Обзор нового видеоускорителя NVIDIA GeForce GTX 760. 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)

После выхода GTX 770 логично было ожидать продолжения 7хх серии, ведь чип GK104 в свое время «дал жизнь» целым трем продуктам: GTX 680/670/660 Ti. Поэтому неудивительно, что сейчас NVIDIA выставляет GTX 760, который логически пойдет на смену 660 Ti.

Однако если GTX 770 не сильно отличался от предшественника GTX 680, то теперь перед нами совершенно новое соотношение частот работы, наличия тех или иных рабочих блоков в ядре и 256-битной шины обмена с памятью. Обо всем этом будет рассказано ниже.

Часть 1: Теория и архитектура

Компания NVIDIA решила не делать большой перерыв после выпуска пары топовых плат новой серии GeForce GTX 700, анонсировав ещё одну модель видеокарты на базе графического процессора GK104. Почему выход новых видеокарт важен именно сейчас? NVIDIA не просто так обновляет свою линейку решениями на уже знакомых нам чипах, компания преследует определённые цели. Мы уже не раз отмечали тот факт, что ПК сейчас, к моменту окончательного устаревания текущего поколения игровых консолей, является важнейшей игровой платформой, обеспечивающей лучшее качество и разнообразие игр, а также многопользовательские и другие возможности. Очень похоже, что ПК уже не особо уступит свои позиции даже после выхода следующего поколения консолей, которое запустится ближе к концу года.

Именно ПК обеспечивает максимальные возможности в графическом плане, да и нововведения чаще всего появляются и обкатываются именно на настольных компьютерах (например, это распространение игр в цифровом виде и многопользовательские игровые режимы). Издатели игр на ПК имеют больше возможностей для экспериментов, да и среди разработчиков эта платформа является самой популярной. Согласно опросу на выставке Game Developer Conference, почти половина (48%) разработчиков делает игры для ПК, а для «больших» консолей игры разрабатывает лишь 29% из них. Неудивительно, что и объёмы продаж на рынке ПК-игр сейчас не просто сопоставимы с консольными, но продолжают расти, и какое-то время будут превосходить консольные — NVIDIA даёт оценку рынка аналитиками из компании DFC Intelligence, которая занимается консультированием и исследованием рынка интерактивных развлечений и видеоигр:

Но в разделе 3D-графики нас больше интересует её качество, и многие пользователи играют в мультиплатформенные игры именно на ПК из-за того, что компьютер обеспечивает заметно лучшее качество картинки, по сравнению с нынешними консолями. Даже в разрешении текстур и рендеринга при прочих равных, не говоря уже о таких дополнительных эффектах, как тесселяция, GPU-ускоренные физические эффекты, имитация глобального освещения (HBAO и другие методы), а также качественные алгоритмы полноэкранного сглаживания. Да и следующее поколение консолей выглядит технически совсем не так уж впечатляюще, имея внутри начинку средней мощности, по меркам нынешних ПК (впрочем, у них есть свои преимущества).

Неудивительно, что NVIDIA продвигает рынок ПК-игр, тем более что консоли следующего поколения будут основаны на гибридных решениях их главного конкурента. И вот сегодня компания представила очередное своё решение для среднеценового сегмента рынка — GeForce GTX 760, которое обеспечит ПК-игроков отличными возможностями для современных игр с качеством рендеринга, близком к максимальному при сохранении высокой производительности.

Новая модель среднего ценового диапазона GeForce GTX 760 разработана для игроков, использующих мониторы с разрешением уровня Full HD (1920×1080 или 1920×1200), и даже при максимальных игровых настройках с включенным полноэкранным сглаживанием обеспечит приемлемую частоту кадров в большинстве игр. Модель отлично подойдёт в качестве апгрейда с многих GeForce предыдущих поколений, таких как GeForce GTX 275 и GTX 560, которые были весьма популярны в своё время, а последняя и сейчас остаётся одной из самых распространённых игровых видеокарт, судя по статистике Steam hardware survey.

Согласно внутренним тестам компании, новинка в среднем почти вдвое быстрее GTX 560 и до трёх раз производительнее, чем GTX 275. Интересно, что GeForce GTX 760, скорее всего, стала последним обновлением линейки NVIDIA в этом году. За последний месяц компания NVIDIA выпустила на рынок несколько новинок поколения GeForce GTX 700 (модели GTX 780 и GTX 770, а вот теперь и GTX 760), но дальнейших планов на расширение ассортимента в 2013 году у нее пока что нет. Остальные модели NVIDIA GeForce GTX остаются без изменений на оставшееся время до конца года:

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

• [30.05.13] NVIDIA GeForce GTX 770 — тот же GTX 680, но дешевле?
• [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

Изучим подробные характеристики выпущенной сегодня видеоплаты GeForce GTX 760, основанной на давно известном нам графическом процессоре из средне-верхнего сегмента.

