Содержание
- Часть 1 — Теория и архитектура
- Часть 2 — Практическое знакомство
- Часть 3 — Результаты игровых тестов (производительность)
Еще когда мы только приступали к рассмотрению AMD Radeon HD 6990, уже было примерно известно, что конкурент в лице Nvidia готовит мощный ответ. И действительно, примерно через две с половиной недели выходит также двухпроцессорный трехмерный ускоритель Geforce GTX 590. Как и в случае с Radeon HD 6990, он основан на двух самых последних и мощных GPU: Geforce GTX 580 (и Radeon HD 6970 в случае с 6990, соответственно).
Ниже мы детально разберем: какие особенности у нового продукта, сможет ли он побороть HD 6990, и кто же будет лидером на рынке 3D-ускорителей игрового класса на ближайщие полгода (а то и дольше). Для начала залезем, как обычно, вовнутрь устройства, и даже в GPU, и изучим, как оно устроено. Алексей Берилло с удовольствием расскажет об этом.
Часть 1: Теория и архитектура
Самыми быстрыми видеокартами на рынке с давнего времени являются двухчиповые решения. Так было ещё со времён 3dfx Voodoo 2 и ATI Rage Fury MAXX, так продолжалось в дальнейшем, так осталось и сейчас. Со всеми своими недостатками (высокое энергопотребление и тепловыделение, высокая цена, нередкие проблемы с производительностью и качеством рендеринга) они имеют неоспоримое преимущество в чистой мощности, что выражается в высокой частоте смены кадров.
К сожалению для богатых поклонников продукции компании Nvidia, самыми быстрыми видеокартами на рынке долгое время были решения от её конкурента — компании AMD, которая выпустила свой Radeon HD 5970 в конце 2009 года. А вот Nvidia так и не вывела на рынок ничего нового на базе двух чипов ещё со времён Geforce GTX 295. Зато её конкурент совсем недавно ещё и обновил своё решение верхнего уровня, выпустив модель Radeon HD 6990, что калифорнийцы уже не могли оставить без ответа.
Хотя решения такой мощности не слишком сильно влияют на финансовые успехи компаний напрямую, так как их продаётся крайне мало, но имиджевое влияние подобных продуктов, предназначенных для самой активной части покупателей графических решений, весьма важно для вендоров. Хотя, с текущими ценами на двухчиповые платы производители GPU смогут на них ещё и немного подзаработать.
Итак, уже почти пять месяцев видеокарта Geforce GTX 580 оставалась быстрейшим решением компании Nvidia. Будучи основанной на улучшенном графическом процессоре GF110, она до сих пор является быстрейшим одночиповым решением вообще. Но у конкурента, согласно давно объявленной стратегии, позиции ультимативного решения для энтузиастов защищают двухчиповые видеокарты.
А вот компания Nvidia не делала попыток выхода на рынок с двухчиповыми видеокартами на базе GPU семейства Fermi скорее всего потому, что первые топовые чипы GF100 имели недостатки, связанные с излишне высоким потреблением энергии при работе даже на сравнительно низких тактовых частотах.
Но со временем у Nvidia вышел чип GF104 и видеокарта Geforce GTX 460 на его основе, который уже вполне было можно применить в двухчиповой карте. Но ей было бы сложно противостоять всё тому же Radeon HD 5970. Затем, в ноябре 2010 года был представлен обновленный графический процессор GF110, обладающий лучшими показателями энергоэффективности и работающий на больших частотах. Парочка таких GPU и легла в основу анонсированной сегодня двухчиповой видеокарты от Nvidia — Geforce GTX 590. 
Естественно, новая модель Geforce предназначена исключительно для энтузиастов компьютерных игр, не стеснённых в средствах, и скорее даже больше на любителей разгона, ставящих рекорды в различных бенчмарках. Мощь двух GF110, пусть и на сниженных частотах, вполне способна обеспечить высокую производительность, особенно если закрыть глаза на проблемы метода мультичипового рендеринга Alternate Frame Rendering (AFR).
Что важно, графические процессоры GF110, устанавливаемые на Geforce GTX 590, ничуть не урезаны по своим возможностям, они имеют по 512 активных потоковых процессоров, на каждый из чипов приходится по полтора гигабайта GDDR5 видеопамяти, работающей на шине 384-бит (также на каждый GPU). Но как инженерам Nvidia удалось вместить удвоенное потребление чипа GF110 вместе со всей обвязкой в теплопакет, максимальный для PCI-E-видеокарт?
Во-первых — не удалось, равно как и их конкурентам из AMD. Аналогично Radeon HD 6990, новая видеокарта Nvidia имеет два 8-штырьковых разъёма дополнительного питания, а не применявшуюся ранее схему 8+6. А во-вторых, несмотря на неурезанные видеочипы, их рабочую частоту пришлось очень серьёзно снизить. К сожалению, это должно привести к пониженной производительности относительно наших ожиданий. Хотя свои раза полтора в приросте FPS по отношению к GTX 580 она возьмёт, конечно. Вопрос в том, будет ли этого достаточно для того, чтобы побить Radeon HD 6990?
