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andy6989


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 【評測】最快單芯顯卡殺到：NV新旗艦GeForce Titan評測

最快單芯顯卡：NV發佈新旗艦GeForce Titan

在基於Kepler架構GK104核心的GeForce GTX 680發佈之後，有關NVIDIA「真正的旗艦級」顯卡的猜測就沒有中斷過。因為無論從核心面積還是晶體管規模上來講，GK104都遠不能稱得上最頂級。雖然憑借較高的預設頻率在遊戲性能上小幅勝過HD 7970，但計算性能上卻敗給了後者。所以，直到今天，有關單芯卡皇的爭論依然未休。

不過，在GK104改走「小核心」路線更加注重能耗比之後，很多人對傳說中擁有70億晶體的GK110的存在可信度一直持有懷疑的態度，認為這種大核不會出現在桌面市場。去年5月份的GTC 2012大會上，基於Kepler架構的真正旗艦GK110核心終於現身，不過卻投胎到專業卡Tesla K20/ Tesla K20X身上。GK110就果真與消費市場無緣？然而事實證明，NVIDIA在「地球最快GPU」的爭奪上，顯然是不肯認輸的。（看樣子，即便在計算領域風生水起，移動市場也小有建樹，NVIDIA還是沒忘本啊。）



今年1月份的一則消息振奮人心，根據有關人士爆料，基於Kepler架構大核心GK110的消費級顯卡即將出爐，而它的名字也會很特別，可能會叫做「GeForce Titan」。事實上，NVIDIA近年的幾代顯卡莫不使用「GTX」命名，這個曾經象徵高端性能的符號如今已經淪落到主流甚至低端卡身上。或許，再使用「GTX」已經無法凸顯出GK110的特別。於是，「Titan（泰坦）」——古希臘巨神的名號被借用過來。

其實，在此之前，美國能源部橡樹嶺國家實驗室中，配備18688塊NVIDIA Tesla K20X（正是基於GK110核心打造）高性能計算卡的現役第一超級計算機的名字也是「Titan」，是不是很有意思呢。

正如所言，2月19號晚上十點，NVIDIA終極大殺器、真正的單芯旗艦消費級顯卡GeForce Titan正式發佈。按照NVIDIA的說法，它的發佈不僅代表著地球上最快的GPU誕生，同時象徵著桌面單芯顯卡的最高水平。簡單一句話，Titan：單芯最快顯卡非我莫屬。


GeForce Titan

需要注意的，GeForce Titan將不屬於NVIDIA任何一個桌面顯卡家族，既不是已經發佈的GTX 600，也非傳聞已久的GTX 700，只能說是「前無古人，後無來者」了。定位方面，GeForce Titan自然是為絕對的超級發燒友打造，目的就是佔領桌面顯卡性能的制高點，以毫無爭議的性能表現重新奪得單芯卡皇寶座。

廢話不再多說，下面的文章，我們將從核心架構、規格、顯卡做工、PCB、遊戲性能、溫度、功耗以及超頻能力等多個方面來瞭解GeForce Titan。雖然是老架構，但Titan還是帶了很多不一樣的功能特性，比如GPU Boost 2.0、顯示器超頻等等。由於測試時間比較緊張（僅有一天，就匆匆發給下家媒體了），所以下面會挑重點進行介紹，計算性能部分這裡由於時間關係就不再過多討論，待今後有時間再進行補全。

老架構上的大核心：GeForce Titan規格詳解

基於Kepler架構，GeForce Titan使用的GK110核心簡單來說就是一顆增強放大版的GK104。從核心架構圖來看，同樣包含主接口(Host Interface，PCI-E 3.0)、GigaThread引擎，每個SMX內有192個FP32 CUDA核心（另有64個F64 CUDA核心），64KB一級緩存、65K個32bit寄存器以及16個紋理單元。圖形處理器集群（GPC）增加到5個，每個GPC包含3組極致流式多處理器(SMX)、2個PolyMorph 2.0引擎、1個Raster引擎、8個ROP以及連接1組64bit GDDR5顯存控制器。


GK110核心架構圖
需要指出的是，GeForce Titan並沒有完全開啟GK110的15組SMX，而是屏蔽了1組，其它部分沒有削減（至於為何要屏蔽1組SMX，NVIDA並沒有給出解釋，功耗？發熱？Who Knows）。總得來說就是共計2688個FP32 CUDA核心（896個FP64 CUDA核心）、224個紋理單元、48個ROP、1536KB二級緩存、384bit GDDR5顯存位寬，6GB GDDR 5顯存。怎麼樣，是不是很眼熟？這不就是之前Tesla K20X的翻版，也難怪AMD覺得GeForce Titan不是真正意義上的桌面顯卡。

