Графические ускорители NVIDIA серии GeForce 500

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 05 июля 2011 года

В ноябре 2010 года компания NVIDIA представила обновлённую серию десктопных графических ускорителей на базе доработанной микроархитектуры Fermi. По сравнению с 400-й серией, появившейся на рынке осенью 2009 года, 500-е карты отличаются существенно меньшим энергопотреблением, повышенной производительностью и тихими системами охлаждения новой конструкции.

Прежде чем перейти к отличиям чипов на основе модифицированной микроархитектуры Fermi от микросхем первого поколения, напомним характерные особенности их конструкции.

Чипы на основе архитектуры Fermi относятся к классу MIMD (МКМД - вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных). К ключевым особенностям Fermi относятся поддержка программного интерфейса DirectX 11 (включая шейдеры версии 5 и, самое главное, аппаратную тесселяцию), а также интерфейсов DirectCompute 11 и OpenCL 1.0, позволяющие использовать видеочип для общих (то есть, не графических) вычислений.

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 ГП на основе микроархитектуры Fermi от микросхем предыдущего поколения.

Первые чипы с микроархитектурой Fermi получили индексы GF10x (GF расшифровывается как "Graphics Fermi"). "Полноформатный" 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.

В чипах Fermi 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.

Несмотря на то, что в чипе GF100 изначально было заявлено 512 потоковых процессоров, такие микросхемы никогда не выпускались в рамках 400-й серии. Максимальным числом CUDA было 480 в кристаллах для видеокарт GeForce 480, хотя физически в чипе были реализованы все 512. Отключение 32 ядер было связано с недостаточной отработанностью 40-нм технологического процесса и слишком большим выходом некондиционных чипов с полным набором ядер. Сегодня эта проблема решена, а в конструкцию внесены изменения, позволяющие минимизировать возможность брака.

Новые ускорители серии 500 получили индекс GF11x и в топовых моделях (GF110) задействованы все 512 потоковых процессоров CUDA. Кроме того, в конструкцию транзисторов микросхемы внесены существенные изменения, что позволило минимизировать токи утечки и заметно снизить энергопотребление. К прочим ключевым конструктивным изменениям относятся доработанные блоки адресации и фильтрации текстур, обеспечивающие удвоенную скорость (за один такт, а не за два) обработки текселей в режимах вплоть до FP16, а также улучшенные алгоритмы обработки буфера глубины, в частности, отсечения перекрытых объектов (Z-culling), ускоряющие рендеринг картинки за счёт исключения невидимых (скрытых) объектов.

Аппаратно все чипы серии 500 поддерживают программный интерфейс OpenCL версии 1.1, но на момент написания этих строк драйверы NVIDIA обеспечивают поддержку лишь OpenCL версии 1.0.

Процессор NVIDIA GeForce 5xx состоит из более чем трёх миллиардов транзисторов. Тактовые частоты ядра и рабочие частоты универсальных процессоров в новых чипах были повышены по сравнению с микросхемами 400-й серии. Так, если максимальная штатная частота ядра чипов предыдущей серии составляла 810 МГц (GF108), то у нынешней она достигает 900 МГц (GF116), пиковая частота CUDA выросла с 1620 МГц (GF108) до 1800 МГц (GF116).

Как и ранее, производитель варьирует число блоков в микросхеме, что позволяет выпускать на основе одной базовой конструкции несколько вариантов чипа с различной производительностью. На данный момент в 500-е семейство входят бюджетные модели GeForce GT 520 (GF119),

GT 530 (GF118) и GT 545 DDR3/GDDR5 (GF106), карты среднего класса GeForce GTX 550 Ti (GF116) и GTX 560/560 Ti (GF114) и флагманские ускорители GeForce GTX 570 (GF110), GTX 580 (GF110) и GTX 590 (2 x GF110).

Флагман новой серии десктопных графических ускорителей - двухпроцессорная карта GeForce GTX 590 на основе двух чипов GF110, представлен 24 марта 2011 года. Это первый двухпроцессорный ускоритель NVIDIA со времён GeForce GTX 295 (то есть, с начала 2009 года), и он, несомненно, представляет собой ответ компании на новую двухчиповую карту конкурента - AMD Radeon HD 6990.

В активе GeForce GTX 590 - новейшая система охлаждения на основе двух испарительных камер с радиаторами и 90-мм кулером, работающем на низких оборотах. Возможно, это самая тихая видеокарта высшего класса не только среди двухпроцессорных, но и вообще среди топовых ускорителей последних лет, причём по размерам карта не больше обычной двухслотовой. Эффективность охлаждения не вызывает никаких нареканий, в чём, очевидно, заслуга заметно пониженных рабочих частот - по сравнению с штатными для GF110 и номинальными для карт GeForce GTX 580.