Ответ на этот вопрос мы найдём во второй и третьей частях материала, а в теоретической части важнее то, что новое решение Nvidia удивляет довольно эффективной и малошумной (для двухчипового решения такой мощности, естественно) системой охлаждения. Среди других особенностей Geforce GTX 590 можем отметить поддержку одного разъёма SLI для объединения двух подобных видеокарт в режиме Quad SLI.
Но четырёхчиповая видеосистема — это уж точно на очень редких любителей, ибо с современными мультиплатформенными играми, которых где-то 90-95% среди всех вышедших приложений такого рода, прекрасно справляются и видеокарты верхнего среднего уровня, основанные на единственном GPU. К этому можно добавить так и не решённые проблемы AFR.
Гораздо более любопытным для любителей мощнейших систем нам кажется вариант по созданию гибридной системы на основе одной двухчиповой видеокарты, один из GPU которой будет заниматься графическими расчётами, а другой — физическими эффектами PhysX, ускоряемыми на графических процессорах.
Впрочем, игровых приложений, которым желателен отдельный GPU для физики, мы знаем не так уж много, сходу можно вспомнить разве что Batman: Arkham Asylum, Mafia 2 и Dark Void. Также немного и любителей вывести стереоизображение сразу на три монитора высокого разрешения, что позволяет сделать Geforce GTX 590 — единственная видеокарта Nvidia, способная на такое в одиночку, не требуя установки пары видеокарт.
Заметьте — все эти особенности (Quad SLI, выделенный GPU на «физику», 3D Vision Surround), вместе с самой идеей мультичипового рендеринга, предназначены исключительно для крайне немногочисленного самого-самого верхнего слоя пользователей. Для них и цена решения не так уж важна, захотят — купят. Видеокарты такого уровня — как суперкары в мире автомобилей. Поэтому и относиться к ним нужно соответственно. К чему мы и приступаем.
Так как анонсированное сегодня решение Nvidia основано на двух чипах GF110 архитектуры «Fermi», о которых мы уже неоднократно рассказывали, то читателям будет полезно ознакомиться с подробной информацией о ранних моделях графических решений по следующим материалам нашего сайта:
- [09.11.10] Nvidia Geforce GTX 580: новый король 3D-графики на закате 2010 года
- [12.07.10] Nvidia Geforce GTX 460: распространение новой архитектуры GF1xx на средний ценовой диапазон
- [27.03.10] Nvidia Geforce GTX 480: архитектура нового графического процессора изнутри
- [19.01.10] Новая графическая архитектура Nvidia GF100
Предполагая, что с современной архитектурой видеочипов Nvidia наши читатели уже давно и хорошо знакомы, рассмотрим подробные характеристики новой двухчиповой видеокарты этой компании, основанной на паре графических процессоров GF110.
Графический ускоритель Geforce GTX 590
- Кодовое имя чипов — GF110;
- Технология производства 40 нм;
- 2 чипа по 3 миллиарда транзисторов каждый;
- Унифицированная архитектура с массивом процессоров для потоковой обработки различных видов данных: вершин, пикселей и др.;
- Аппаратная поддержка DirectX 11, в том числе и новой шейдерной модели — Shader Model 5.0;
- Двойная 384-битная шина памяти: дважды по шесть независимых контроллеров шириной по 64 бита каждый, с поддержкой GDDR5 памяти;
- Частота ядра 607 МГц;
- Удвоенная частота ALU 1215 МГц;
- 2×16 потоковых мультипроцессоров, включающих в общем 1024 скалярных ALU для расчётов с плавающей точкой (целочисленные и плавающие форматы, поддержка точности FP32 и FP64 в рамках стандарта IEEE 754-2008);
- 2×64 блока текстурной адресации и фильтрации с поддержкой FP16- и FP32-компонент в текстурах и поддержкой трилинейной и анизотропной фильтрации для всех текстурных форматов;
- 2×6 широких блоков ROP (всего 96 пикселей) 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;
- Для каждого GPU интегрированная поддержка RAMDAC, двух портов Dual Link DVI, а также HDMI и DisplayPort.
