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 и выводы

Представляем базовый детальный материал с исследованием Nvidia Geforce GTX Titan Z на основе референс-карты.

Часть 1: Теория и архитектура

В самом конце лета, в преддверии выпуска новых GPU, хотя и на основе уже известных архитектур, мы рассматриваем решение компании Nvidia, созданное для узкой прослойки ультра-энтузиастов — двухпроцессорную модель Geforce GTX Titan Z, наиболее производительное графическое решение компании. Эта модель была анонсирована еще в марте, на конференции GPU Technology Conference 2014, посвященной высокопроизводительным вычислениям. Тогда стало известно, что двухчиповая плата на основе пары процессоров GK110 будет иметь 5760 вычислительных ядер производительностью в 8 терафлоп и 12 ГБ памяти, и она должна была начать продаваться в апреле по цене аж 3000 долларов.

Надо сразу отметить, что мощнейшие видеокарты на базе двух графических процессоров — это «вещь в себе» сразу по нескольким причинам. Мы уже неоднократно писали и об их излишней сложности и дороговизне, а также обо всех проблемах рендеринга, использующего возможности двух GPU. Как правило, в последнее время в таких конфигурациях используется исключительно единственный метод — AFR-рендеринг, когда каждый из видеочипов работает над своим кадром. И в таком случае никуда не деться от некоторых сопутствующих сложностей и проблем. Так, для обеспечения совместимости двухчиповых конфигураций необходима дополнительная доработка драйверов, а иногда не обойтись без изменения кода игры. Если же таких оптимизаций нет, то двухчиповая видеокарта зачастую работает как одночиповая, и никаких преимуществ от второго GPU просто нет. Ну или AFR работает, но крайне неэффективно, не обеспечивая значительного роста FPS.

Но даже если все прекрасно оптимизировано со стороны драйвера, AFR-рендеринг не всегда обеспечивает максимальную плавность смены кадров по понятным причинам — двухчиповая конфигурация всегда будет работать менее плавно, чем одночиповая. Ведь драйверу надо обеспечивать совместную работу двух GPU, раздавая им работу над кадрами, в каждом из которых могут требоваться какие-то данные из предыдущего, и тогда возможны дополнительные сложности. Кроме этого, на двухчиповой видеокарте при вдвое выросшей частоте смены кадров, задержка между действием игрока и его отображением на экране не снижается ровно вдвое, как можно было бы подумать.

В общем, сплошные ложки дегтя... А где же бочка меда? Зачем вообще тогда платить бешеные деньги за такое безобразие? Все очень просто — при использовании пары топовых GPU в двухчиповой конфигурации можно получить почти вдвое большую частоту кадров, и это — единственная возможность получения большей производительности, когда более мощных GPU просто не существует. Зачем нужна сверхвысокая частота кадров при не всегда комфортной плавности — вопрос отдельный. Кому-то — для установки рекордов в бенчмарках, кому-то — еще и для экстремального разгона, кто-то просто использует монитор с разрешением 3840×2160, да и не один, а кто-то сочетает вместе все вышеперечисленное.

Главное, что возможность получить экстремально высокую частоту кадров есть, как существуют и желающие заплатить за такую возможность очень много денег. Или, как в случае с Geforce GTX Titan Z — неприлично много. Да, таких желающих чуть ли не по пальцам пересчитать можно, но они есть, и они очень «громкие» — в том смысле, что такие ультра-энтузиасты и в Интернете много пишут о новинках, и своим друзьям рассказывают. То есть, для производителя такие решения нужны скорее не для получения прямой прибыли (на продаже нескольких сотен или тысяч экземпляров много денег не заработать, с точки зрения финансов гораздо важнее массовые продукты), а работа на имидж среди энтузиастов. И вот тут главное сделать все правильно, не допустив ошибок. Получилось ли из Geforce Titan Z ультрапроизводительное решение, стоящее своих денег, и насколько успешно новинка конкурирует с AMD Radeon R9 295X2 — мы и попытаемся разобраться в нашем материале.