Графический ускоритель GeForce GTX 760

• 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 980 МГц;
• Средняя турбо-частота ядра 1033 МГц;
• 6 активных потоковых мультипроцессоров, включающих 1152 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);
• 96 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 760

• Частота ядра 980 (1033) МГц;
• Количество универсальных процессоров 1152;
• Количество текстурных блоков — 96, блоков блендинга — 32;
• Эффективная частота памяти 6000 (1500×4) МГц;
• Тип памяти GDDR5, 256-бит шина памяти;
• Объем памяти 2 или 4 ГБ;
• Пропускная способность памяти 192,3 ГБ/с;
• Вычислительная производительность (FP32) 2,3 терафлопс;
• Теоретическая максимальная скорость закраски 31,4 гигапикселей в секунду;
• Теоретическая скорость выборки текстур 94,1 гигатекселей в секунду;
• Два разъема Dual Link DVI-I, один mini HDMI, один DisplayPort 1.2;
• Шина PCI Express 3.0;
• SLI-разъем;
• Энергопотребление до 170 Вт;
• Два 6-контактных разъёма питания;
• Двухслотовое исполнение;
• Рекомендуемая цена для рынка США — $249 (для России — 8990 руб).

Представленная видеокарта стала третьей в номинально новом семействе GeForce GTX 700. Она имеет традиционное наименование для NVIDIA, с привычно отличающейся от топовых плат средней цифрой номера модели. По сравнению с GTX 660 Ti, решили убрать и суффикс. Кстати, именно модель GTX 660 Ti в линейке компании NVIDIA новая GeForce GTX 760 и заменяет, а вот GTX 660 и GTX 650 остаются в производстве, ведь они медленнее и дешевле новинки. Равно как и GTX 690 и GTX Titan остаются в линейке и предназначаются для небольшой прослойки энтузиастов.

Конкурента среди плат компании AMD, который может стать соперником представленной сегодня GeForce, как всегда, подобрать не слишком просто — самым близким соперником для новой модели NVIDIA является видеокарта Radeon HD 7950, которая и стоит почти столько же, и по уровню производительности должна быть близка. Однако вполне возможно, что GTX 760 будет стоять посередине между HD 7950 и HD 7870, и сравнивать придётся с обеими моделями.

Как и GTX 770, новинка будет продаваться в двух вариантах: с 2 и 4 гигабайтами видеопамяти. Первая конфигурация лучше подойдёт для пользователей, имеющих дисплеи с разрешением Full HD (1920×1080 и 1920×1200 пикселей), а 4-гигабайтная модель предназначена для мониторов с ещё бо́льшим разрешением или систем с многомониторными конфигурациями. Мы уже писали, что на сегодняшний день объём в 2 ГБ ещё можно считать достаточным, но всё чаще в современных играх пригождается и 3-4 ГБ.

Печатная плата референсного варианта GeForce GTX 760 имеет длину в 9,5 дюймов (около 24 см), типичное энергопотребление составляет 170 Вт, для дополнительного питания используются два 6-контактных разъема, а из разъёмов вывода изображения на ней установлены два выхода Dual Link DVI, один HDMI и один DisplayPort 1.2 порт.

Как и в двух предыдущих моделях новой серии GeForce GTX 700, в новинке применяется улучшенный адаптивный контроллер вентилятора, обеспечивающий более плавную и стабильную частоту его вращения и, соответственно, меньший шум:

Впрочем, вряд ли мы увидим в продаже много вариантов GeForce GTX 760 с референсными кулерами, партнёры NVIDIA готовятся выпустить модели с таким GPU, имеющие печатные платы и кулеры собственного дизайна, а также с увеличенными частотами (фабричным разгоном). Большинство из них будет иметь 2 ГБ видеопамяти, но для желающих бо́льшего ожидается выход и четырёхгигабайтных вариантов.

