GPU из будущего: обзор GeForce GTX TITAN

Выпустят ли видеокарту на базе GPU GK110? Ответ на этот вопрос мы больше всего хотели услышать от NVIDIA и тогда, когда флагманскую позицию в линейке GeForce 600 занял более простой чип GK104, и тогда, когда GK110 дебютировал в составе профессиональных ускорителей Tesla K20/K20X. Вся история с задержкой выхода «большого Кеплера», а затем и спецификации Tesla K20/K20X заставили было усомниться в перспективах GK110 как игрового GPU. Всем известно, что у NVIDIA были трудности с освоением техпроцесса 28 нм на TSMC, которых не избежал даже гораздо более простой чип GK104, что же говорить о монстре из семи миллиардов транзисторов, которым является GK110. И вот мы видим, что новые модели Tesla получили довольно-таки скромные частоты GPU, а из 15 потоковых мультипроцессоров (SMX) GK110 работоспособны 13 или 14. При этом TDP карточек уже достигает 225-235 Вт.

Подводя итоги 2012 года по дискретной графике, мы предположили два варианта развития событий. Либо NVIDIA все-таки решится попытать счастья с GK110, выпустив на его основе GeForce GTX 780, либо оправдается более скучная версия и в GTX 780 установят обновленную версию GK104. Однако NVIDIA опровергла все предположения о том, в каком качестве представят адаптер на GK110, когда и каков он будет вообще.

⇡#Технические характеристики, цена

Первая неожиданность состоит в том, что адаптер GeForce GTX TITAN на GK110 не относится к линейкам GeForce 600 или 700, он как бы сам по себе. И это значит, что место на плате GTX 780 все-таки зарезервировано для GK114. Второе — то, что TITAN вышел в свет уже сейчас, хотя первый продукт на базе архитектуры Kepler отмечает годовщину только в марте.

Но главное — это тот факт, что GK110 выбрался из производственных неурядиц с минимальными потерями. Из 15 SMX, как и у Tesla K20X, не работает лишь один. Остальные 14 SMX дают фантастическое число активных вычислительных блоков: 2688 ядер CUDA, 224 текстурных модуля, 28 ROP. Сравните с формулой GK104: 1536 ядер CUDA, 128 текстурников, 32 ROP.

GPU TITAN работает на базовой частоте 836 МГц, Boost Clock равняется 876 МГц.

NVIDIA GK104

NVIDIA GK110

Кроме того, GK110 в GTX TITAN не имеет того слабого места, коим у GK104 является 256-битная шина памяти. Здесь шесть работающих контроллеров дают разрядность 384 бит — как у GTX 580 и Radeon HD 7970. Объем набортной памяти — щедрые 6 Гбайт, эффективная частота — стандартные для старших карт Kepler 6008 МГц.

Вся эта роскошь, разумеется, далась ценой высокого энергопотребления. TDP GeForce GTX TITAN составляет 250 Вт против 195 Вт у GTX 680. TITAN также будет чрезвычайно дорогой картой. Рекомендованная цена в США составляет $999, в России — 34 990 руб. Столь дорогих видеоадаптеров с одним GPU свет еще не видел. Но скажем в защиту TITAN, что GTX 690 на момент релиза стоил дороже — 35 990 руб., а по производительности, судя по спецификациям TITAN, они вполне сопоставимы.

В розничной продаже TITAN будет доступен начиная с 4 марта. Первыми вендорами, которые представят видеокарты в нашем регионе, станут ASUS, Gigabyte, Palit и Zotac.

⇡#Архитектура GK110

GK110 сохранил все черты архитектуры Kepler, которую мы подробно рассматривали в обзоре GeForce GTX 680, за одним важным исключением, касающимся устройства потоковых мультипроцессоров. Как и у GK04, SMX содержит 192 ядра CUDA, 32 блока Load/Store и 32 блока специальных функций (SFU). Но в GK110 к этому прибавили 64 ядра двойной точности (FP64). Всего в TITAN получается 896 активных ядер с поддержкой FP64.

GK104 в каждом SMX также имеет восемь специальных ядер, способных выполнять инструкции FP64 за один такт. Но поскольку ядер CUDA, поддерживающих лишь FP32, там 192, то теоретическая производительность GK104 в задачах с двойной точностью составляет 1/24 от задач с одинарной точностью. Для сравнения: GPU Tahiti от AMD способен обрабатывать FP64 со скоростью 1/2 от FP32.

Так как число ядер FP64 и FP32 в кристалле GK110 соотносится как 1 к 3, то теоретически он в состоянии выполнять нагрузку FP64 на 1/3 от скорости FP32. Но на практике это может быть не совсем так. По умолчанию ядра FP64 работают на 1/8 частоты других компонентов SMX, что дает такую же скорость 1/24, как у GK104. Чтобы задействовать их на полной частоте, есть специальная опция в панели управления драйвера, но общая тактовая частота GPU при этом снижается.

Кстати, SMX в GK110 по-прежнему пользуется статическим планировщиком, представленным в GK104, что негативно сказывается на производительности в неграфических вычислениях, но если GeForce GTX 680 по этой причине уступал GTX 580 в задачах на GP-GPU, то GK110 наверняка компенсирует недостаток огромным числом вычислительных блоков. Неспроста за счет Tesla K20 укомплектован суперкомпьютер Titan в Oak Ridge National Laboratory (ORNL), который возглавил Top 500 прошедшей осенью. Отсюда, кстати, и гордое имя GeForce GTX TITAN.