Хотя на момент анонса Nvidia указала время выхода Geforce GTX Titan Z как апрель, эта видеокарта задержалась с выходом на рынок до конца мая. Причиной этой задержки был явно неожиданный выпуск конкурентом двухчиповой видеокарты AMD Radeon R9 295X2, основанной на базе пары топовых графических процессоров Hawaii, но предложенной рынку по цене вдвое меньшей — всего лишь $1499! Причем, так как чипы Hawaii очень горячие и в равной по теплопотреблению борьбе они не смогли бы конкурировать с парой GK110, компания AMD решила сделать хитрый шаг, подняв уровень энергопотребления платой до 500 Вт и обеспечив свое двухчиповое решение водяным охлаждением. Поэтому Radeon R9 295X2 получился очень производительным, но при этом и недорогим, а у Nvidia просто не было шансов на быстрое изменение планов.

Несмотря на вдруг возникшие трудности в конкурентной борьбе, Nvidia все же не стала ничего менять и выпустила Titan Z, и даже по обозначенной ранее цене. Это решение предназначено не только для энтузиастов ПК-игр, но и для CUDA-разработчиков, и у них есть совершенно четкая необходимость в получении максимальной производительности при минимальном уровне потребления энергии и занимаемом физическом пространстве, и по этим параметрам Titan Z очень хорош. И даже с учетом того, что для игроков соотношение производительности и цены явно будет уступать конкуренту, Titan Z в любом случае можно считать отличным топовым решением, так как в этой нише по цене выбирают далеко не всегда.

С момента формального анонса на GTC 2014 публике оставались неизвестны лишь цифры рабочей тактовой частоты GPU и памяти, а также уровень потребления энергии новым двухчиповым решением. И в мае Nvidia раскрыла и эти данные: базовая частота GPU равна 705 МГц, а турбо-частота может доходить до 876 МГц. Столь большой разрыв между этими частотами (171 МГц!) говорит о том, что производительность карты ограничена не возможностями чипов по работе на высокой частоте, а насильном ограничении показателя энергопотребления (TDP). Так что скорость GTX Titan Z в реальности будет зависеть от общего потребления энергии видеокартой, и в тяжелых ситуациях частота будет скатываться к базовому значению, хотя во многих играх частота GPU будет близка скорее к турбо-частоте.

К слову об ограничении энергопотребления. TDP для новой платы был назначен равным 375 Вт — давно привычному значению для двухчиповых карт, получающих питание по паре 8-контактных разъемов питания PCI-E, и это число лишь наполовину больше TDP топового одночипового варианта GTX Titan Black, и заметно ниже, чем у Radeon R9 295X2. Вероятно, для работы на столь низком напряжении, отбор годных GPU для Titan Z должен быть достаточно жестким.

Так как рассматриваемая нами видеокарта Nvidia несет на себе два графических процессора архитектуры «Kepler», о которой мы уже не раз подробно рассказывали и которая родственна архитектуре «Fermi», читателям будет полезно ознакомиться со статьями о ранних моделях графических решений 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
• [22.03.12] Nvidia Geforce GTX 680 — новый однопроцессорный лидер 3D-графики
• [27.03.10] Nvidia Geforce GTX 480: архитектура нового графического процессора изнутри; как реализована поддержка DirectX 11

Далее рассмотрим подробные характеристики анонсированной в мае видеоплаты Geforce GTX Titan Z, основанной на паре графических процессоров GK110.

Новая модель Geforce GTX Titan Z получила не совсем привычное имя для двухчиповой карты Nvidia. Впрочем, новинка даже еще более эксклюзивная, по сравнению с GTX Titan (Black), поэтому нет ничего удивительного в том, что она вошла в эту специальную серию, отличающую подобные решения от чисто игровых видеокарт линейки Geforce GTX. Соответственно, в продуктовой линейке компании GTX Titan Z располагается на самом верху, сразу над GTX Titan Black.

