Обзор нового видеоускорителя NVIDIA GeForce GTX 770. Часть 1 — Теория и архитектура

Содержание

• Часть 1 — Теория и архитектура
• Часть 2 — Практическое знакомство
  • Особенности видеокарты
  • Конфигурация стенда, список тестовых инструментов
  • Результаты синтетических тестов
• Часть 3 — Результаты игровых тестов (производительность)

Берется чип GTX 680… Перемычки, отвечающие за Device ID, ставятся иначе, — и, оба-на… получается GTX 770. Однако чтобы хоть как-то улучшить производительность в высоких разрешениях, а также в целом внести какое-нибудь отличие от вышеупомянутого GTX 680, изменены частоты.

И самое главное (барабаны, потом тишина)… Цена выставлена сильно ниже, чем у GTX 680 в начале продаж (кстати, и через год она не сильно упала). Потому что позиционирование бывшего флагмана уже иное: он идет на место GTX 670, уничтожая на корню GTX 680 (кто теперь его купит?!), а также нацелен против Radeon HD 7970/7970 GHz. Впрочем, учитывая, как выросли цены на Radeon 79xx семейства в последние месяцы (из-за дефицита и массового спроса на такие карты ради распределенных вычислений bitcoins), наверно уже следует говорить о позиционировании против 7950… но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Часть 1: Теория и архитектура

Всего через неделю после выхода первого решения нового семейства — GeForce GTX 780 — компания NVIDIA решила выпустить ещё одну модель видеокарты, чтобы единственная топовая плата на базе графического процессора GK110 не скучала в одиночестве. Хотя ещё совсем недавно ничто не предвещало того, что NVIDIA не даст отдыха профильным журналистам, выпуская решения новой линейки раз в неделю, всё же было решено обновить семейство видеокарт, не анонсируя новых GPU, а модифицируя уже имеющиеся варианты.

Видеокарты на ступеньку ниже топовых всегда были достаточно популярными, так как предлагали почти максимальную производительность и те же возможности, что и самая дорогая модель. К примеру, после своего анонса в 2011 году модель GeForce GTX 570 стала очень распространённым вариантом для тех, кто хотел модернизировать свой ПК до уровня предыдущего топа (GeForce GTX 480), но за меньшие деньги. Собственно, GeForce GTX 570 и сейчас остаётся одной из наиболее популярных видеокарт высокого уровня. По данным отчёта Steam hardware survey, видеокарты GeForce GTX 570 и GTX 670 являются самыми массовыми среди 3D-ускорителей с ценой около $400.

Так как GeForce GTX 770 основана на том же чипе GK104, что и недавняя быстрейшая одночиповая видеокарта компании NVIDIA (GeForce GTX 680), новинка является отличным решением для энтузиастов, которые хотят получить высочайшую производительность, но не готовы платить за GeForce GTX 780 или Titan. GPU новой платы имеет 1536 вычислительных ядер, работающих на более высокой частоте, чем в предыдущих решениях. Кроме этого, и видеопамять у GeForce GTX 770 работает на более высокой частоте в 7 ГГц (эффективная частота памяти GDDR5) — это самое высокое значение, которое мы видели в серийных видеокартах.

Соответственно, видеокарта модели GeForce GTX 770 способна обеспечить комфортную и плавную частоту кадров в любых 3D-играх при высоких настройках, максимальном разрешении экрана и включенном полноэкранном сглаживании. Мощность видеокарт обновленной линейки даёт надежды на то, что графика в будущих играх станет ближе к тому, что мы видим в демонстрационных приложениях компании:

Понятно, что GeForce GTX 770 поддерживает все современные технологии NVIDIA, о которых мы неоднократно писали ранее. Игроки, которые решатся на апгрейд видеокарты уровня GeForce GTX 570 до GTX 770, дополнительно к уже имеющимся технологиям получат другие возможности графических решений поколения Kepler: поддержку до четырёх дисплеев, возможность стереорендеринга одновременно на несколько мониторов, поддержку полноэкранного сглаживания при помощи метода TXAA и т. д. А из сравнительно новых технологий в GeForce GTX 770 можно отметить поддержку новой версии GPU Boost 2.0, появившейся ранее в GeForce GTX Titan и GTX 780, которая даёт лучшие возможности для управления тактовой частотой GPU, частотой вращения кулера и более точный аппаратный мониторинг.

