单卡卡皇NVIDIA GTX680性能全面测试

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● 理论性能测试：3DMark Series

　　3DmarkVantage及3Dmark11是Futuremark推出的显卡3D性能测试，两款软件分别针对DirectX 10及DirectX 11显卡。测试成绩主要由显卡测试和CPU测试两部分总和构成，整个测试软件更加偏重整机性能。

3Dmark Vantage

3Dmark 11

　　在刚一开始进行的理论测试环节，GTX680就结结实实的给了我们一记重击。它竟然以竞争对手75%的单元规模以及75%的带宽达到了竞争对手118%的理论性能水平，这完全是一个有悖GPU发展规律的结果。

GTX680 3Dmark Vantage P模式

GTX680 3Dmark 11 P模式

　　为方便读者们进行横向对比，我们附上3Dmark Vantage以及3Dmark 11的P模式得分供大家参考。

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● DirectX 9.0C游戏测试：CWOW-CTM

　　《魔兽世界》（World of Warcraft）是暴雪娱乐（Blizzard Entertainment）所制作的一款大型多人在线角色扮演游戏（MMORPG），于2004年年中在北美公开测试。《魔兽世界》虽然目前支持DirectX 11 API，但其引擎的基础源自更为老旧的DirectX 9.0C。尽管API较为老旧，但暴雪凭借精湛的美工进行了充分的弥补。

魔兽世界——大灾变

　　我们采用的测试方法是新建一名人类角色，然后在周末游戏高峰期进入服务器并完成自暴风城正门广场至北郡修道院的48秒flybot过程，该过程中包含建筑及自然环境刻画、光线、大量植被、大量人员及魔法效果等效果。

　　在传统的DirectX 9.0C环境下，GTX680依旧表现出了强劲的性能。不仅大幅超越了自家上代旗舰的Fermi构架以及竞争对手的本代旗舰，甚至还险些将两位单卡双芯的卡皇挑落马下。

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● DirectX 10游戏测试：Crysis　　多次跳票、万众期待的DirectX 10游戏大作Crysis，把目前PC 3D娱乐的视觉体验发挥到极致的游戏，大量使用DirectX 10的硬件功能，对显卡的负载也提升至空前水平。

Crysis

　　我们使用游戏自带的CryEngine Benchmark来完成自动测试，测试持续三次，最终成绩取三次平均值。

　　在艺术品级的Crysis中，作为竞争对手出现的Tahiti终于扳回了一城。但GTX680的表现依旧抢眼，我们依旧要强调它只有HD7970单元规模和显存带宽的75%，在这个大前提下获得这样的性能，我们实在是不能再奢求什么了。

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● DirectX 10游戏测试：FarCry 2 　　《孤岛惊魂2》拥有超高自由度的游戏系统，整个游戏世界面积达到50平方公里，玩家可以自由在其中驰骋，而游戏的结局也是开放的。《孤岛惊魂2》的PC版在2009年内上市，而Xbox 360和PS3版将随后推出。

　　我们使用游戏自带Benchmark来完成自动测试，测试持续三次，最终成绩取三次平均值。

　　当测试项目转移到同为DirectX 10的FarCry2时，GTX680再次表露出它违背GPU发展规律，以更小规模和更小带宽挑战大号对手的一面。不仅性能再次领先自家前代旗舰以及规模更大的竞争对手本代旗舰，更再次逼近了单卡双芯的两位卡皇。

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● DirectX 11游戏测试：BattleField 3　　战地3是DICE于去年10月底推出的战地系列全新力作，其所采用的寒霜2引擎具备诸多先进的DirectX 11特性，拥有完美光照系统带来的单反照片级图形质量，其完美的多人配合游戏部分也得到了广泛的认可和赞誉。

　　我们采用游戏第二个任务——碎剑者行动的开始部分作为测试场景，通过fraps软件记录游戏FPS数据，测试时间设置为240秒，此时长为任务开始至剧情发展到第一名队友被狙击手击倒并被我们拖入掩体为止。该段游戏过程包含大量的市内外场景切换，狭窄和开阔地形，激烈交战以及出现在其中的复杂光照系统表现。

　　以小搏大的故事还在继续上演，这次的场合是极为强调DirectX 11特性的战地3。GTX680不仅在常规分辨率下维持了之前强劲的性能势头，在2560X1600这样的极限分辨率下也同样表现出了令人不解的高性能。

