给用户之所需 千元GTX560架构优势分析

吸血大魔王

● 千元级显卡如何取舍
　　旗舰显卡性能很强但是太贵，而廉价的主流显卡在众多先进的DirectX 11游戏压制下已经不堪重负，千元级显卡因此成为市场关注的焦点。在海外150美元-200美元级别市场总是占据了最大的出货量，而从2010年开始中国市场千元级显卡也呈现爆发增长态势。

千元级显卡占比快速增加

　　对于千元级显卡的在乎意味着用户终于明白了边际收益效应，同时在选择显卡方面由渠道主导正在转向自主判断。毕竟千元级显卡可以提供接近旗舰级别的性能，而价格只是旗舰的一半甚至三分之一，性价比油然而生。

　　进入2011年无论是AMD还是NVIDIA都在千元级市场不断发力，特别是基于GF114芯片的GTX560诞生，带给图形业界一种全新的产品定位方式。我们知道GTX560使用了和GTX560Ti完全相同的GF114核心，但是在规格方面向GTX460看齐，所以在电气性能提升的基础上显卡功耗发热更低，额定频率更高。

Geforce GTX560显卡

　　面对目前纷繁复杂的千元级市场，我们想说的是选择性价比最优的产品并且最贴近旗舰规格，才是最理性的选择，因此GTX560在不带Ti的情况下才是最符合用户需求的千元级显卡。

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● GF114芯片如何战胜前辈 　　GF114芯片的前辈毫无疑问是使用于GTX460的GF104芯片，两者都经过了专门为图形优化的固定单元和流处理器资源配比。不过GF11X时代，NVIDIA在每一款芯片上都费尽心机优化了其内部晶体管布线结构，最终的结果是我们可以明显感受到Geforce GTX500系列产品超频能力太强劲，且相对与GF104的发热功耗拐点有较大区别。

GTX560各家非公版产品相对前辈做出实质提升

　　虽然表面上看GF114芯片和GF104相比只是打开了屏蔽的流处理器和TMU、ROP等固定单元，其他并无实质区别。不过目前流传作为广泛的说法是GF114核心和GF110核心一样，经过了彻底推倒重来的EDA设计。

GF114-325-A1核心

　　GeForce GTX 560标配由台积电采用40nm工艺指导的GF114-325核心，其由19.5亿晶体管构成，标配非全规格的336个流处理器、32个光栅处理器和56个纹理单元，在显存控制器方面其拥有256bit全规格设定。

典型的EDA优化实例

　　上图是某厂商对于EDA优化做出的说明，对于GF114这种晶体管达到15亿以上晶体管集成度较高的芯片，是典型的互联层数多的芯片，设计要考虑磁通量和寄生电感等等不和谐因素，有资料表明G80开始NVIDIA就考虑通过络磁点来降低磁通量，寄生电感。所以GTX400发布之后，NVIDIA有充足时间来调整GTX500产品的各项电气性能。

技嘉GV-N560SO-1GI超级超频版显卡

　　正是基于对NVIDIA全新工艺的理解和GTX400时代的PCB开发技术积累，同时有GTX560Ti对电气性能提出的更高要求，GTX560显卡各家厂商的设计显得游刃有余。上图中所示显卡在GTX560Ti时代已经达到1GHz默认频率，流处理器相对较少的GTX560系列产品肯定更轻易获取高频，所以本次发布的非公版GTX560产品集体提升了运行频率。

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● 如何设计最合理的游戏GPU　　设计一款出色的GPU是NVIDIA和AMD创立以来坚持了十几年的目标，不过如何设计一款出色的游戏GPU，这的确是不小的挑战，特别是对NVIDIA这种要用一套GPU微架构兼容高性能计算和图形两条产品线的厂商来说，如果偏向了一方另外一方肯定要受到严重影响。

2009年末NVIDIA GTC大会黄仁勋先生展示Fermi

　　Fermi架构最大的亮点就是GPU计算，也正因为其GPU计算方面的优势，NVIDIA的Tesla产品线在2009年末得到了空前的飞跃式发展。Impress Watch网站知名IT评论人後藤弘茂称NVIDIA全新Fermi架构：是以处理器为目标进行设计的。因为你在Fermi身上可以看到以前GPU上从来没有的东西，包括更多的指令双发射、统一的L2全局缓存、64KB的可配置式L1或者Shared Memory、大量的原子操作单元等等。
　　不过初期过于重视高性能计算市场而忽略了Geforce产品线，所以我们看到第一代GF100核心背负了太多本不属于它的负担，高温高功耗成为用户对它的最大印象，所以NVIDIA在千元级市场上需要一款产品来证明自己的路线还是以游戏为主线的——GF104/114架构正是在这种情况下诞生。