Анонсированная сегодня модель видеокарты NVIDIA основана на базе графического процессора архитектуры Kepler, о которой мы уже неоднократно рассказывали в подробностях, поэтому нашим читателям будет полезно ознакомиться с более ранними статьями о других моделях графических решений этой компании:

• [23.05.13] NVIDIA GeForce GTX 780 — урезанная версия GTX Titan, ускоритель премиум-класса
• [18.03.13] NVIDIA GeForce Titan — новый однопроцессорный флагман 3D-графики игрового класса
• [13.09.12] NVIDIA GeForce GTX 660 — хороший добротный современный середнячок
• [10.05.12] NVIDIA GeForce GTX 670 — 7/8 от однопроцессорного лидера GTX 670: много это или мало?
• [22.03.12] NVIDIA GeForce GTX 680 — новый однопроцессорный лидер 3D-графики

Рассмотрим подробные характеристики представленной сегодня видеоплаты GeForce GTX 770, основанной на уже известном нам графическом процессоре средне-верхнего сегмента.

Графический ускоритель GeForce GTX 770

• Кодовое имя чипа GK104;
• Технология производства 28 нм;
• 3,54 миллиардов транзисторов;
• Площадь ядра 294 мм²;
• Унифицированная архитектура с массивом процессоров для потоковой обработки различных видов данных: вершин, пикселей и др.;
• Аппаратная поддержка DirectX 11 API, в том числе шейдерной модели Shader Model 5.0, геометрических и вычислительных шейдеров, а также тесселяции;
• 256-битная шина памяти, четыре независимых контроллера шириной по 64 бита каждый, с поддержкой GDDR5-памяти;
• Базовая частота ядра 1046 МГц;
• Средняя турбочастота ядра 1085 МГц;
• 8 потоковых мультипроцессоров, включающих 1536 скалярных ALU для расчётов с плавающей запятой (поддержка вычислений в целочисленном формате, с плавающей запятой, с FP32 и FP64 точностью в рамках стандарта IEEE 754-2008);
• 128 блоков текстурной адресации и фильтрации с поддержкой FP16 и FP32 компонент в текстурах и поддержкой трилинейной и анизотропной фильтрации для всех текстурных форматов;
• 4 широких блока ROP (32 пикселя) с поддержкой режимов антиалиасинга до 32 выборок на пиксель, в том числе при FP16 или FP32 формате буфера кадра. Каждый блок состоит из массива конфигурируемых ALU и отвечает за генерацию и сравнение Z, MSAA, блендинг;
• Интегрированная поддержка RAMDAC, двух портов Dual Link DVI, а также HDMI и DisplayPort.
• Интегрированная поддержка четырёх мониторов, включая два порта Dual Link DVI, а также HDMI 1.4a и DisplayPort 1.2
• Поддержка шины PCI Express 3.0

Спецификации референсной видеокарты GeForce GTX 770

• Частота ядра 1046 (1085) МГц;
• Количество универсальных процессоров 1536;
• Количество текстурных блоков — 128, блоков блендинга — 32;
• Эффективная частота памяти 7000 (1750×4) МГц;
• Тип памяти GDDR5, 256-битная шина памяти;
• Объем памяти 2 или 4 ГБ;
• Пропускная способность памяти 224,3 ГБ/с;
• Вычислительная производительность (FP32) 3,2 терафлопс;
• Теоретическая максимальная скорость закраски 33,5 гигапикселей в секунду;
• Теоретическая скорость выборки текстур 133,9 гигатекселей в секунду;
• Два разъема Dual Link DVI-I, один mini HDMI, один DisplayPort 1.2;
• Шина PCI Express 3.0;
• Двойной SLI разъем;
• Энергопотребление до 230 Вт;
• Один 8-контактный и один 6-контактный разъёмы питания;
• Двухслотовое исполнение;
• Рекомендуемая цена для рынка США — $399 (для России — 14 490 руб).

