Обзор и тестирование NVIDIA GeForce GTX TITAN X: избиение младенцев

Появление крупного GPU на базе архитектуры Maxwell было неизбежно, вопрос только в том, когда это произойдет и в какой форме. В итоге оправдалось предположение, что GM200 повторит путь своего аналога из семейства Kepler — GK110, дебютировав в составе ускорителя под маркой TITAN.

Времени на тестирование новой видеокарты в этот раз было крайне мало, поэтому обзор будет сжатым. Отбросив необязательные рассуждения, перейдем сразу к делу. Архитектура Maxwell, по сравнению с Kepler, характеризуется упрощенным и оптимизированным строением потоковых мультипроцессоров (SMM), что позволило радикально уменьшить площадь SMM, сохранив 90% прежней производительности. Кроме того, GM200 принадлежит ко второй итерации архитектуры Maxwell, как и выпущенные ранее чипы GM204 (GeForce GTX 970/980) и GM206 (GeForce GTX 960). А следовательно, обладает более производительным геометрическим движком PolyMorph Engine версии 3.0 и поддерживает на уровне «железа» некоторые вычислительные функции, которые, вероятно, войдут в новый feature level Direct3D 12, а также необходимы для аппаратного ускорения технологии глобального освещения VXGI, разработанной NVIDIA. За более подробным описанием архитектуры Maxwell первого и второго поколения отсылаем читателей к обзорам GeForce GTX 750 Ti и GeForce GTX 980.

Качественно графический процессор GM200 и более младшие GPU в линейке не отличаются друг от друга, за исключением того, что только GM206 имеет выделенный блок декодирования видео, сжатого по стандарту H.265 (HEVC). Различия сугубо количественные. GM200 включает беспрецедентное число транзисторов — 8 млрд, поэтому вычислительных блоков в нем в полтора-два раза больше, чем в GM204 (в зависимости от того, какие именно считать). Кроме того, вернулась в строй 384-битная шина памяти. По сравнению с чипом GK110 новый флагманский GPU не столь устрашающе могуч, но, к примеру, число ROP здесь вдвое больше, что делает GM200 отлично подготовленным к 4К-разрешению.

В плане поддержки вычислений двойной точности GM200 ничем не отличается от GM204. Каждый SMX содержит только четыре ядра CUDA, совместимых с FP64, поэтому совокупная производительность при такой нагрузке составляет 1/32 от FP32.

NVIDIA GK110		NVIDIA GM200

⇡#Технические характеристики, цена

В TITAN X используется наиболее мощная версия ядра GM200 с полным набором активных вычислительных блоков. Базовая частота GPU составляет 1000 МГц, Boost Clock — 1076 МГц. Память работает на стандартной для продуктов на базе Maxwell частоте 7012 МГц. А вот объем невиданный для игровых видеокарт — 12 Гбайт (а TITAN X — это в первую очередь игровая видеокарта, по крайней мере до появления GM200 в основной, «номерной» линейке GeForce).

Рекомендованные розничные цены на TITAN X были объявлены в последние часы перед публикацией обзора. Для рынка США установлена цена в 999 долларов — столько же, сколько в свое время стоил первый TITAN на базе GK110.

Прим.: цены в таблице для GeForce GTX 780 Ti и TITAN Black приведены на момент снятия с производства последних.

⇡#Конструкция

Начиная с самого первого «Титана» NVIDIA использует в топовых видеокартах, с некоторыми вариациями, одну и ту же систему охлаждения. TITAN X выделяется в ряду своих предшественников только абсолютно черным корпусом (лишь две вставки на боках остались неокрашенными).

Задняя пластина, которой в порядке эксперимента оснастили GeForce GTX 980, в TITAN X вновь отсутствует, несмотря на то, что на оборотной стороне платы распаяна часть микросхем памяти. Хотя чипам GDDR5 дополнительное охлаждение, в общем-то, и не требуется.

Зато вернулся радиатор с испарительной камерой, который в GTX 980 был заменен более простым вариантом.

Видеокарта обладает тремя разъемами DisplayPort и по одной штуке — HDMI и Dual-Link DVI-I.

⇡#Плата

Дизайн печатной платы, что совершенно неудивительно, вызывает ассоциации с серией видеоадаптеров на чипе GK110. Преобразователь напряжения построен по схеме 6+2 (число фаз для питания GPU и микросхем памяти соответственно). Питание подается через один восьмиконтактный и один шестиконтактный разъем. А вот контроллер питания графического процессора ON Semiconductor NCP81174 мы здесь видим впервые.

24 микросхемы памяти SK hynix H5GQ4H24MFR-R2C со штатной частотой 7 ГГц расположены на обеих сторонах платы.