负荷越来越重的光栅化过程

　　上图是一张游戏场景截图，复杂的场景模型和超级精细的光影效果让GPU不堪重负，在这种图形处理环境中，纵然一颗GPU单元拥有再强大不过的Shader流处理器，也无法应对传统光栅化过程对于固定单元的种种考核。所以我们看到GF100/110芯片拥有512个流处理器，而TMU等单元在应对游戏需求时略显不足，所以NVIDIA在GF104/114核心上做出了妥协。

GF100/110与GF104/114 SM对比

　　虽然NVIDIA在Fermi架构诞生之时不停地强调Shader的自由度需要更强大的计算能力做支撑，但是面对目前复杂而又略显失望的游戏编程环境，GF104/114还是做出了增加固定单元比重的决定——GF104/114单个SM的性能要强于GF100/110单个SM，同时GF104/114每个流处理器所享有的Dispatch Unit发射端、SFU超越处理器、Texture Unit纹理单元数量都提升了25%。
　　总体对比而言，我们可以看到GF104/114芯片上每个SM中CUDA Core数量和Texture Unit数量均有大幅增加，这都会增加SM的3D计算能力，从而让用户在游戏体验上获得更好的效果。不过相反每个CUDA Core和Texture Unit分得的各类Cache有所减少，这应该是NVIDIA GPU架构工程师在性能、晶体管平衡取舍上得出的比例。

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● NVIDIA三年苦练四大内功　　NVIDIA在2008年发布了所有基于GF200架构的产品之后，GPU计算能力得到了迅猛提升，所以正是在当时NVIDIA提出了GPU附加功能——NVIDIA四大内功，它们分别是PhysX物理加速、CUDA通用计算、SLI双卡互联以及3D vision。

NVIDIA Geforce显卡四大内功

　　我们知道显卡诞生以来其主要发展方向就是图形计算，但是随着游戏需求的不断提升，单片显卡的计算能力出现瓶颈，而图形编程的基本结构又决定了多卡并联可以获得较高的加速比，所以四大内功之SLI双卡互联首先被大家关注。

GTX560组建双卡SLI平台

　　2010年可以说是3D元年，很多基于3D技术的显示设备被大量推向市场，而NVIDIA作为首先在GPU中提供3D技术的厂商，在Fermi架构所有显卡中提供了对3D vision技术的支持，本次GTX560也不例外。开启3D vision之后由于理论渲染量增加一倍，所以我们需要更强大的显卡应对图形需求，之前的GTX460虽然在一些3D vision游戏中表现优异，但是GTX560可以依托更高的额定频率获取到更高的执行效率。

索泰提供的NVIDIA GTX560显卡与3D输出设备

　　NVIDIA在显卡的3D Vision技术上已从单屏发展到三屏，其对手AMD还仍在研发室中努力。对NVIDIA来说，3D Vision这种技术上的绝对优势，无疑让其拥有了类似PhysX物理加速技术般独有的终极武器。GeForce 3D VISION是一种能够借助120Hz刷新率的显示器让用户体验到真正三维立体画面的技术，其最终意义是让用户能够体验到超越普通显示器效果的真正立体游戏、影视体验。
　　NVIDIA另外一项重要技术就是PhysX物理特效，而且目前绝大多数物理特效可以通过NVIDIA的GPU来执行，在很大程度上释放了CPU的计算压力。物理运算有两大特点，第一是高并行度，第二是高运算密度，这两大特点刚好符合我们之前所分析的NVIDIA并行计算结构，所以后来GPU理所当然地成为物理计算最佳硬件。

　　本次中关村在线GTX560首测使用了《蝙蝠侠：阿卡姆疯人院》作为一款PhysX测试游戏。我们可以看到在开启PhysX-GPU后，A卡必须借助CPU来软加速，瓶颈效应非常严重，A卡由于CPU瓶颈锁定在18帧，而N卡却可以以绝对流畅运行标准完成测试。

　　最后一项最为熟悉的NVIDIA特色技术是CUDA通用计算，也是Fermi架构提出以来业界最为认同的一款技术。可以将GPU视为一个并行数据计算的设备，对所进行的计算进行分配和管理。利用CUDA能够充分的将GPU的高计算能力开发出来，并使得GPU的计算能力获得更多的应用。

CUDA应用范围广泛

　　CUDA将GPU从图形处理单元变身为一个完整的通用处理器，在GTX560产品中我们可以看到336个CUDA Core单元，无论是图形处理能力还是并行计算能力都比上代产品做出了线性提升。随着CUDA概念深入人心，未来我们将看到更多基于CUDA编程的软件出现，那时我们的NVIDIA显卡可以获得更广泛的支持，游戏卡将成为过去，千元级别的GPU通用处理器将成为Geforce GTX560显卡的全新定义。