Карта способна работать в режиме Quad SLI или в режиме, когда один из графических процессоров выделен под физические эффекты PhysX. Поддерживается вывод изображения высокого разрешения одновременно на три монитора или работа с 3D-очками (технология 3D Vision).

К сожалению, GeForce GTX 590 в подавляющем большинстве независимых тестов, в том числе и игровых, уступает по производительности Radeon HD 6990 - от 1 до 20%, в зависимости от приложения и настроек.

На карте установлены два 8-штырьковых разъёма для дополнительного питания. Максимальное заявленное энергопотребление карты составляет 365 Вт, что сравнительно немного для двухпроцессорного ускорителя высшего класса, но не стоит забывать, что для подобных систем требуется мощный сетевой блок питания мощностью не менее 700 Вт.

• Графический процессор 2 х GF110

• 2 х 512 универсальных процессоров

• 2 х 64 текстурных и 2 х 48 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 607 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1215 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3414 МГц (4 х 854 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 2 х 1,5 Гбайт

• Шина памяти - 384 бит

• Пропускная способность памяти - 2 х 164 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 78,0 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 58,0 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 2488,3 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Одинарный разъём SLI

• Порты - 2 х DVI-I Dual Link, 1 Mini DisplayPort

• Пиковое энергопотребление - 356 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 700 долларов.

Следующая по рангу карта - одночиповый флагман GeForce GTX 580 на основе процессора GF110, который был представлен самым первым в серии, 9 ноября 2010 года.

Карточка оснащена новой малошумной системой охлаждения на основе устанавливаемой на графический процессор испарительной камеры с массивным ребристым радиатором и цилиндрическим кулером вытяжного типа. Впрочем, далеко не все производители руководствуются эталонным дизайном, и в продаже нередко встречаются карты, оснащённые довольно "громкими" системами охлаждения собственной конструкции - с двумя и даже тремя вентиляторами, некоторые из которых занимают три слота.

По производительности GeForce GTX 580 в целом несколько опережает одночиповую топ-модель AMD Radeon HD 6970, но уступает ей по цене: ближайший конкурент на 150-200 долларов дешевле, при этом карты AMD эталонной конструкции оснащаются 2 Гбайтами видеопамяти против 1,5 Гбайта у GeForce.

Карта оснащена переработанной системой мониторинга нагрева и питания: в случае превышения допустимого энергопотребления и при обнаружении запущенных тестов на стабильность работы системы тактовая частота графического процессора может автоматически снижаться.

• Графический процессор GF110

• 512 универсальных процессоров

• 64 текстурных и 48 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 772 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1544 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 4008 МГц (4 х 1002 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1,5 Гбайта

• Шина памяти - 384 бит

• Пропускная способность памяти - 192,4 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 49,4 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 37,1 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1581,1 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

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

• Пиковое энергопотребление - 244 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 500 долларов

Младшая из трёх флагманских моделей, GeForce GTX 570, была официально представлена 7 декабря 2010 года. Карта похожа на том-модель предыдущего поколения GeForce GTX 480 тем, что у неё 480 универсальных процессоров, но шина памяти новинки была урезана на один 64-битный модуль до 320 бит. Однако рабочие частоты GeForce GTX 570 несколько выше, чем у GeForce GTX 480, так что по производительности они близки. При этом рекомендованная розничная цена GTX 570 на 150 долларов ниже, чем стоила GTX 480 при её выходе, так что новинка может стать весьма привлекательной покупкой.

На плате устанавливаются такие же системы охлаждения и мониторинга перегрева, что и на GeForce GTX 580.

По производительности карта находится примерно посередине между AMD Radeon HD 6970 и Radeon HD 6950 и вполне может с ними конкурировать, в том числе, и по цене.

• Графический процессор GF110

• 480 универсальных процессоров

• 60 текстурных и 40 блоков блендинга

• Тактовая частота ядра - 732 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1464 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 3800 МГц (4 х 950 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1280 Мбайт

• Шина памяти - 320 бит

• Пропускная способность памяти - 152 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 43,9 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 29,3 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1405,4 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Двойной разъём SLI

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

• Пиковое энергопотребление - 219 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 350 долларов

Графические ускорители среднего класса GeForce GTX 560 Ti (представлена 25 января 2011 года), GeForce GTX 560 (17 мая 2011 года) и GeForce GTX 550 Ti (15 марта 2011 года) попадают в наиболее востребованный ценовой диапазон от 150 до 250 долларов. Карты отличаются, прежде всего, числом потоковых процессоров (от 384 до 192) и шириной шины памяти (от 256 до 192 бит).

Выпускается также OEM-модификация GTX 560 Ti с 352 потоковыми процессорами (44 текстурных и 40 блоков блендинга) и пониженными частотами (732 МГц - ядро, 1464 МГц - шейдеры и 3800 МГц - память), которая адресована промышленным сборщикам компьютеров и для розничной продаже не предназначена.