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● DirectX 11游戏测试：Crysis2　　《孤岛危机2》是《孤岛危机》的续作，游戏采CryENGINE 3引擎所制作，故事发生在距一代3年后的2023年。外星人在地球上的大片区域挑起了战争，各大城市都遭到攻击，人口锐减，玩家将要进行捍卫地球的末日战争。

　　我们采用Crysis2 BenchmarkTool来完成测试，场景选择Downtown，测试进行三次，取最高成绩作为最终测试结果。

　　我是一个认定规律决定一切的唯物主义者，因此当测试进行到Crysis2时，我已经完全无法接受GTX680这种以对手四分之三的规模和显存带宽获得超过对手一成性能，同时在极限分辨率下依旧能够维持良好性能状态的结局了，我所掌握的一切关于GPU的常规知识都告诉我这是不可能的事情，所以我的脑海里闪过了驱动程序作弊的念头。但当我将Crysis2.exe改名为“仙剑奇侠传”之后，测试结果提高了0.1帧，于是我只好接受了眼前的现实。

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● DirectX 11游戏测试：Call of Duty MW3 　　由动视暴雪于今年11月初发布的使命召唤：现代战争3延续了前作的诸多特色，其完美的剧情创造了良好的代入感。图形引擎方面则沿用和改进了已经服役两年的IW4.0引擎，因此拥有良好的硬件“亲和力”。

　　我们选择游戏第一关过场动画结束主角翻车至玩家再次恢复控制之间的即时渲染部分作为测试场景，测试时长50秒，取期间的平均帧数作为最终测试结果。

　　测试还在继续，尽管结果还是维持了先前的趋势，GTX680依旧获得了领先竞争对手的性能表现，同时在极限分辨率下也能继续维持良好的性能状态，但我们已经无法再对这样的性能提出什么异议了。

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● DirectX 11游戏测试：Metro 2033　　本作题材基于俄罗斯最畅销小说Dmitry Glukhovsky。由乌克兰4A游戏工作室开发，采用4A游戏引擎，而且PC版支持nvidia的PhysX物理特效。 2013年，世界被一次灾难性事件毁灭，几乎所有的人类都被消灭，而且地面已经被污染无法生存，极少数幸存者存活在莫斯科的深度地下避难所里，人类文明进入了新的黑暗时代。直至2033年，整整一代人出生并在地下成长，他们长期被困在“地铁站”的城市。

　　我们采取完整运行游戏第二关“Hunter”关卡，并记录其中平均帧数的方式来完成测试。Hunter关卡包含完整的室内场景切换，光照系统，DOF表现以及交战场景，能够全面反映显卡在面对Compute Shader以及超高分辨率材质时的表现。

　　在地铁2033的测试中，规律似乎再次回到了我们身边。但非常遗憾的是，在该款游戏的测试中，所有NVIDIA显卡的表现均不正常，在游戏运行过程中人物角色会出现莫名其妙的抽搐，同时抽搐的角色周围会出现不少黑色碎片材质，出现这些现象时游戏的帧数会发生显著的下降。我们认为这是源自驱动支持层面的BUG，但无法解释这种现象的成因，同时也未从其他测试者那里收集到类似的现象报告，因此只得将现有的测试成绩放出供大家参考。

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● DirectX 11游戏测试：H.A.W.X 2　　《鹰击长空2》是一款结合了拟真与空战要素而成的模拟飞行游戏，玩家可驾驶多种高性能战机，在高空中进行巡逻、护航、轰炸等任务。值得一提的是，游戏中的地面场景乃参考GeoEye卫星空照图所构建而成，这项游戏与现实生活的科技结合，让玩家仿佛置身于战机的驾驶舱内，逼真的地表风貌一览无遗。

　　我们采用游戏自带的Benchmark来完成测试，测试进行三次，取三次平均值作为最终结果。

　　鹰击长空2的测试结果还算忠实的反映了NVIDIA在GTX680中对PolyMorph Engine的改进，GTX680在该项测试中并没有表现出强大的离谱的性能，但其性能依旧领先Fermi以及Tahiti构架。

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● DirectX 11游戏测试：LostPlanet 2 　　《失落的星球2》背景设在原来第一季的十年后。气候变化融化冰雪覆盖的大陆，创造了新的环境，如丛林。在EDN-3rd的改变下，10年过去了。地球发生了重大改变，冰川已经融化，热带丛林，沙漠冷酷无情。玩家将进入新的环境，与雪贼战斗，以抓住不断变化的地球控制权。玩家将控制他们的英雄跨越6个相互关联的事件，创造一个真正独特的互动体验。有了这个概念，玩家将会有机会从不同的发展角度来动态的改变故事情节。