Спецификации референсной видеокарты Geforce GTX 590
- Частота ядра 607 МГц;
- Частота универсальных процессоров 1215 МГц;
- Количество универсальных процессоров 2×512;
- Количество текстурных блоков — 2×64, блоков блендинга — 2×48;
- Эффективная частота памяти 3414 (854×4) МГц;
- Тип памяти GDDR5, двойная 384-битная шина памяти;
- Объём памяти 2×1536 МБ;
- Пропускная способность памяти 2×164 гигабайт в секунду;
- Теоретическая максимальная скорость закраски 58 гигапикселей в секунду;
- Теоретическая скорость выборки текстур 78 гигатекселей в секунду;
- Одинарный SLI-разъем;
- Шина PCI Express 2.0;
- Разъёмы: 3 Dual Link DVI, 1 mini DisplayPort
- Максимальное энергопотребление до 365 Вт;
- Два 8-штырьковых разъёма питания;
- Двухслотовое исполнение;
- Рекомендуемая цена для России — 25999 руб., для США — $699.
Анонсированная видеокарта на базе двух графических процессоров GF110 становится на самую верхнюю ступень в линейке Nvidia, прямо над быстрейшей одночиповой Geforce GTX 580. Что касается сравнения с конкурентом, то и по цене (по крайней мере — для западного рынка) и по производительности им становится недавно рассмотренная нами AMD Radeon HD 6990. Как мы уже писали, производителям графических чипов сейчас приходится выжимать все соки из всё того же техпроцесса 40 нм, и сделать это можно разве что выпуском двухчиповых карт.
Принцип наименования видеокарт Nvidia немного изменился со времени предыдущей двухчиповой Geforce GTX 295. Теперь топовая карта на двух GPU имеет название, отличающееся от быстрейшей одночиповой модели средней цифрой (580→590). Естественно, что выпущена лишь одна двухчиповая модель, так как это решение максимальной производительности.
Предположительная рыночная цена новой модели для североамериканских магазинов равна $699, что соответствует цене конкурирующего решения, а вот российская рекомендуемая цена снова заметно выше. Остаётся надеяться, что в продаже она появится по цене ближе к $699 по официальному курсу, чем по 25999 руб. Впрочем, видеоплата имиджевая, её купят и за столько.
Так как двухчиповая модель имеет сдвоенную 384-битную шину памяти, то соответствующий объём установленной на неё видеопамяти равен 2×1,5 ГБ. 3 ГБ на чип разумно решили не устанавливать; и полутора гигабайт должно хватать почти во всех режимах. Хотя в сверхвысоких разрешениях со стереорендерингом и сглаживанием может потребоваться и больше.
Система охлаждения Geforce GTX 590 двухслотовая, а энергопотребление карты с двумя GPU на борту весьма высоко по вполне понятным причинам. Как и в случае недавно вышедшего решения конкурента, на GTX 590 установлено два 8-штырьковых разъёма питания, чего ранее в своих референсных образцах оба производителя GPU не делали. Теоретически, судя по заявленным цифрам, GTX 590 должна потреблять меньше своего конкурента, но в бескомпромиссных решениях нас больше беспокоит низкая частота GPU.
Архитектура
Так как анонсированная сегодня видеокарта Geforce GTX 590 основана на двух GPU модели GF110, то расписывать в этом разделе особо нечего — всё уже рассказано ранее. А тут мы лишь вкратце повторим самое основное. Главной задачей инженеров Nvidia при разработке GF110 было улучшение энергетической эффективности. Чип был полностью переработан для того, чтобы снизить утечки и оптимизировать его потребление.
Архитектурно чипы GF110, используемые в Geforce GTX 590, не очень отличаются от GF100, на котором основана первая модель линейки Fermi — GTX 480. Оба GPU использует одинаковую конфигурацию мультипроцессоров, эти чипы состоят из четырёх кластеров графической обработки Graphics Processing Clusters. 
Каждый из двух GF110 содержит четыре кластера GPC, шестнадцать мультипроцессоров SM и шесть 64-битных контроллеров памяти, соединённых с кэш-памятью второго уровня и имеющих по 8 блоков ROP в каждом. Итого, в состав каждого чипа входит 512 потоковых процессоров, собранных в 16 мультипроцессоров по 32 штук в каждом. И в выпущенной двухчиповой модели GTX 590 их количество не занижено искусственно, все мультипроцессоры активны.
Каждый мультипроцессор в GF110 имеет 64 килобайта начиповой памяти, которая может быть сконфигурирована в двух разных вариантах: 48 килобайт общей памяти и 16 килобайт L1 кэш-памяти, или наоборот — 16 КБ общей памяти и 48 КБ кэша. Кроме этого, GF110 имеет 768 КБ унифицированной кэш-памяти второго уровня, которая обслуживает все запросы по загрузке и сохранению данных, а также текстурные выборки.
Интересно, что в Nvidia для двухчипового решения решили оставить все исполнительные блоки GF110 активными, но при этом сильно снизили тактовую частоту применяемых GPU. Причём очень похоже, что ограничивает частоту максимально возможное энергопотребление видеокарты, даже с её двумя 8-штырьковыми разъёмами питания. Интересно, а не лучше ли было сделать подобную двухчиповую карту на базе двух графических процессоров GF114, имеющих меньше исполнительных блоков, но с сильно повышенными частотами?