Любопытно, что маркетологи NVIDIA по каким-то причинам вернули индексы Ti, то есть "Titanium" которые давным-давно носили карты вроде GeForce 2 или 4. В чём заключается тайная задумка, нам разгадать так и не удалось.

В картах применяется новая система мониторинга нагрева и питания и системы охлаждения обновлённой конструкции - на базе низкооборотистых вентиляторов и радиаторов с тепловыми трубками.

По уровню производительности GeForce GTX 560 Ti - прямой конкурент Radeon HD 6870, а GeForce GTX 560 и GeForce GTX 550 Ti - Radeon HD 6850: одна из них чуть быстрее, а другая - чуть медленнее соперника.

• Графический процессор GF114

• 384 универсальных процессора

• 64 текстурных и 32 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 822 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1644 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 4008 МГц (4 х 1002 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1024 Мбайт

• Шина памяти - 256 бит

• Пропускная способность памяти - 128 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 52,6 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 26,3 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1263,4 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Одинарный разъём SLI

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

• Пиковое энергопотребление - 170 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 250 долларов

• Графический процессор GF114

• 336 универсальных процессоров

• 56 текстурных и 32 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 810 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1620 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 4104 МГц (4 х 1001 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1024 Мбайт

• Шина памяти - 256 бит

• Пропускная способность памяти - 128 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 45,3 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 25,9 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 1088,6 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Одинарный разъём SLI

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

• Пиковое энергопотребление - 150 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 200 долларов

• Графический процессор GF116

• 192 универсальных процессора

• 32 текстурных и 24 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 900 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1800 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 4008 МГц (4 х 1002 МГц)

• Тип видеопамяти - GDDR5

• Объём памяти - 1024 Мбайт

• Шина памяти - 192 бит

• Пропускная способность памяти - 98,5 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 28,8 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 21,6 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 691,2 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Одинарный разъём SLI

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

• Пиковое энергопотребление - 116 Вт

• Двухслотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 150 долларов

Карты начального уровня GeForce GT 530 и GT 545 DDR3/GDDR5 официально представлены 14 мая 2011 года, а младшая GeForce GT 520 - 13 апреля 2011 года. Старшая GT 545 представлена в двух модификациях: с памятью GDDR5 и с памятью DDR3, в остальных применяется только память DDR3. Фактически на прилавках магазинов все эти карты отсутствуют, поскольку рассчитаны на OEM-сборщиков. Для розничной продажи предназначены только GeForce GT 520 и GT 545 DDR3, но и они пока практически не встречаются в магазинах - на складах ещё полно аналогичных ускорителей предыдущего поколения.

• Графический процессор GF106

• 144 универсальных процессора

• 56 текстурных и 24/16 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 720/870 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1440/1740 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 1900/999 МГц

• Тип видеопамяти - DDR3/GDDR5

• Объём памяти - 1536 или 3072/1024 Мбайт

• Шина памяти - 192/128 бит

• Пропускная способность памяти - 43/64 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 14,26/20,88 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 14,26/13,92 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 342,43/501,12 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Одинарный разъём SLI

• Порты - DVI-I, VGA, HDMI

• Пиковое энергопотребление - 70 Вт

• Однослотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Графический процессор GF108

• 96 универсальных процессоров

• 16 текстурных и 4 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 700 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1400 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 1800 МГц

• Тип видеопамяти - DDR3

• Объём памяти - 1024 или 2048 Мбайт

• Шина памяти - 128 бит

• Пропускная способность памяти - 28,8 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 11,2 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 2,8 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 268,8 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Порты - DVI, VGA, HDMI, Display Port

• Пиковое энергопотребление - 50 Вт

• Однослотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Графический процессор GF119

• 48 универсальных процессоров

• 8 текстурных и 4 блока блендинга

• Тактовая частота ядра - 810 МГц

• Тактовая частота универсальных процессоров - 1620 МГц

• Частота видеопамяти, эффективная - 1800 МГц

• Тип видеопамяти - DDR3

• Объём памяти - 1024 или 2048 Мбайт

• Шина памяти - 64 бит

• Пропускная способность памяти - 14,4 Гбайт/с

• Максимальная скорость выборки - 6,5 Гтекст/с

• Максимальная скорость закраски - 3,24 Гпикс/с

• Максимальная производительность - 155,5 Гфлопс

• Интерфейс - PCI Express 2.0 x16

• Порты - DVI-I Dual Link, HDMI, опционально - VGA

• Пиковое энергопотребление - 29 Вт

• Однослотовая конструкция

• Поддержка DirectX 11, включая шейдеры версии 5.0, OpenGL 4.1, DirectCompute 11 и OpenCL 1.0

• Рекомендуемая производителем розничная цена - 59 долларов

В первой части этой статьи мы рассказали о нескольких моделях видеокарт серии NVIDIA GeForce 500, имеющихся в продаже в российских магазинах.