　　我们采用游戏自带的Benchmark来完成测试，测试进行三次，取三次平均值作为最终结果。

　　失落星球2的测试将我们本来有些麻木的神经直接打入了自我保护状态，GTX680在这款游戏中甚至表现了超越两位单卡双芯卡皇的强大性能。即便考虑到一直以来失落星球2对N卡的优化以及曲面细分性能的偏重度，这种结果也依旧令人震惊。

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● DirectX 11应用测试：天堂3.0 　　《Heaven Benchmark 3.0》是由俄罗斯Unigine游戏公司开发设计的一款Benchmark程序的最新版本，该程序是由Unigine公司自主研发的游戏引擎设计，支持DirectX 9、DirectX 10、DirectX 11与OpenGL 3.2 API，通过数十个场景的测试最终得出显卡的实际效能。

　　测试进行到这里，我们基本上已经放弃了对一切GPU发展规律的固守。在天堂3的测试中，更多地晶体管规模意味着更好的性能这样一个来自摩尔定律推论并且一直支配GPU界发展的规律，依旧被GTX680干脆利落的打破了。

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● 游戏性能综合比率 　　我们收集了全部9款参测游戏以及天堂2.5的帧数数据，以GTX680为基础将在游戏中的表现与所有参测显卡进行了一一对比，下面就是所有参测显卡在全部测试游戏中相对于GTX680比率的平均值。由于包括GTX680在内的全系列N卡在地铁2033的2560分辨率下无法无BUG的完成测试，故2560环境下的数值并未将其计入其中。

　　通过对各种场合收集到的数据进行综合，我们获得了GTX680的性能表现水平。在常规的1920X1200分辨率下，GTX680的性能领先上代旗舰GTX580的幅度为22.9%，领先AMD本代旗舰HD7970的幅度为12%。在极限的2560X1600分辨率下，GTX680领先GTX580的幅度为25.4%，领先HD7970的幅度则为11.3%。尽管GTX680的显存带宽仅为192GB/S，芯片规模也同样仅有HD7970的75%，但其所表现出来的常规分辨率下强劲的性能，以及极限分辨率下几乎未出现衰减这点均给我们留下了异常深刻的印象。

　　为了尽可能剔除DX9/10这样的传统场合对测试结果的影响，我们专门收集了战地3以及Crysis2中GTX680/HD7970以及GTX580三者的性能比率。在这两款游戏中，GTX680在常规分辨率下维持了对HD7970大于10%的性能领先幅度，而极限分辨率下的性能领先幅度虽然有所下降但依旧接近10%。
　　常规游戏及理论性能的测试至此结束了，为了进一步探寻GTX680的性能之谜，尤其是DirectX 11以及高分辨率环境下的性能之谜，同时也为了验证GTX680究竟是一款单纯强调游戏性能的构架还是一个拥有完整计算能力的旗舰级构架，我们对其进行了通用计算相关的底层性能延展测试。

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● 构架底层延展测试：Fluid simulation　　由于300.99驱动对OpenCL的支持存在问题，同时GPU Boost对于频率的调节会干扰底层运算性能的“纯净度”，因此在本次的构架底层性能延展测试环节中，我们决定放弃基于OpenCL的通用计算测试软件——GPCBenchmark，改用DirectX SDK来完成底层性能数据的收集。待到NVIDIA的官方驱动能够提供正确的OpenCL支持以及可以关闭GPU Boost的设置之后，我们将会补上GPCBenchmark的相关测试。
　　我们首先进行的DirectX SDK测试，是使用Direct Compute完成的流体力学模拟——Fluid dynamics simulation。Fluid dynamics simulation基于弹性力/黏着力/重力为基础的颗粒碰撞模拟，每一个颗粒均拥有独立的力学参数，通过对颗粒本身在统一的重力参数作用下自有力学参数以及交互作用的计算，可以模拟大量颗粒的行为并达到模拟由它们构成的“流体”特性的目的。

　　Fluid dynamics simulation分别提供了对shared性能以及Grid性能的测试，力学计算本身需要应用包括矩阵运算在内的多种数学方法，颗粒之间的力学交互作用存在条件分支关系，因此该项测试可以全面考验不同构架对图形通用计算以及有针对性的物理特效计算的性能。