GeForce Titan核心特寫

而核心規模上，GK110也是相當龐大，晶體管數量達到了恐怖的71億（要知道這是單核心啊），即便使用了28nm工藝，核心面依然達到了551mm2，這幾乎相當於GTX 680（GK104、294mm2）的兩倍，比GTX 580（GF110、520mm2）還要稍大一些。而NVIDIA給出的一張對比圖也相當有趣，對像成了Intel i7 3860 X處理器，無論是核心處理、單精度計算性能，還是晶體管規模，GK110都是「完勝」。或許在NVIDIA看來，GeForce Titan已經「不屑於」和GPU對比了。
從標識來看，GeForce Titan核心編號為「GK100-400-A1」，生產日期是2012年第50周（年底了），如果算上PCB以及整卡的封裝時間，應該就是前不久剛剛出場的，可謂「新鮮出爐」。

在71億晶體管、551mm2的數據面前，恐怕不會有人覺得GeForce Titan還能預設高頻率了吧。但是，NVIDIA卻給了我們一個小小的驚喜，837MHz的基礎核心頻率相比GTX 680雖然不算太高，但和GTX 580的772MHz、GTX 590的607MHz已經高了太多。而且，典型Boost頻率為876MHz（最高可到992MHz），這無疑又給Titan的性能添磚加瓦。
顯存配置方面，GeForce Titan依然使用了等效頻率為6000MHz的GDDR 5顯存，但是容量由GTX 680的2GB增加到6GB（提高3倍），帶寬由192GB/s提升到288GB/s（提高50%）。毫無疑問，在面對高分辨率高畫質遊戲的時候，GeForce Titan將佔據絕對優勢。
此外，GeForce Titan的計算性能相比GTX 680有了長足進步，浮點性能達到了單精度FP32 4.5TFlops、雙精度FP64 1.3TFlops（3:1）。相比之下，GTX 680只有單精度FP32 3.09TFlops、雙精度FP64 0.13TFlops。
至於功耗方面，GeForce Titan毫無疑問將比GTX 680增加不少——由195W提高到250W（但比GTX 690低50W），外接供電接口也由雙6pin變成6+8pin。輸出接口上，依然採用2xDual Link DVI+HDMI+DP 1.2的組合，同樣具備GTX 680的單芯三屏3D立體幻鏡環繞功能。
特性上，GeForce Titan支持PCI-E 3.0、DirectX 11.1、Shader Model 5.0、OpenGL 4.3以及Open CL 1.2，均為業界最新標準。

和往常一樣，NVIDIA直到下午才給出GeForce Titan的國外、國內建議售價。最終結果和我們之前猜測的大致相同：999美元/7999元，雖然很貴，但和要價14888元的華碩ARES II戰神卡相比，就小巫見大巫了。

全新GPU Boost 2.0：不僅能超頻還能超顯示器

雖然是老架構，但GeForce Titan卻帶來了一項非常引人注目的革新：GPU Boost 2.0。

GPU Boost（GPU動態提速）是GTX 680率先引入的一項技術，其效果類似於Intel的睿頻加速（Turbo Boost）以及AMD的動態加速（Turbo Core）。不過對於顯卡來說，GPU動態提速算是頭一遭，NVIDIA也算是開創了這方面的先河。

顧名思義，GPU Boost 2.0是在第一代GPU Boost上升級改良而來的版本。在之前介紹GPU Boost的文章中，我們曾經提到，GPU Boost的實現主要依賴於目標功耗參考值：即設定一個目標功耗，只要顯卡的實際負載功耗未到達預訂功耗的值，就會觸發動態提速機制。

有了GPU Boost，GTX 680在大多數應用、遊戲中的實際運行頻率都要高於默認的基礎頻率（1006MHz），這等於有效挖掘了顯卡的潛在性能。但根據NVIDIA的解釋，這種過度依賴功耗假設的運作機制往往只能設定比較保守的電壓，從而獲得比較保守的加速頻率，在經過深入研究之後，他們發現依據「溫度余量」設定機制效果更好。