Новая видеокарта является уже второй в новом семействе GeForce GTX 700, и она имеет традиционное наименование для NVIDIA, с отличающейся от топовой карты средней цифрой суффикса. По сравнению с GTX 670 изменилась и первая цифра, так как номинально это уже следующее поколение, хотя физически чип тот же самый. Естественно, что как и следует из наименования новинки, модель GeForce GTX 770 заменяет в линейке компании видеокарту GeForce GTX 670. С платами компании AMD, которые могут стать соперниками представленной сегодня GeForce GTX 770, всё очень просто — прямым соперником для новой модели является самая производительная одночиповая видеокарта — Radeon HD 7970 GHz Edition. Топовая одночиповая плата Radeon и стоит примерно столько же, да и по производительности они должны быть весьма близки.

GeForce GTX 770 будет поставляться на рынок в двух вариантах: с 2 и 4 гигабайтами видеопамяти. Первая конфигурация идеально подойдёт для пользователей, имеющих дисплеи с разрешением Full HD (1920×1080 и 1920×1200 пикселей), а 4-гигабайтная модель оправдана для мониторов с ещё большим разрешением или систем с многомониторными конфигурациями. На сегодняшний день объём в 2 ГБ ещё можно считать достаточным, хотя с распространением мультиплатформенных игр, спроектированных в т. ч. и для следующего поколения консолей, может пригодиться и 4 ГБ, а то и больше.

Печатная плата референсного варианта GeForce GTX 770 имеет длину 10,5 дюймов (267 мм), для вывода изображения на ней установлены два разъёма Dual-Link DVI, один HDMI и один DisplayPort 1.2. Дополнительное питание на карту подаётся при помощи одного 8-контактного и одного 6-контактного разъёмов PCI-E. Дизайн корпуса аналогичен плате модели GeForce GTX 780.

Как и вышедшая на неделю раньше видеокарта, референсная плата модели GTX 770 использует то же самое устройство охлаждения, известное ещё по Titan и хорошо зарекомендовавшее себя. Этот кулер основан на принципе испарительной камеры, дополненной массивным двухслотовым радиатором из алюминиевого сплава и эффективным вентилятором, который обеспечивает очень тихую работу даже при значительной нагрузке в течение продолжительного времени (бенчмарк Unigine Heaven 4.0 в разрешении 1920×1080 с полноэкранным сглаживанием, максимальными настройками, в т. ч. тесселяции):

Если кулеры на предыдущих платах этого уровня обеспечивали уровень шума порядка 47 дБА, то кулер GeForce GTX 770 работает на 4 дБА тише, что весьма ощутимо. Вклад в снизившийся шум от кулера внес и новый адаптивный алгоритм управления вентилятором, который обеспечивает более стабильную скорость вращения. Впрочем, это касается лишь референсного кулера NVIDIA, а на рынке будут продаваться видеокарты GeForce GTX 770 разных производителей, в том числе с собственным дизайном печатной платы и системой охлаждения.

В продажу видеокарта GeForce GTX 770 от NVIDIA поступит в конце мая, причём сразу же будут доступны как референсные варианты, так и платы собственного дизайна партнёров компании, с уникальными кулерами, печатными платами и более высокими штатными частотами — так называемым фабричным разгоном.