Графическая архитектура

Видеокарта модели GeForce GTX 760 основана на уже больше года известном графическом процессоре GK104, который получил первое практическое применение ещё в GeForce GTX 680 и на котором основано множество видеокарт NVIDIA, начиная с GTX 660 Ti и заканчивая GTX 770. 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, но в случае GeForce GTX 760 не все исполнительные устройства активны:

Как видно на диаграмме, конкретная модификация графического чипа GK104, на котором основана модель GeForce GTX 760, имеет лишь 6 активных мультипроцессоров SMX, что в общем даёт 1152 потоковых вычислительных ядра из 1536 имеющихся в чипе физически. Другими словами, меньше, чем даже в GTX 660 Ti, не говоря об остальных модификациях. Важно, что активных кластеров GPC может быть 3 или 4, в зависимости от этого будет меняться и количество движков растеризации. Зато движков тесселяции всегда шесть, соответственно количеству SMX, так как каждый мультипроцессор имеет по движку PolyMorph Engine. И по 16 блоков текстурной фильтрации, поэтому общее количество активных текстурных блоков TMU в этом чипе равно 96 штукам, а вот блоки ROP разблокированы все, и их в GK104 всего 32.

А вот подсистема памяти полностью повторяет ту, что была у GTX 680, и шина памяти у GTX 760 не урезана, в отличие от GTX 660 Ti. Чип имеет четыре 64-битных контроллера видеопамяти, которые дают полноценную 256-битную шину. NVIDIA решила оставить и тактовую частоту памяти у GeForce GTX 760 такой же, что была и у GTX 680 — микросхемы памяти работают на частоте в 6 ГГц, и итоговая ПСП новинки заметно выше, чем у GTX 660 Ti.

Базовая рабочая частота графического процессора модели GeForce GTX 760 равна 980 МГц, но в случае всех современных видеокарт NVIDIA ещё важнее турбочастота (Boost Clock), показывающая среднее значение частоты в некотором наборе игр, и для GTX 760 она равна 1033 МГц. Реальная тактовая частота GPU в GeForce GTX 760 зависит от множества показателей, таких как потребление и температура, а также нагрузки на видеочип. Как и другие карты серии, GeForce GTX 700 поддерживает вторую версию GPU Boost 2.0, которая обеспечивает лучшие возможности для разгона и аппаратного мониторинга.

Понятно, что GeForce GTX 760 поддерживает и все остальные современные технологии компании NVIDIA, о которых мы ранее неоднократно писали. Игроки, которые решатся на апгрейд видеокарты уровня GeForce GTX 560, дополнительно получат следующие возможности графических решений поколения Kepler: поддержку до четырёх дисплеев, возможность одновременного стереорендеринга на несколько мониторов, поддержку полноэкранного сглаживания при помощи метода TXAA и т. п.

Программная поддержка

Рассказывая о программном обеспечении NVIDIA, нужно упомянуть, что компания продолжает работу по улучшению своего программного продукта GeForce Experience, ныне встроенного в драйверы. Мы уже говорили об этом ПО, оно помогает игрокам в автоматическом обновлении драйвера, а также более точной настройке игровых приложений под конкретную аппаратную конфигурацию, обеспечивая почти консольное удобство и правильный баланс между качеством и производительностью без необходимости ручного вмешательства.

Кроме того, в будущих релизах GeForce Experience планируется добавление возможности записи игрового процесса ShadowPlay, которое пока что отложено минимум до июля. Зато вместе с выходом GeForce GTX 760 компания выпустила обновление GeForce Experience, в котором список поддерживаемых игр расширился. К них добавились следующие проекты: TERA, Call of Juarez: Gunslinger, Resident Evil Revelations, Dungeons and Dragons: Neverwinter, GRID 2, Remember Me.

Продолжается работа и с игровыми разработчиками. Будущие пользователи GeForce GTX 760 получат возможность включения GPU PhysX эффектов в играх Borderlands 2, Hawken, и Planetside 2, а также новый метод полноэкранного сглаживания TXAA в Call of Duty: Black Ops 2, Crysis 3 и Assassin's Creed 3.

Отдельной строкой идёт игра Metro: Last Light компании 4A Games — одна из наиболее требовательных к аппаратной платформе из современных игр. В Metro: Last Light используется тесселяция на персонажах и игровых объектах, а при максимальных настройках качества тесселяция применяется и к ландшафту, что делает его ещё реалистичнее. В этой игре используются и физические эффекты PhysX, в том числе и ускоренные на GPU. Например, в их число входит физически корректный объёмный туман, имитация поведения тканей и др.