⇡#GPU Boost 2.0

NVIDIA представила новую версию технологии динамического управления частотой и напряжением графического процессора. Первое изменение, которое произошло в алгоритме GPU Boost: в качестве переменной, от которой зависит частота и напряжение GPU, может быть не только лимит мощности (Power Target), как было раньше, но и температура процессора. Соответственно, в утилитах для разгона теперь появились два отдельных слайдера для того и другого критерия, и можно отдать приоритет одному из них.

Что более интересно, NVIDIA, наконец, дала возможность повышать напряжение на GPU. Однако делается это не привычным способом, характерным для видеоадаптеров со статическим напряжением. В логике GPU Boost есть функция, связывающая значения частоты и напряжения. Если алгоритм решает, что лимит температуры или мощности позволяет поднять частоту, то устанавливается и соответствующее ей напряжение. И что нам позволяет сделать новоприобретенная функция OverVoltage, так это предоставить в распоряжение автоматики еще несколько ступенек частоты и напряжения. А вот доберется ли до них GPU под нагрузкой, уже зависит от температуры или мощности.

Кроме того, в экспериментах с разгоном TITAN замечено, что даже в пределах диапазона частот и напряжений, которые доступны видеокарте без помощи OverVoltage (до отметки Vrel на графике), активация этой опции заставляет более агрессивно задействовать частотный потенциал.

К примеру, предельная частота Boost Clock, которую мы зарегистрировали в бенчмарках, составляет 1006 МГц, а напряжение — 1,162 В. Если максимизировать уровни Power Target, Temp Target и OverVoltage, то частота может подниматься вплоть до 1032 МГц, а напряжение — до 1,2 В. С другой стороны, если при максимальных Power Target и Temp Target в определенной сцене мы наблюдали частоту и напряжение 992 МГц и 1,15 В, то максимальный OverVoltage превращает их в 1019 МГц и 1,187 В.

В функции GPU Boost 2.0 также входит возможность разгонять дисплей. Да-да, с помощью утилиты, поддерживающей эту опцию, можно попробовать увеличить частоту вертикальной развертки, скажем, с 60 до 80 Гц, дабы одновременно наслаждаться высоким фреймрейтом и вертикальной синхронизацией.

⇡#Конструкция

Физически GeForce GTX TITAN выполнен в стилистике GeForce GTX 690. Такой же цельнометаллический корпус системы охлаждения и пластиковое (простите, поликарбонатное) окошко, открывающее взору ребра радиатора, а через несколько месяцев эксплуатации — залежи пыли. TITAN даже ближе к совершенству, чем его двухпроцессорный собрат, потому что из металла у него изготовлены абсолютно все детали корпуса, включая п-образные пластины, идущие вдоль длинных сторон. А у GTX 690 они сделаны из скучного крашеного пластика.

NVIDIA GeForce GTX TITAN

На торце карты — знакомый логотип со светодиодной подсветкой и бархатистой поверхностью soft-touch, чтобы от изделия можно было получить одновременно как визуальное, так и тактильное удовольствие.

NVIDIA GeForce GTX TITAN

NVIDIA GeForce GTX TITAN

Система охлаждения включает радиатор с испарительной камерой в основании и массивную металлическую раму, которая целиком закрывает печатную плату и служит для отвода тепла от микросхем памяти и транзисторов системы питания. Чипы памяти на оборотной стороне PCB вынуждены охлаждаться «сами по себе». В хвосте платы за турбинкой к раме прикреплен дополнительный блок алюминиевых ребер, через который проходит часть забираемого турбинкой воздуха. Но основной выхлоп идет через прорези в крепежной планке, наружу из корпуса.

Как и у GTX 680 и GTX 690, крыльчатка кулера TITAN изготовлена из звукопоглощающего материала. Видеокарта действительно очень тихо работает в штатном режиме и даже на 100% оборотов система охлаждения еще не очень сильно действует на нервы.

NVIDIA GeForce GTX TITAN

NVIDIA GeForce GTX TITAN

Разводка портов на задней панели абсолютно такая же, как у старших представителей линейки GeForce 600. Есть два выхода Dual-Link DVI, а также полноформатные разъемы DisplayPort и HDMI с поддержкой 4K-разрешений.

NVIDIA GeForce GTX TITAN

⇡#Плата

Как и GK104 в GeForce GTX 680, процессор GK110 в GTX TITAN довольствуется шестью фазами питания. Контроллер — ON NCP4206. Еще две фазы достались видеопамяти. Видеопамять набрана микросхемами Samsung K4G20325FD-FC03 с номинальной эффективной тактовой частотой 6 ГГц.

NVIDIA GeForce GTX TITAN

NVIDIA GeForce GTX TITAN

Сам GPU, вопреки ожиданиям и сомнительным фотографиям, появление которых предшествовало официальному релизу, установлен без теплорассеивателя, благодаря чему открывается вид на колоссальный кристалл, размером примерно с пятирублевую монету.

NVIDIA GK104

NVIDIA GK110