCT: GPU на некоторое время, видеокарта оставалась вполне комфортной в плане шумности, будучи немного громче, чем GeForce GTX 470 и Radeon HD 6870. Референсный кулер от GeForce GTX 480 далеко уступает в этом отношении.

Таким образом, GeForce GTX 580 являет собой отличное сочетание электрических, тепловых и шумовых характеристик.

Заключение

Так что же представляет собой GeForce GTX 580, новый флагман от Nvidia? В самом деле, эта карта является тем, на что GeForce GTX 480 была направлена в свое время. Архитектура была улучшена настолько, что теперь чип может обрабатывать текстуры во всех форматах на полной скорости. В сочетании с оптимизацией производственного процесса, который позволяет функционировать на большей тактовой частоте, GF110 избавился от типичных узких мест своего предшественника GF100. GeForce GTX 580 выходит в свет сбалансированным решением премиум-класса без каких-либо очевидных недостатков и с отличной производительностью в современных играх.

Это действительно самая быстрая одночиповая видеокарта из доступных сегодня. Кроме того, она бросила вызов ранее непревзойденной Radeon HD 5970. Учитывая низкую цену GeForce GTX 580, AMD теряет свое превосходство в секторе продуктов премиум-класса, по крайней мере до следующего поколения двухпроцессорных Radeon HD карт. Самое главное, что GeForce GTX 580 является гораздо более удобной, чем ее противник в плане шумности, и уступает лишь в энергопотреблении. Однако, она получает такое же питание, как GeForce GTX 480 в 3D-приложениях, будучи быстрее. Кроме того, карта более экономичная, чем ее предшественник и Radeon HD 5970 в режиме энергосбережения.

Таким образом, GeForce GTX 580 является идеальным предложением для любого игрока, который может позволить себе отдать $ 500 за видеокарту. Она не может стать бестселлером по понятным причинам, но заслуженно получает звание лучшего продукта премиум-класса.

Плюсы:

Лучшая производительность в своем классе;

Может успешно конкурировать с Radeon HD 5970;

Высокая производительность при включении тесселяции;

Широкий спектр поддерживаемых режимов полноэкранного сглаживания;

Минимальное влияние FSAA на производительность;

Полноценная аппаратное декодирование видео HD;

Высокое качество видео высокой четкости с пост-обработкой и масштабируемостью;

Поддержка эксклюзивных технологий NVIDIA PhysX и 3D Vision в отдельных играх;

Широкий диапазон GPGPU приложений, разработанных специально для NVIDIA CUDA;

Низкий уровень шума;

Высокоэффективная система охлаждения.

Минусы:

Никаких серьезных недостатков не обнаружено.

Вам понравиться

Добавить комментарий