簡單來說，有了GPU Boost 2.0，核心溫度只要未達到目標溫度值，就可一直加速
相比第一代GPU Boost，GPU Boost 2.0最大的變化就是依靠目標溫度值，而不再單單依賴於目標功耗。雖然這種改動依然會一定程度上考慮到功耗，但本質上是溫度優先。這裡NVIDIA並沒有提供GPU Boost 2.0的詳細實現原理，我們獲得的資料也比較有限。但根據NVIDIA的說法，GPU Boost 2.0能夠獲得更為出色的加速頻率，而且提升幅度很大。


當然，這僅僅是一部分。在GTX 680中，核心電壓是被鎖死的，也就是說，玩家想要進一步超頻只能在默認電壓下進行，這對於發燒友們來說顯然不爽。GeForce Titan這裡做出了改變，簡單來說，使用GeForce Titan可以進行加壓超頻，雖然依然有最高值的限定，但這已經比鎖死電壓強了太多。

EVGA Precision X 4.0，專門對GeForce Titan進行了優化

在EVGA最新的Precision X 4.0版本中，就加入了Voltage & Tweaks選項，經過驗證，可以將GeForce Titan的核心電壓由默認最高的1.162V提升到1.2V，以獲得更為出色的超頻性能。


除了能提高核心最高電壓之外，GeForce Titan還帶來了更為人性化以及更具可玩性的的風扇轉速-溫度控制功能。

如上圖所示，橫軸為顯卡核心溫度，縱軸為風扇轉速%，玩家即可選擇風扇對溫度數值對應（比如核心溫度75℃，風扇轉速75%，以此類推），還可自定義數值（比如核心溫度在未超過70℃之前，風扇轉速一直恆定為某個數值）、設定風扇轉速更新頻率等。通過此功能，玩家可以根據自己的使用習慣，來找到顯卡核心溫度和風扇轉速噪音的最佳平衡點。

而最具亮點的當屬「顯示器超頻」功能（不少讀者應該第一次聽說吧）。簡單來說，通過第三方軟件可以強制提高顯示器的刷新率。有何好處呢？為了避免畫面「撕裂」讓視覺效果更平滑，很多玩家都喜歡在遊戲中開啟「垂直同步」，但大多數顯示器的默認刷新率僅有60Hz，這樣以來即便顯卡能夠跑到100幀以上，但最終展現的幀數也只有60FPS。
有沒有什麼兩全其美的方法呢？那就是提升顯示器的默認刷新率。根據NVDIIA的說法，不少顯示器（尤其是高端顯示器）都能獲得20%以上的「超頻幅度」，比如60Hz提高的80Hz，120Hz提高到140Hz。不過經過實際驗證，筆者手頭的BenQ 24寸顯示器無法調高刷新頻率，顯示超出顯示範圍。所以，這個功能還是取決於玩家顯示器的素質，而且強制提高刷新率很有可能造成損壞。
鎂合金外殼/LED背光燈：GeForce Titan外觀/細節
可能有很多玩家看到GeForce Titan的第一眼都有似曾相識的感覺，沒錯，GeForce Titan的外觀設計在很多地方都借鑒了此前發佈的雙芯GTX 690，比如鋁制外殼以及透明窗等。

相比GTX 690，GeForce Titan最大的改動就是將垂直散熱風扇改回了渦輪散熱。做工自然沒得說，顯卡外殼依然採用全鋁材質，表面輔以電鍍三價鉻（Trivalent chromium），不僅可以減輕顯卡重量還經久耐磨。

風扇框架採用鎂合金澆鑄而成，質地相比普通金屬質地更輕、散熱效率更高，並且具備不錯的隔音特性，應用到這裡非常契合旗艦級顯卡的身份。中央的的透明窗採用聚碳酸酯（非亞克力）材質，可以起到防塵效果，也讓顯卡看起來更加時尚。

此外，GeForce Titan顯卡一側保留了GTX 690獨有的LED背光燈（採用2pin供電），GeForce GTX Logo採用激光蝕刻，環境光比較暗的情況下運行時發出淺綠色的光，尤其是晚上效果非常YY。


GeForce Titan的TDP為250W，雙6pin外接供電已經不能滿足，這裡使用了6+8pin，共計可提供375W的供電能力。

PCB背面一覽，採用10層加強型PCB，並使用2倍銅工藝，用以保證高效的電路傳輸、降低阻抗以及功耗、減小發熱量，同時延長使用壽命。這裡可以看到兩個SLI接口，也就是說GeForce Titan可以組建四路SLI系統。

由於GeForce Titan使用了多達24顆顯存顆粒（共6GB），所以其中12顆移到了背部。

輸出接口方面和GTX 680一致，採用雙Dual-Link DVI+HDMI+DisplayPort 1.2接口組合，可以實現單卡3屏3D立體環繞（包括3+1）。
6+2相供電/24顆顯存：GeForce Titan供電/PCB