　　在Fluid dynamics simulation测试中，GTX680表现出了卓越的性能。强大的矩阵处理能力、良好的并行度以及条件分支应对能力表明GTX680拥有了完善的应对各种通用计算场合的能力。

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● 构架底层延展测试：Cascaded Shadow Maps　　Cascaded Shadow Maps（CSM）是一种基于阴影深度进行的阴影判断及快速操作模式，CSM通过将整个阴影划分成若干级的层次，以层次内部像素的深度来定义和快速判断阴影位置，并对近景阴影采取高精度贴图，远景阴影采用低精度贴图的方式来达到节约资源同时快速准确实现阴影贴图的目的。CSM可以极大地加快阴影操作的速度，同时避免大多数因为光源形态、阴影深度与像素尺寸差异所导致的阴影边缘及内部贴图错误。

　　CSM大量涉及矩阵运算及坐标判断，因此在DirectX 11环境下可以透过Compute Shader来进行。对CSM的性能测试，有助于我们了解构架的矩阵操作等通用计算性能。

　　CSM测试让我们进一步了解了GTX680在进行矩阵操作是的性能，它的结果可以近似替代GPCBenchmark测试中的矩阵乘法以及矩阵转置测试。优秀的矩阵操作能力是一款DirectX 11 GPU所应该具备的基本素质，从测试的结果来看，GTX680并没有让我们失望。

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● 构架底层延展测试：OIT　　半透明是3D图形中一种重要的特效，但传统的Alpha混合基本上无法完成对不同半透明物体以及同一物体不同半透明部分的层次判断，因此如果以Alpha操作来简单的实现半透明效果，很多时候获得结果都是错误的。所以在DirectX 11中，微软为我们引入了OIT（透明独立叠加）技术来解决这一问题。

　　在实现OIT技术的过程中，程序会将处于同一层次的部件所对应的线程/任务以Atomic(原子操作)的形式保护起来，使这些线程在被执行结束之前变成一个不可再分的整体。接下来这些Atomic会被放置在buffer中进行处理优先级的排序，通过这些操作，物体及部件所在的层次和正确的显示效果就被最终确定下来了。如果构架拥有cache等可读写近存近取缓冲，则可以极大地加快OIT的乱序操作过程。因此对OIT的性能测试，将可以让我们了解构架是否具有足够的灵活度、充足的缓冲密度以及完整的Atomic特性支持能力。

　　OIT考验的cache性能以及Atomic能力是通用计算的基础，良好的缓冲体系以及对线程的控制能力体现了构架最基本的灵活度。测试结果表明，拥有良好cache性能以及线程块处理能力的GTX680在面对通用计算以及DirectX 11图形任务时将会变得游刃有余。

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● 构架底层延展测试：Nbody Gravity CS11　　Nbody Gravity的前身来自Nbody仿真，Nbody仿真的目的在于模拟一个多体系统的演化过程，该系统中的每个个体（Body）都会与周围的其他物体发生非接触力学吸引/排斥作用。通过Nbody仿真，我们可以获得大量长程力作用的系统，比如小到范德华力作用下的原子/分子群或者大到万有引力作用下的星系之类各色场合的模拟结果。对于气流等稀薄流体的模拟同样可以归约成Nbody仿真过程并予以解决。

　　Nbody Gravity将场景设定为大量粒子在引力这一种基本长程力下高速运动作用形成的多体问题，尽管粒子间不考虑接触力学传递，但整体而言Nbody Gravity模拟与我们前面进行的Fluid dynamics simulation测试一样，都需要大量应用到矩阵操作等大量常见的数学方法。在此基础上，由于长程力一次影响的对象远较流体模拟中弹性碰撞传递所能够影响的对象要多，其背后所对应的线程量非常庞大，因此Nbody Gravity对于硬件构架的并行度有极高的要求。透过Nbody Gravity的测试，我们可以了解到被测对象的吞吐能力、对基本条件分支的应对能力、并行处理能力以及对矩阵等常规数学方法的处理能力。这些能力，最终都将反映构架执行DirectX 11特性尤其是Compute Shader的效率。

　　前面我们所进行的各项测试证明了Kepler构架拥有不错的灵活度以及优秀的缓冲性能的话，而Nbody Gravity的测试结果则让我们对GTX680的构架设计有了更深的认识。Nbody Gravity偏重吞吐以及并行化的测试方向，表明GTX680已经充分达成了构架灵活度、缓冲灵活度以及理论吞吐性能三者之间的统一和平衡，我们认为这是GTX680以及Kepler构架能够表现出强大绝对性能以及极好的功耗性能比的重要原因。