Увы, но рекомендованная цена на Titan Z не изменилась с момента анонса, и за нее просят аж $2999 на североамериканском рынке и более 110 тысяч рублей на российском! Это — самая дорогая видеокарта Nvidia из линейки Geforce (естественно, Tesla мы не рассматриваем), которую выпустили на рынок под своей маркой такие избранные партнеры Nvidia, как Asus, Gigabyte, MSI, Zotac, Palit и EVGA (к слову, все Titan Z идентичны и кулером и прочими характеристиками, поскольку партнеры продают референсные карты Nvidia).

Поэтому, что касается решений конкурента — компании AMD — то новая Geforce GTX Titan Z по рекомендованной цене не имеет прямых соперников из линейки Radeon, так как стоит вдвое больше самой дорогой Radeon R9 295X2. Впрочем, с некоторым допущением можно принять за ценового конкурента для новинки Nvidia сразу две видеокарты AMD, но в таком случае шансов на победу у GTX Titan Z вовсе не останется.

Как и быстрейшая видеокарта на базе одного GPU у Nvidia, Titan Z сделана на базе пары чипов GK110 и имеет сдвоенную 384-битную шину памяти. Да и объем установленной на нее видеопамяти оставили тем же (удвоенный), хотя теоретически он мог быть равным 3 или 6 ГБ на чип. Но в случае столь дорогой модели установка 6 ГБ памяти на каждый GPU абсолютно оправдана, особенно с учетом ее суперкомпьютерных претензий, ведь для сложных вычислений объем в 12 ГБ вполне может быть актуальным. Да и в условиях требовательных 3D-приложений, максимальных настроек качества и сверхвысоких разрешений, видеопамяти у GTX Titan Z точно хватит.

Уровень типичного энергопотребления рассматриваемой двухчиповой видеокарты (TDP) составляет всего лишь 375 Вт, что значительно меньше, чем 500 Вт у Radeon R9 295X2. И хотя для снабжения энергией в Geforce GTX Titan Z используется такая же пара 8-контактных разъемов дополнительного питания, как и у R9 295X2, в случае видеокарты AMD требования к питанию гораздо выше — в том числе и выше спецификаций PCI-E.

Архитектура

Так как рассматриваемая сегодня видеокарта Geforce GTX Titan Z основана на двух GPU архитектуры Nvidia Kepler, давно известных нам под кодовым именем GK110, то расписывать в этом разделе особо нечего — все уже было подробно рассказано нами ранее, а в этом материале мы лишь повторим базовую информацию и расскажем об отличительных особенностях двухчипового решения.

Основы архитектуры Kepler были заложены в вышедших уже несколько лет назад чипах семейства Fermi (Geforce GTX 480 и GTX 580), а затем и GK104 (Geforce GTX 680). Текущий топовый чип GK110 поддерживает все возможности, появившиеся в них, и все особенности архитектуры Kepler относятся к нему в полной мере, включая организацию мультипроцессоров SMX, хотя есть там и некоторые отличия.

Графический процессор GK110 имеет в своем составе пять кластеров графической обработки Graphics Processing Cluster (GPC), состоящих из трех мультипроцессоров SMX каждый (схема 5×3, в отличие от 4×2 у GK104). Применяющиеся в Geforce GTX Titan Z графические процессоры GK110 используют одинаковую конфигурацию мультипроцессоров, и эти чипы архитектурно не отличаются от того варианта GK110, который мы рассматривали в обзоре одночипового аналога:

На диаграмме мы видим типичные для чипов архитектуры Kepler мультипроцессоры SMX, все как и в GK104, каждый SMX имеет по движку PolyMorph Engine, 64 КБ общей памяти, 48 КБ текстурной кэш-памяти и по 16 блоков текстурной фильтрации (всего 240 TMU в каждом чипе). Подсистема памяти пары GK110, лежащих в основе Geforce GTX Titan Z, содержит по шесть 64-битных каналов памяти, что в сумме дает дважды по 384-бит доступа к ней. Так как блоки растровых операций ROP «привязаны» к контроллерам памяти, то их количество равно 96 блокам, а объем кэш-памяти второго уровня на каждый чип составляет по 1.5 МБ.