Графическая архитектура

Модель GeForce GTX 770 основана на давно известном нам графическом процессоре GK104, который получил первое практическое применение ещё в GeForce GTX 680, выпущенном больше года тому назад. Полная версия графического процессора GK104 имеет в своём составе четыре кластера графической обработки Graphics Processing Cluster (GPC), каждый из которых состоит из двух мультипроцессоров SMX, и в случае GeForce GTX 770 все исполнительные устройства активны:

Итак, графический чип GK104, на котором основана модель GeForce GTX 770, имеет 8 активных мультипроцессоров SMX — то есть все физически существующие в GPU блоки рабочие. В общем это даёт 1536 потоковых вычислительных ядер, ровно как и у топовой платы предыдущего поколения — GeForce GTX 680. Каждый мультипроцессор имеет по движку PolyMorph Engine и по 16 блоков текстурной фильтрации. Общее количество активных текстурных блоков TMU в чипе равно 128 штукам, а блоков ROP в GK104 всего 32, и все они в GeForce GTX 770 рабочие.

Подсистема памяти также полностью повторяет ту, что была у GTX 680 — четыре 64-битных контроллера видеопамяти дают совместную 256-битную шину. Казалось бы, неужели по сравнению с GTX 680 не будет никаких изменений и новинка теоретически может быть ограничена пропускной способностью памяти, как бывшая топовая модель? Но нет, компания NVIDIA решила поднять тактовую частоту памяти у GeForce GTX 770 до значения в 7010 МГц, поэтому пиковая ПСП у новинки стала равна 224,3 ГБ/с, то есть более чем на 15% выше по сравнению с GTX 680. Не факт, что это поможет в достижении большей производительности, но уж точно не помешает.

Базовая частота графического процессора в GeForce GTX 770 для референсной платы составляет 1046 МГц, а средняя турбочастота (Boost Clock) равна 1085 МГц. Впрочем, турбочастота отражает лишь среднее её значение в некотором наборе приложений и игр, а реальная частота будет зависеть от множества условий: приложения, его настроек, а также температуры и потребления GPU. И не зря мы упомянули о том, что это лишь референсные частоты, так как многие из партнёров NVIDIA предложат и варианты плат GTX 770, работающие на более высокой рабочей частоте.

Программная поддержка

В обзоре GeForce GTX 780 мы уже писали о том, что программная поддержка важна даже для тех видеокарт, которые основаны на давно известных графических процессорах. NVIDIA старается улучшать пользовательский комфорт при использовании их решений, и та же драйверная поддержка у этой компании в последние годы находится на довольно высоком уровне — оптимизированные версии драйверов для новых игр появляются очень быстро, вместе с приростами производительности и устранением ошибок. К примеру, с выходом GeForce GTX 780 была выпущена и новая версия драйверов — 320.18, которая отличается ощутимым ускорением в ряде игр вроде Dirt: Showdown, Tomb Raider и Metro: Last Light.

Говоря о последних драйверах NVIDIA, невозможно не упомянуть программное обеспечение GeForce Experience (GFE), о котором мы также уже писали и которое было включено в состав последней версии драйвера. Его основная задача — помочь обычным игрокам правильно подобрать игровые настройки под конкретную систему, чтобы они насладились качественными текстурами, моделями и современными эффектами, не тратя время на поиск правильной комбинации графических настроек вручную. GeForce Experience позволяет оптимизировать игровые настройки для всех установленных игр, исходя из аппаратной конфигурации системы, обеспечивая достойную производительность и максимально возможное качество рендеринга.

Работа NVIDIA с производителями игр всегда была хорошим примером для конкурента, и лишь в последнее время они немного упустили инициативу, отдав преимущество похожей кампании от AMD. Впрочем, программа по сотрудничеству с разработчиками игр у NVIDIA продолжается, и с помощью её сотрудников в игры внедряются современные графические эффекты, такие как тесселяция, новые методы сглаживания вроде FXAA и TXAA, а также реалистичные физические эффекты на GPU. Одним из последних примеров стала совсем недавно вышедшая игра Metro: Last Light.