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● 几何处理能力延展测试：SubD11　　这是一个相当传统的测试项目，SubD11测试的是同一模型使用不同等级曲面细分来进行外形修饰的过程，它可以让我们获得最直观的构架几何处理能力信息。

　　尽管说起来有些讽刺，但我们确实是第一次看到与官方PDF提供的结果符合的如此之好的实际测试。在SubD11测试中，GTX680在7级TS Level之前的曲面细分性能略低于HD7970但远高于GTX580，当TS Level超过7级之后，GTX680表现出了远好于对手的性能衰减能力，其性能衰减趋势基本上与PolyMorph Engine 1.0的GTX580相当。

　　为了方便大家观看，我们专门提取了TS Level 3/7/12/16/31这5级典型曲面细分负载下GTX680/HD7970以及GTX580的性能。从图中可以更加直观的看出，GTX680在低负载度的曲面细分场合性能十分强劲，而高负载场合也有相当优秀的多边型输出能力，这证明了NVIDIA对PolyMorph Engine的改进完全达到了预设目标同时卓有成效。

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● PhyX游戏应用——QQ Dance 2

　　作为NVIDIA可玩性的体现之一，PhyX一直都是The way mean's to be played（游戏之道）重要的组成部分，本次GTX680对于PhyX的支持同样出色。而且与先前集中在高端游戏不同，此次NVIDIA选择的向大家展示PhyX应用的游戏相当大众化，它就是腾讯开发的网络游戏——QQ Dance 2（QQ炫舞2）。

QQ炫舞2

　　在本次的GTX680研发及发布过程中，NVIDIA与腾讯保持了紧密的合作，NVIDIA为腾讯提供了PhyX特效应用及编程方面的技术支持，这使得QQ炫舞2这款面向大众且受众广泛的网络游戏具备了更加真实的游戏体验。

QQ炫舞2画面

QQ Dancer 2

　　在QQ炫舞2中，腾讯首次引入了毛发及衣物布料的PhyX特效，在PhyX特效的帮助下，人物的随舞蹈动作摆动的衣物和秀发更加飘逸柔美。由GPU完成的实时物理演算以及处理，令这款以动听音乐及炫目舞蹈为亮点的网游平添了不少真实性和趣味性。相信凭借着PhyX的帮助，QQ炫舞2一定可以吸引更多玩家投入其中。

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● 功耗温度及性能功耗比测试

　　在功耗温度测试环节，我们采用Furmark满载的方式让显卡达到全负荷工作的方式，来收集GTX680的满载平台功耗以及温度数据。

GTX680平台待机功耗

GTX680平台满载功耗

GTX680满载温度测试

　　实测表明，GTX680并未引入深度休眠/唤醒机制，因此其待机平台功耗为93W，高于HD7970平台。满载平台功耗则为321W，明显低于HD7970同平台380W的满载水平。

GTX680与HD7970性能功耗比测试

GTX680与HD7970性价比数据

　　我们分别计算了GTX680与HD7970每瓦特平台功耗能够获得的3Dmark 11 X模式分数以及每元人民币能够获得的3Dmark 11 X模式分数，以此来分别衡量GTX680与HD7970的性能功耗比以及性价比情况。不难看出，无论性能功耗比还是性价比，GTX680均优于HD7970。

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● SLI性能延展度测试

　　我们进行了GTX680的2-way SLI理论性能测试，结果如下。

GTX680 2-way SLI 3Dmark Vantage测试结果

GTX680 2-way SLI 3Dmark 11测试结果

　　测试结果表明，GTX680的多卡互联性能延展性还是相当可观的，在3Dmark Vantage中GTX680双卡获得了单卡172.5%的性能，而3Dmark 11中这一比例则上升到了更高的190.8%。这种接近200%性能延展性，应该是可以令人满意的。

　　我们还对GTX680的超频能力进行了测试，由于GPU Boost参照TDP限制对频率进行实时调节，因此一切超过TDP限制的OC都会被调整回允许上线范围并导致超频失效。经过多次摸索，我们发现GTX680公版显卡的TDP上限对应频率通常为1.18G~1.2G之间，最高不会超过1.2G，因此我们将其超频至了1.18G并完成了3Dmark 11测试。