Как мы уже писали выше, объем локальной GDDR5-видеопамяти для GTX Titan Z равен 12 (дважды по 6) ГБ. Столь большой даже по современным меркам объем памяти предназначен для энтузиастов игр с UltraHD-мониторами и тех, кто использует решения компании Nvidia в вычислительных задачах. В случае продукта премиум-класса такой объем памяти оправдан, и 12 ГБ памяти с 768-битным интерфейсом позволяют обеспечить оба графических процессора Geforce GTX Titan Z всеми необходимыми данными.

Как и многие предыдущие модели, Geforce GTX Titan Z поддерживает фирменную технологию GPU Boost второй версии. Мы уже неоднократно писали о ней, это комбинация программно-аппаратных решений, позволяющая автоматически увеличивать рабочие частоты GPU в зависимости от его энергопотребления для достижения максимальной производительности. Базовая тактовая частота графического процессоров GK110 в Geforce GTX Titan Z равна всего лишь 705 МГц, а средняя турбо-частота (Boost Clock) равна 876 МГц, что значительно больше. Это средняя частота для набора игр, а реальные частоты в отдельных приложениях могут быть и выше. Частота GDDR5-памяти в Geforce GTX Titan составляет 7000 МГц, а результирующая пропускная способность с учетом двух GPU равна аж 672 ГБ/с, чего должно быть более чем достаточно даже для такого мощного двухчипового решения.

Естественно, что Geforce GTX Titan Z поддерживает все известные технологии компании Nvidia, о которых мы писали много раз, в том числе DirectX 11, PhysX, TXAA, адаптивный VSync и другие. Обо всех них можно прочитать в наших предыдущих материалах, ссылки на которые даны в начале статьи.

Конструктивные особенности

Сама по себе видеокарта Titan Z сконструирована и выглядит просто шикарно — мы уже сталкивались с подобным «индустриальным» дизайном в случае двухчиповой Geforce GTX 690, а также Geforce GTX 780 (Ti) и Titan. Тот же стиль выбрали и для Titan Z, эта плата использует один вентилятор по центру платы и большой радиатор, накрывающий оба видеочипа. Кулер двухчиповой платы весьма мощный и эффективный, и отлично справляется с охлаждением пары GK110. Логотип Geforce на корпусе платы имеет подсветку, да и в остальном она визуально очень похожа на предыдущие решения.

Хотя Titan Z и меньше своего конкурента (R9 295X2 длинная и имеет дополнительный радиатор для работы водяного охлаждения), но плата все равно немаленькая — по толщине она занимает три слота (некоторые считают, что 2.5, но разница невелика, ведь все равно не получится использовать третий слот), так что войдет не во все компактные корпуса. Подобные трехслотовые системы воздушного охлаждения мы видели ранее в партнерских решениях, предназначенных для любителей разгона, но в референсном дизайне такое встречается впервые. Металлическая пластина на задней части платы довольно толстая и служит и как радиатор и защитная деталь для компонентов на плате.

Geforce GTX Titan Z поддерживает вывод изображения на четыре дисплея. По разъемам вывода изображения плата идентична другим референсным платам Nvidia и включает пару разъемов Dual-Link DVI и по одному полноразмерному HDMI и DisplayPort. На планке есть еще и вентиляционные отверстия — для того, чтобы выводить как можно больше горячего воздуха из корпуса. Также на печатной плате Geforce GTX Titan Z есть и единственный разъем SLI — если вдруг кто захочет потратить еще сто тысяч подключить две такие видеокарты для работы в четырехчиповом режиме.

«Раздетая» плата Titan Z показывает всю сложность разводки подобных решений, а также множество элементов на ней: пару крупных чипов GK110, мост PCI-E посередине, микросхемы GDDR5-памяти объемом 12 ГБ и сложнейшую подсистему питания для работы всех этих чипов. Видеокарта Geforce GTX Titan Z использует 12-фазную систему питания (разделенную пополам — по шесть фаз на каждый чип), элементы которой расположены в том числе по центре карты между двумя GPU.