Сотрудничество компании с разработчиками самых передовых игровых движков и приложений ведётся постоянно. Особенно важно это в случае будущих мультиплатформенных проектов для ПК и консолей следующего поколения, которые вот-вот будут окончательно представлены. Так, на конференции игровых разработчиков Game Developers Conference компания Epic Games показывала демонстрацию своего движка следующего поколения Unreal Engine 4, известную под названием Infiltrator.

Данная демо-программа показывалась на системе с GeForce GTX 680, в ней были представлены новые технологии, рассчитывались тысячи источников света, использовалась новая система описания материалов, а также отрисовывались миллионы частиц, взаимодействующих между собой и окружением с применением технологии NVIDIA PhysX. Сотрудничество NVIDIA с такими компаниями, как Epic, даёт надежду на то, что будущие мультиплатформенные игры будут отличаться продвинутой графикой и оптимизироваться для решений NVIDIA.

Оценка производительности

Как обычно, посвятим часть материала оценке производительности нового решения. Модель GeForce GTX 770 основана на том же GK104, что использовался в GeForce GTX 680, он имеет то же количество активных вычислительных ядер, и преимущество новинки только в незначительно более высокой частоте GPU, подкреплённой GPU Boost второй версии, и на 15% возросшей пропускной способности видеопамяти (224 ГБ/с против 192 ГБ/с), что может сказаться лишь в некоторых задачах вроде наиболее требовательных игр в сверхвысоких разрешениях.

Итак, рассмотрим то, что получилось у самой NVIDIA на практике. Специалисты компании протестировали сравниваемые решения в двадцатке современных игр в разрешениях 1920×1080 и 2560×1600, и в таких условиях новинка обеспечивает дополнительный прирост в 65% в средней производительности, по сравнению с GeForce GTX 570:

Кроме того, что анонсированная сегодня видеокарта NVIDIA даёт большую производительность, по сравнению с GTX 570, она ещё и примерно вдвое более энергоэффективна (по соотношению производительности на 1 Вт потребляемой энергии). Прирост скорости по сравнению GTX 670 уже не такой большой, порядка 15%, но всё же достаточно ощутимый, если учитывать один и тот же GPU, лежащий в основе этих двух моделей.

Что касается сравнения новой модели GeForce GTX 770 с ближайшим конкурентом и по цене, и по производительности, то, по оценкам компании NVIDIA, новинка с видеопамятью объёмом 2 ГБ опережает Radeon 7970 GHz Edition почти на четверть в такой игре, как Batman Arkham City, а в играх Borderlands 2, BioShock Infinite, Far Cry 3 и Shogun 2 она быстрее соперника на 7-20% (в разрешении 2560×1600):

Ну а если кому-то захочется собрать систему из двух видеокарт GeForce GTX 770, воспользовавшись их выгодной ценой, то в этом им поможет достаточно высокая эффективность работы SLI в такой связке. Благодаря специальным оптимизациям в NVIDIA SLI игроки получат хороший прирост в частоте кадров почти без потерь в плавности видеоряда, что очень и очень неплохо (конфигурации тестировались в разрешении 2560×1600 в том же наборе игр, а для измерения скорости рендеринга использовался новый пакет утилит FCAT, о котором мы писали ранее):

Измерение реальной частоты кадров при помощью FCAT показывает среднее преимущество двухчиповой SLI-системы над одиночной видеокартой порядка 80%, что говорит о неплохой масштабируемости производительности многочиповой системы. При этом, благодаря программно-аппаратным решениям NVIDIA, плавность видеоряда в играх остаётся достаточно высокой, и результат FCAT почти не отличается от того, что показывает FRAPS, так как отброшенных и неполноценных кадров очень мало.

После того, как мы рассмотрели теоретические и предварительные данные, следующая часть нашей статьи будет посвящена практической части исследования в наборе из синтетических тестов, в которых мы сравним производительность новой видеокарты модели GeForce GTX 770 со скоростью других решений компаний NVIDIA и AMD.

NVIDIA GeForce GTX 770 — Часть 2: видеоплаты и синтетические тесты →