Тестовый стенд, методика тестирования

Энергосберегающие технологии CPU во всех тестах отключены. В настройках драйвера NVIDIA в качестве процессора для вычисления PhysX выбирается CPU. В драйверах AMD параметр Tesselation переводится из состояния AMD Optimized в Use application settings.

Участники тестирования

В тестировании производительности приняли участие следующие видеокарты:

• NVIDIA GeForce GTX TITAN X (1000/7012 МГц, 12 Гбайт);
• AMD Radeon R9 290X (1000/5000 МГц, 4 Гбайт), Uber Mode;
• NVIDIA GeForce GTX 980 (1127/7012 МГц, 4 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 780 Ti (875/7000 МГц, 3 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 770 (1046/7012 МГц, 2 Гбайт).

⇡#Тактовые частоты, энергопотребление, температура, разгон

GM110 работает на базовой частоте, до которой никогда не поднимался GK110 в референсных спецификациях. Кроме того, GPU Boost действует весьма агрессивно, поднимая частоту вплоть до 1177 МГц. При этом процессор довольствуется напряжением 1,174 В — более низким относительно топовых продуктов на базе GK110.

Настройки BIOS позволяют увеличить лимит мощности до 110% и добавить 83 мВ к максимальному напряжению на GPU. На деле напряжение поднимается только до 1,23 В, но одновременно открываются несколько дополнительных ступенек частоты/VID: разница между базовой частотой и максимальной частотой, зарегистрированной в динамике, возрастает до 203 МГц.

Разгон видеокарты позволил достигнуть базовой частоты в 1252 МГц, а в динамике наблюдались частоты вплоть до 1455 МГц. Видеопамять смогла прибавить 1,2 ГГц, успешно работая на эффективной частоте 8 212 МГц.

По энергопотреблению TITAN X близок к GTX 780 Ti и намного превосходит GTX 980. Вопреки ожиданиям, в Crysis 3 нет существенной разницы между TITAN X и Radeon R9 290X, а вот в FurMark R9 290X (как и R9 280X) разогревается сильнее и заметно превосходит TITAN X.

Разгон TITAN X увеличивает мощность на 5-25 Вт в зависимости от того, на результаты какого теста опираться — FurMark или Crysis 3.

Максимальная температура, которая допустима для GPU, определяется настройками BIOS, поэтому TITAN X не выходит за рамки установленных 83° C. При этом турбина системы охлаждения раскручивается на 49% от максимальной скорости — до 2339 об/мин. На первый взгляд это довольно много, но на самом деле шум от кулера вполне приемлемый.

⇡#Производительность: синтетические тесты

3DMark 2011

• TITAN X впечатляет с первого же теста. По сравнению с GTX 780 Ti и Radeon R9 290X видеокарта в полтора раза производительнее.
• С Radeon R9 280X и GeForce GTX 770 — адаптерами на базе некогда топовых GPU — разница более чем двукратная.

3DMark

• Все вышесказанное справедливо и для 3DMark 2013 года.

Unigine Heaven 4

• TITAN X сохраняет преимущество около 50% перед GTX 780 Ti и Radeon R9 290X при разрешении WQHD. Кстати, в отличие от 3DMark, GTX 980 в этом тесте ничуть не лучше GTX 780 Ti.
• При разрешении Ultra HD ранее выпущенные видеоадаптеры сократили расстояние, и все же TITAN X на голову превосходит всех соперников.

⇡#Производительность: игры

В этот раз мы отступим от стандартной формы описания игровых тестов. Расписывать для каждой игры, какая видеокарта быстрее, в случае с TITAN X совершенно бессмысленно. Во всех играх новый «Титан» с колоссальным отрывом опережает соперников. Количественные показатели стремятся к формуле: TITAN X на 30-50% быстрее, чем GeForce GTX 780 Ti и Radeon R9 290X, и зачастую вдвое быстрее по сравнению с Radeon R9 280X и GeForce GTX 770. Единственная интрига — выискивать колебания внутри этого коридора в ту или иную сторону. Кроме того, есть уникальный случай: TITAN X наслаждается частотой смены кадров 24 FPS в Far Cry 4 при разрешении Ultra HD и сглаживании MSAA 4x, в то время как соперники не могут выбраться из ямы в 5-7 FPS (а GeForce GTX 770 — и того меньше). Тут, по всей видимости, «Титану» пригодился объем памяти в 12 Гбайт, и даже 4 Гбайт, которыми оснащен Radeon R9 290X, для таких настроек в FC4 недостаточно.