Мощности GeForce GTX 760 достаточно для Metro: Last Light при рендеринге в разрешении 1920×1080 с максимальными настройками, кроме суперсэмплинга (SSAA), но с включенными GPU PhysX и тесселяцией самого высокого уровня:

Внедрение новых технологий в будущие игры не останавливается, и NVIDIA указывает на несколько таких игровых проектов, которые используют технологии компании: Assassin's Creed 4: Black Flag, Watch_Dogs, Splinter Cell: Blacklist и Batman: Arkham Origins будут поддерживать метод сглаживания TXAA, физические GPU PhysX эффекты будут применяться в The Witcher 3 и очередном Batman, а HBAO появится в Splinter Cell: Blacklist.

Большинство из этих игр имеют поддержку DirectX 11, включая тесселяцию, и GeForce GTX 760, равно как и все остальные GPU компании NVIDIA, в условиях увеличенной нагрузки на геометрические блоки должен показать себя с лучшей стороны. А вот те, кто до сих пор использует устаревшие DX10-совместимые видеокарты, вроде GeForce GTX 275, просто не увидят всех этих возможностей, а GeForce GTX 560 теоретически показать их хоть и сможет, но не обеспечит достаточно плавной частоты кадров.

К примеру, в ожидаемой многими игре The Witcher 3 поддерживаются возможности DirectX 11, в том числе имитация шерсти и волос у персонажей, а также планируется добавление GPU-ускоренных физических эффектов при помощи PhysX. Так что покупатели GeForce GTX 760 не будут разочарованы и без внимания NVIDIA точно не останутся.

Оценка производительности

В этой части материала мы лишь предварительно оцениваем производительность нового решения, исходя из теоретических данных и тестирования NVIDIA. Модель GeForce GTX 760 основана на том же GK104, что использовался во многих других решениях GeForce GTX, но он отличается иным количеством активных исполнительных блоков, поэтому производительность новинки трудно оценить, исходя из теории. По сравнению с GeForce GTX 660 Ti, у GTX 760 явно выше пропускная способность видеопамяти (192 ГБ/с против 144 ГБ/с) и производительность блоков ROP, что особенно заметно скажется в некоторых условиях, вроде рендеринга в высоком разрешении.

С другой стороны, GTX 660 Ti имеет небольшое (менее 10%) преимущество по скорости текстурирования и математической производительности, которые весьма важны в играх. Иными словами, во многих условиях и играх новинка будет даже проигрывать своему предшественнику из семейства GTX 600, для замены которого она предназначена. Итак, давайте рассмотрим, что получилось у самой NVIDIA. Сначала приведём краткую оценку производительности новой модели GeForce GTX 760 в наборе игровых приложений, приводимую компанией NVIDIA. В одной из самых требовательных и современных игр Metro: Last Light, новинка компании обеспечивает более 40 FPS при очень высоких настройках («Very High») и в разрешении 1920×1080:

Результат весьма неплохой, так как игра очень требовательна к мощности GPU, и 25 FPS у GTX 560 в этих же условиях явно не позволят насладиться игрой без тормозов. А в Planetside 2 разница между старыми решениями и представленным сегодня GeForce GTX 760 и того больше:

Planetside 2 — это многопользовательский (MMO) шутер от первого лица, производства Sony Online Entertainment, в этой игре также используется технология NVIDIA PhysX, а GeForce GTX 760 обеспечивает более 50 FPS — вполне комфортную частоту кадров. В то время как GeForce GTX 275 и GTX 560 показывают производительность ниже предела в 30 FPS.

После привычного сравнения с предшествующими моделями NVIDIA предыдущих поколений, перейдём к прямым конкурентам новинки в лице Radeon HD 7950 в двух исполнениях, обычном и с разгоном. Тесты проводились компанией NVIDIA в современных играх при разрешении 1920×1080:

Как видите, в некоторых играх (таких как Assassin's Creed 3, Far Cry 3 и Batman: Arkham City) новая модель GeForce GTX 760 до 20% быстрее, по сравнению с младшим из представленных на диаграмме конкурентов — Radeon HD 7950. Что касается модели, отмеченной суффиксом «Boost», то это более дорогой вариант Radeon HD 7950, предлагаемый компанией AMD, но даже по сравнению с ним GTX 760 оказывается быстрее до 10% в таких играх, как Crysis 3, Skyrim, Shogun 2 и др. Впрочем, у нас ещё будут собственные игровые тесты в третьей части статьи.

А сейчас, после того как мы рассмотрели теоретические и предварительные данные о новом решении NVIDIA, самое время перейти к практической части исследования в наборе синтетических тестов, в которых мы сравним производительность новой видеокарты модели GeForce GTX 760 со скоростью различных моделей компаний NVIDIA и AMD.

NVIDIA GeForce GTX 760 — Часть 2: видеоплаты и синтетические тесты →