GeForce Titan的PCB長度為10.5英吋（26.67厘米），介於GTX 680（10英吋、25.4厘米）和GTX 690（11英吋、27.94 厘米）之間，用料方面相比GTX 680也有所提升。PCB佈局方面和之前的GTX 600系列基本一致，6相核心供電都集中在PCB右側（另有2相顯存供電），12顆顯存環繞GPU四周（背面還有12顆）。

「GK110-400-A1」核心，台積電28nm工藝，內建71億個晶體管，核心面積551mm2，在GPU中算是超大個頭了，比旁邊的i5處理器還要大一圈。生產日期是2012年第50周，產地為台灣。

三星GDDR5顯存顆粒，具體編號為「K4G20325FD-FC03」，單顆規格為256MB/16-bit，默認等效頻率6008MHz（還有很大超頻空間），PCB正反面24顆共同組成6GB/384-bit的顯存規格。

6相核心+2相顯存的供電方案，相比GTX 680（4相核心+2相顯存）有所提高，用料方面也有所加強，比如使用了電氣性能更強的DrMos以及鉭電容，對顯卡超頻以及高負載運行是大有裨益的

6+8pin外接輔助供電接口及安森美NCP 4206 PWM核心供電主控芯片。

GeForce Titan的散熱器採用一體式金屬框架+真空腔均熱板+大量鋁制散熱鰭片+7cm渦輪風扇構成，由於整個散熱器使用了鉚釘封死，所以這裡無法看到散熱器內部結構。

散熱器背面一覽，幾乎每個發熱量大的元器件都配備了散熱硅膠。

這裡看到兩個供電接口，其中2pin接口為LED燈供電，而4pin接口為渦輪風扇供電，可實現自動調速。

GPU散發的熱量通過均熱板傳導至鋁制散熱鰭片，然後通過渦輪提供的風力通過上圖的出風口排出。

沒有非公版：NV官方GeForce Titan高清圖賞

和GTX 680發佈情況不同的是，根據我們獲得的消息，此次GeForce Titan首發將不會有任何非公版（今後出現非公版的可能性也很小，可能會有水冷版）。所以各家廠商的產品均為公版卡貼牌，外形方面都一樣。所以，下面還是通過NVIDIA官方提供的高清大圖，再來欣賞一下GeForce Titan的風采吧。















測試平台配置、測試說明及實測性能一覽
為了保證系統沒有瓶頸，最大程度的發揮GeForce GTX Titan和對比測試顯卡的性能，我們選擇了目前綜合性能最為加強悍的SNB-E平台進行測試。鑒於測試時間僅有一天，春節後顯卡比較缺，這裡僅選擇GTX 680進行對比，其它顯卡可依次參考。

軟硬件安裝完成以後，正確的測試方法是：開機進入到桌面上以後，待系統準備就緒後，才開始運行測試（關閉UAC、屏幕保護程序、系統還原、自動更新等對測試得分有干擾的系統任務）。所有測試項目都運行三遍，在測試成績穩定、可靠的情況下，我們以其中最好的一次成績為準。測試驅動為NVIDIA提供的314.09 For Win7/Win8 64bit，操作系統為Windows 8 Pro 64-bit。




從規格上來講，晶體管規模、CUDA核心數量、顯存帶寬以及顯存容量，GeForce Titan對GTX 680都做到的全面領先。最終反映到測試結果上，GeForce Titan在絕大多數DX11測試項目中都領先之前的GTX 680 40%以上（比如，在最新發佈的3DMark/ Fire Strike Extreme場景中，GeForce Titan獲得了4561的高分，相比之下GTX 680僅有3155）。僅有類似於《星際爭霸2》這種DX9遊戲，GeForce Titan和GTX 680基本都能達到「封頂」幀數，所以看不出太大區別。毫無疑問，GeForce Titan面對AMD最強的單芯旗艦HD 7970 GHz也同樣是秒殺。
而值得一提的是，剛剛上市的重磅大作《Crysis 3》對顯卡要求的確非常苛刻，1920x1200分辨率4AA條件下，在其它遊戲中毫無壓力的GeForce Titan也只獲得了38.2幀（剛剛及格），GTX 680更是只有可憐的27.5幀。看來，真正的「顯卡危機」又回歸了。
周邊：顯卡溫度/功耗/超頻及測試總結
溫度及功耗測試：
溫度測試方面，選取顯卡待機、滿載（3DMark Fire Strike Extreme場景）兩種狀態，利用GPU-Z實時監控，待連續運行10分鐘峰值溫度穩定後，記錄此時各款顯卡核心的最高溫度。（室溫21℃，裸機狀態）