Питание и охлаждение
Надо сказать, что проектирование такого решения с двумя мощнейшими GPU на одной плате и их серьёзными требованиями по питанию — это весьма непростая инженерная задача. В Geforce GTX 590 используется 12-слойная печатная плата, а для лучшего отведения тепла в слоях питания применяется много меди, что также продляет и срок её службы. Питание двух GPU обеспечивается при помощи 10-фазной системы с цифровым контроллером, а ещё два двухфазных контроллера питают GDDR5-видеопамять.
Возможности слота PCI Express 2.0 x16 по максимальной пропускной способности (до 8 гигабайт в секунду) делятся на два GPU при помощи специального чипа — коммутатора PCI Express NF200, который применялся ещё со времён Geforce GTX 295. Этот коммутатор даёт каждому GPU по 16 каналов PCI-E, но уже с вдвое меньшей пропускной способностью. В отличие от AMD, использующей решения PLX со своей маркировкой, Nvidia применяет собственные давние разработки. 
Эффективное охлаждение столь горячего двухчипового решения — это даже ещё более сложная задача. И Nvidia отлично с ней справилась! Важным преимуществом Geforce GTX 590, которое особенно выделяет компания, является низкий уровень шума от устройства её охлаждения. 
Для достижения максимальной эффективности система охлаждения Geforce GTX 590 содержит два раздельных радиатора (по одному на каждый GPU), использующих технологии испарительных камер. А для лучшего охлаждения задней стороны платы и установленных на неё компонентов, используются дополнительные алюминиевые пластины. Ну а для некоторых пользователей главным нововведением кожуха кулера может стать светящийся логотип Geforce. Кулер оснащен низкоскоростным вентилятором с крыльчаткой большого диаметра (90 мм).
Новый кулер обладает заметно лучшей эффективностью, по сравнению с другими мощными системами охлаждения. В итоге, именно Geforce GTX 590 стала самой тихой двухчиповой видеокартой, и не только в этом поколении. По оценкам Nvidia, новое решение тише Geforce GTX 295 и Geforce 9800 GX2, не говоря уже о конкурирующем Radeon HD 6990, который весьма сильно шумит при большой нагрузке. Впрочем, у него может быть преимущество в скорости, о чём мы узнаем в следующих частях статьи.
Всё остальное в модели Geforce GTX 590 мало чем отличается от систем из двух видеокарт GTX 570 или GTX 580, объединённых в SLI. Для повышения качества изображения можно использовать специфичные для SLI-конфигураций режимы с количеством выборок вплоть до 64x, а на системе Quad SLI — и вовсе до 128x. Для вывода изображения каждая GTX 590 имеет по три разъёма Dual Link DVI и один mini DisplayPort. Это решение позволяет вывести стереоизображение сразу на три монитора при помощи технологии 3D Vision Surround: 
Естественно, что требования по питанию у двух- и четырёхчиповых видеосистем весьма серьёзные. Рекомендуется применение блока питания, обеспечивающего минимум 700 Вт, так как только сама видеокарта может потреблять до 365 Вт (а на деле — даже больше). Что уж говорить о двух таких монстрах в одном корпусе! Тут уже нужен не только мощный БП, но и правильное охлаждение в корпусе. Поэтому компания Nvidia, вместе со своими партнёрами, решила сделать сертификацию подобных решений, пригодных для создания Quad SLI-систем. 
Так, одним из базовых требований является системная плата с достаточным расстоянием между слотами PCI Express x16 — две платы должны быть установлены минимум через один слот расширения. Естественно, речь о референсном воздушном кулере; водяное охлаждение лишнего слота не потребует. Вполне логично, что в список сертифицированных системных плат уже вошли топовые модели для энтузиастов всех известных производителей.
Требования по питанию также довольно жёсткие (по понятным причинам). Блок питания в системе с Quad SLI должен иметь четыре 8-штырьковых разъёма PCI-E, обеспечивая подачу до 150 Вт на каждый из них. Пока что список проверенных вариантов БП невелик, и в него входят блоки мощностью 1100—1500 Вт. Есть определённые требования для создания Quad SLI-систем и к корпусам. Корпус должен обеспечивать достаточное охлаждение для внутренних компонентов системы с прямым потоком воздуха в районе расположения видеокарт.
На этом теоретическая часть сегодняшнего материала завершена. Следующая часть статьи традиционно будет освещать практическое исследование скорости рендеринга анонсированной сегодня видеокарты Nvidia Geforce GTX 590 и её конкурентов в синтетических тестах. Предельные тесты на многочиповых видеосистемах не имеют большого смысла, но будет интересно сравнить эффективность работы технологий CrossFire и SLI и производительность конкретных решений Nvidia и AMD — какое из них окажется победителем?