Tomb Raider

Bioshock Infinite

Crysis 3

Metro: Last Light

Company of Heroes 2

Battlefield 4

Thief

Alien: Isolation

Far Cry 4

Производительность: разгон

Как бы замечательно ни разгонялся TITAN X, эффект в конечном счете зависит от конкретного приложения. И в целом наибольшая отдача от разгона наблюдается в тестах при разрешении 3840 × 2160.

⇡#Производительность: вычисления

Декодирование видео (DXVA Checker, Decode Benchmark)

• Выделенный декодер H.264 в GM200 такой же, как и в других чипах семейства Maxwell. Производительности его более чем достаточно для воспроизведения видео с разрешением вплоть до Ultra HD и частотой смены кадров 60 Гц и выше.
• Среди дискретных видеоадаптеров AMD подобным может похвастаться только Radeon R9 285. GeForce GTX 780 Ti способен выдать до 35 FPS при разрешении 3840 × 2160.
• CPU с 6-8 ядрами x86 лучше подходят для быстрого декодирования с целью конвертации видео, однако блок фиксированной функциональности выполняет эту работу с меньшим энергопотреблением, да и, наконец, просто дается в нагрузку к мощнейшему GPU.

• Единственным GPU с полностью аппаратным декодированием H.265 является GM206 в составе GeForce GTX 960. Остальные представители архитектуры Maxwell, а также Kepler часть операций выполняют на конвейере декодера H.264. Остальное ложится на центральный процессор.
• Производительности всех этих адаптеров при хорошем CPU вполне достаточно для воспроизведения видео с любым разумным разрешением и частотой смены кадров. Для работы на скорость лучше подходит GTX 960 или мощный CPU.

Luxmark: Room (Complex Benchmark)

• Архитектура Maxwell в этой задаче демонстрирует удивительный прирост производительности по сравнению с Kepler, благодаря чему TITAN X удвоил скромный результат GeForce GTX 780 Ti и оставил далеко позади Radeon R9 290X. Впрочем, это еще не значит, что результаты LuxMark репрезентативны относительно любых задач трассировки лучей.
• Разница между TITAN X и GeForce GTX 980 не такая огромная, как в игровых тестах.

Sony Vegas Pro 13

• Видеоадаптеры AMD сохраняют лидерство в задаче рендеринга видео. А TITAN X ничем не выделяется в группе наиболее производительных устройств NVIDIA.

CompuBench CL: Ocean Surface Simulation

• TITAN X отнимает пальму первенства у Radeon R9 290X и компенсирует неудачу GeForce GTX 980, которому этот тест дается на удивление трудно.

CompuBench CL: Particle Simulation

• Здесь, напротив, GTX 980 сделал большой шаг вперед от GTX 780 Ti, а TITAN X закрепил успех. Radeon R9 290X не идет ни в какое сравнение с флагманом NVIDIA.

SiSoftware Sandra 2015: Scientific Analysis

• В условиях двойной точности (FP64) ускорители AMD по-прежнему не знают равных, и даже Radeon R9 280X на базе далеко не нового GPU может дать фору TITAN X.
• Среди «зеленых» TITAN X предсказуемо лидирует по производительности в FP64, в особенности по сравнению с откровенно слабым GTX 980.
• В вычислениях FP32 TITAN X резко выделяется из всех видеокарт NVIDIA. Лишь она обеспечивает уровень производительности, сопоставимый с таковым у Radeon R9 290X.

⇡#Выводы

Если учесть, что производство дискретных GPU все еще остается в рамках техпроцесса 28 нм, результаты GeForce GTX TITAN X выглядят просто фантастически. При таком же TDP, как у видеоадаптеров на базе GK110, TITAN X достигает 130-150% быстродействия таких ускорителей, как GTX 780 Ti и Radeon R9 290X. Если взять первые 28-нанометровые GPU — GK104 (GTX 680, GTX 770) и Radeon R9 280X, то TITAN X зачастую превосходит их в два раза.

TITAN X, как и его предшественники на этой позиции, чрезвычайно дорог для видеокарты на одиночном GPU. Позиционирование не изменилось по сравнению с предыдущими «Титанами». Во-первых, это альтернатива SLI-конфигурациям из двух дискретных GeForce GTX 980: пусть потенциальная производительность тандема выше, одиночный GPU обладает более предсказуемым быстродействием. Во-вторых, компактные ПК, в которых нет места для двух видеокарт. И наконец, неграфические вычисления (GP-GPU). Хотя производительность FP64 в GM200 ограничена 1/32 от производительности FP32, TITAN X отчасти компенсирует это ограничение грубой силой GPU. Кроме того, вычисления FP32 преобладают в «просьюмерской» нагрузке (тот же Ray Tracing, ускорение рендеринга видео), а в этой дисциплине GM200 по меньшей мере не уступает лучшим продуктам AMD, а часто и превосходит так же, как в игровых тестах.