GeForce Titan待機、滿載溫度30℃、80℃

客觀來說，溫度表現有些出乎意料，畢竟GeForce Titan的核心規模相當之大，而且核心頻率並不算低，但在21℃的室溫下，待機溫度僅有30℃，滿載也只有80℃，基本和GeForce GTX 680表現接近。此外，在測試過程中發現，GeForce Titan的風扇轉速待機狀態下僅有1206 RPM，滿載也不過2341 RPM。一直保持較低，噪音控制相當出色。
功耗測試部分利用功耗儀直接測量整套平台的總功耗，其中包括CPU、主板、內存、硬盤、顯卡、電源以及電路損耗所有在內的整機功耗（不包含顯示器）。選擇顯卡待機，滿載（3DMark Fire Strike Extreme場景）兩種狀態，穩定運行10分鐘選取期間最大值，測試結果如下：

功耗測試結果算是在意料之中，待機狀態下，GeForce Titan+整機功耗為80W，而滿載達到了379W。相比之下，GTX 680+整機功耗為78W、318W。考慮到二者的TDP分別為250W、195W，這個結果基本屬於正常水平。
超頻測試：
在上面的章節中，我們介紹了GeForce Titan帶來的全新GPU Boost 2.0、可調電壓超頻，下面我們就借助EVGA最新的Precision X 4.0對顯卡的超頻能力進行檢驗。

EVGA Precision X 4.0主界面，在超頻時可設定目標功耗、目標溫度值（溫度有限），這裡可選擇關聯，也可單獨設定。

點擊左側的Voltage&Tweaks功能，可進入核心電壓調節界面，這裡可將GeForce Titan的最高核心電壓提高到1.2V (默認1.162V)。

進入Fan Curve界面，可對風扇轉速進行自定義，這裡選擇轉速%-溫度關聯：30℃之前穩定40%轉速，之後一一對應。

在最高核心電壓1.2V、風扇轉速設定如上、目標功耗106%、目標溫度95℃的條件下，經過幾次嘗試，最終將GeForce Titan的核心頻率、顯存頻率（等效）提高到970MHz、6736MHz，提升幅度達到了16%、12%，表現出色。這裡可能有人注意到超頻之後滿載的溫度只有76℃，比默認情況下80℃還低。這裡主要是我們在超頻中重新設定了風扇轉速（要高於默認轉速）的結果，不過即便是超頻後滿載，風扇轉速最高也只有3402 RPM，並沒有太吵。
測試總結：
本次測試時間上有些緊湊，所以未能照顧到GeForce Titan的方方面面。雖然架構設計方面有些專業卡的意味，但從已經測試的結果來看，GeForce Titan在遊戲性能上的表現足以讓所有單芯顯卡汗顏，無論是GTX 680還是HD 7970 GHz，都要將「最快單芯旗艦卡」這個名號拱手想讓。
除了性能之外，GeForce Titan帶來的全新GPU Boost 2.0、可調電壓超頻以及「顯示器」超頻都讓人眼前一亮。對於發燒友玩家來說，以上功能更人性化，也更具可玩性。此外，顯卡在溫度功耗方面的表現也可圈可點，而噪音控制更是讓人印象深刻，除了功耗比GTX 680明顯高出不少外，其它方面都相差不多。要知道，GeForce Titan核心裡可是藏著71億晶體管。

毫無疑問，綜合各個方面，GeForce Titan都是目前最優異的消費級單芯旗艦顯卡。不過，對於GeForce Titan的發佈， AMD態度似乎一直有所迴避而又含糊其辭。在他們看來，Titan並非真正意義上的（桌面）顯卡，並且屢次強調自己的合作夥伴華碩已經發佈了世界上最快的ARES II（雙芯HD 7990），Titan不是它的對手，暫時沒什麼威脅。對此，你怎麼看呢？

順便說一句， AMD此前已經明確今年第四季度之前不會發佈換代產品，現存的HD 7000系列在今年大部分時間裡依然是主力產品。要想看到與GeForce Titan抗衡的單芯A卡，至少要等到年底了。

※ ※ ※ 本文為 andy6989 與 熊蓋站 共同所有，未經同意，請勿轉載 ※ ※ ※

　



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發表於:2013-02-21 14:27

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