Теоретические выводы

Итак, может ли быть разумной тратой рекомендованная цена в $3000 (более 100 тысяч рублей) за Geforce GTX Titan Z? Ведь на рынке есть не только AMD Radeon R9 295X2 за половину этих денег, но и Geforce GTX Titan Black, пару которых можно купить дешевле (порядка $2000 за две платы), чем один Titan Z. С трехслотовым дизайном корпуса и кулера, у Titan Z остается не так уж много преимущества перед парой Titan Black (или GTX 780 Ti, например) даже по занимаемому в системе месту. Хотя, все же небольшое преимущество есть, а ведь нужно еще учесть и уровень энергопотребления.

Интересно, что Nvidia усиленно продвигает GTX Titan Z не только как игровое решение для энтузиастов, но и как высокопроизводительный вычислитель для CUDA и прочих GPGPU-задач, и в таком виде от новинки можно вполне ожидать многого, ведь это самая производительная плата компании. Во многих случаях GTX Titan Z будет иметь смысл для занимающихся высокопроизводительными вычислениями на GPU, так как эта модель обеспечивает скорость в 2.7 терафлопс для операций с двойной точностью на всего лишь одной плате расширения, и для тех, кто давно использует CUDA, эта модель имеет хорошее соотношение цены, производительности, потребления энергии и физического размера. Особенно по сравнению с традиционными CPU-системами:

А вот игровое использование GTX Titan Z видится не столь радужным. Конечно, эта модель остается лучшей среди решений Nvidia, но тут и соперничество со стороны AMD Radeon R9 295X2 очень сильное, даже исходя исключительно из вдвое меньшей цены, да и пара GTX Titan Black может быть предпочтительнее. Ведь тут нужно учесть и меньшую тактовую частоты для GPU, по сравнению с одночиповым вариантом, и большую цену двухчиповой Titan Z по сравнению с парой Titan Black. Так что вполне возможно, что лучшим вариантом даже для поклонников Nvidia будет приобретение пары одночиповых решений, а не ультрамощного GTX Titan Z.

На этом краткая теоретическая часть сегодняшнего материала закончена, а в следующей части статьи мы практически исследуем скорость рендеринга новой видеокарты Nvidia Geforce GTX Titan Z в синтетических тестах и сравним ее с производительностью конкурентов, особенно в лице AMD Radeon R9 295X2. Хотя предельные синтетические тесты на многочиповых видеосистемах не имеют особенного смысла, так как ими измеряется скорее эффективность работы технологий многочипового рендеринга CrossFire и SLI, но цифры все же будут любопытны, так как рассматриваемая видеокарта является одной из наиболее производительных решений вообще.

2 блока питания Corsair CMPSU-1200AXEU для тестового стенда предоставлены компанией Corsair	Корпус Corsair Obsidian 800D Full Tower для тестового стенда предоставлен компанией Corsair	Модули памяти Corsair Vengeance CMZ16GX3M4X1600C9 для тестового стенда предоставлены компанией Corsair	Corsair Hydro SeriesT H100i CPU Cooler для тестового стенда предоставлен компанией Corsair
Монитор Dell UltraSharp U3011 для тестовых стендов предоставлен компанией Юлмарт	Системная плата Asus Sabertooth X79 для тестового стенда предоставлена компанией Asustek	Системная плата MSI X79A-GD45(8D) для тестового стенда предоставлена компанией MSI	Жесткий диск Seagate Barracuda 7200.14 3 ТБ для тестового стенда предоставлен компанией Seagate

Накопитель SSD OCZ Octane 512 ГБ для тестового стенда предоставлен компанией OCZ Russia

2 накопителя SSD Corsair Neutron SeriesT 120 ГБ для тестового стенда предоставлены компанией Corsair

Монитор Asus ProArt PA249Q для рабочего компьютера предоставлен компанией Asustek