全新[GM200]NVIDIA GeForce GTX TITAN X

jollygoh

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全新「GM200」繪圖核心
NVIDIA GeForce GTX TITAN X
文: John Lam / 評測中心



NVIDIA 18 日正式發佈「 Maxwell 」 GPU 微架構頂級型號「 GeForce GTX TITAN X 」繪圖卡，採用全新「 GM200 」繪圖核心內建高達 3072 個 CUDA Cores ，擁有 384Bit 記憶體介面、 12GB GDDR5 記憶體，其性能足以應付最新 3D 遊戲大作在 4K 解析度下特效全開，並為即將上市的 DX12 遊戲作好準備。

GM200 : 3072 個 CUDA Cores


去年 9 月， NVIDIA 正式推出採用「 GM204 」繪圖核心的「 GeForce GTX 980 」高階繪圖卡，儘管「 GM204 」繪圖核心並非 NVIDIA Maxwell GPU 微架構的完整設計，但時至今日其主要競爭對手 AMD 仍未有產品可作抗衡，面對 4K 顯示器開始普加上下代 DirectX 12 遊戲即將登場， NVIDIA 再向對手 AMD 投下震撼蛋， 正式推出具備完整 Maxwell GPU 微架構的「 GM200 」繪圖核心的旗艦級繪圖卡 —— 「 GeForce GTX TITAN X 」，在性能上進一步將對手拋離。

雖然「 GM200 」與早前推出的「 GM204 」及「 GM206 」同為 Maxwell GPU 微架構，但「 GM200 」在支援規格上進一步提升，「 GM204 」與「 GM206 」均為 DirectX 12 API 並支援 12.0 層級功能，但「 GM200 」則進一步支援 DirectX 12 API 最新的 12.1 層級功能，在 OpenGL 方面亦由 4.4 提升至 4.5 版本。

NVIDIA GM200 繪圖核心 Block Diagram

全新「 GM200 」繪圖核心採用 28nm 制程由 TSMC 代工，內建約 80 億個電晶體， Die Size 約為 601mm² ，與「 GM204 」繪圖核心一樣，全新「 GM200 」繪圖核心採用全新 Maxwell SMM 模組設計， GPC 圖形處理群由 4 組提升至 6 組，同樣地每組 GPC 圖形處理群內擁有一個獨立的 Raster Engine 光柵處理引擎及 4 組 Maxwell Streaming Multiprocessor(SMM) 模組，每一個 SMM 模組內共有 128 個 CUDA Cores 及 8 個 Texture Units ，整顆繪圖核心合共有 3072 個 CUDA Cores 及 192 個 Texture Units ，相較「 GM204 」繪圖核心多出 33% 。

如果與上代 Kelper 微架構的「 GK110 」繪圖核心比較，「 GM200 」繪圖核心的 CUDA Cores 數目只增加了 192 個，不過受惠於全新 Maxwell 微架構，其 SMM 模組再按照現今遊戲對不同類別的數學及 Texture 運算比例作出改良，每組 SMM 模組的 CUDA Cores 數目由 192 個減至 128 個，模組會把 CUDA Cores 平均分割成 4 組，每組區塊各自擁有獨立的 Instruction Buffer 、 Warp Scheduler 、 Instruction Buffering 、 Dispatch Unit 及 Register File ，讓指令有效填充模組內的 CUDA Cores 減少閒置。

此外，「 Maxwell 」 SMM 模組內的 Cache 結構亦作出重大改動， L1 Cache 與 Shared Memory 分割並結合了 Texture Cache 及 Uniform Cache 的功能，每個 SMM 單元內擁有 2 組 L1 Cache ，容量為 24KB (48KB per SMM) ，每組獨立負責 2 個 CUDA Processing 區塊及 4 個 Texture Unit ，令 Cache 的命中率得以提升。 SMM 模組設有一個 Shared Memory 單元，變成專注內部運算單元與外部 Interconnect 緩存，而且容量由 64KB 提升至 96KB ，整體緩存記憶體容量提升，有助提升模組內的運算效率及運算吞吐量。

整體來說，「 GM200 」繪圖核心雖然只比「 GK110 」繪圖核心多了 192 個 CUDA Cores ，但每顆 CUDA Cores 的運算效率相較上代大幅提升 40% ，而且所需功耗減少 1 倍， NVIDIA 在微架構層面上的改良，令繪圖核心有效節省所需的電晶體數目與功耗需求。

GM200 : 384Bit 記憶體控制器


記憶體子系統方面，「 GM200 」繪圖核心內建 6 組 64Bit 記憶體控制器，每組記憶體控制器緊連著 16 個 ROP 單元及 512KB L2 Cache ，因此整顆繪圖核心擁有 384Bit 記憶體介面、 96 個 ROP 單元及 3MB L2 Cache ，相較「 GM204 」繪圖核心多出 50% 。

與上代 Kelper 微架構的「 GK110 」繪圖核心比較，「 GM200 」與前者同樣為 384Bit 記憶體介面，但透過提升記憶體控制器的效率，基於 GPU 微架構改良優化記憶體子系統的性能，其中「 GM200 」在 L2 Cache 容量上相較「 GK110 」多出一倍，此舉有效提升緩存資料數量及命中率，記憶體存取次數及記憶體頻寬佔用因此減少，同時存取延遲大幅降低。

此外，「 GM200 」繪圖核心不僅在 ROP 數目上相較「 GK110 」多出一倍，而且 ROP 模組亦重新設計，擁有更高的像素填充能力，在高解析度的性能表現、處理光線反射、 AA 反鋸齒、煙霧、火焰等特效的運算能力，均較上代「 GK110 」的 ROP 運算單元有更高性能表現。

「 GM200 」採用了 Maxwell 微架構的第三代 Delta Color Compress 引擎，透過多層壓縮機制選擇最佳的壓縮比， Texture 內的每一個 Pixel 將會與相鄰的 Pixel 進行對比，透過數學運算提供更高壓縮比。據 NVIDIA 指出， 「 Maxwell 」 GPU 微架構進一步新增不同形式的 Pixel Ordering 排序算式，讓 ROP 運算單元擁有更多 Pixel Ordering 排序算式選擇，從而令壓縮性能大幅提升。

因此，雖然「 GM200 」與「 GK110 」同樣為 384Bit 記憶體介面，但受惠於更大的 L2 Cache 、更先進的壓縮引擎，「 GM200 」在記憶體性能上相較「 GK110 」進一步提升 33% ，「 GeForce GTX TITAN X 」記憶體時脈為 7GHz Data Rate ，其性能表現約等於上代「 GK110 」在相同記憶體介面下運作於 9.3GHz Data Rate 。

	NVIDIA GK110	NVIDIA GM200	NVIDIA GM204
Process	28nm	28nm	28nm
Transistors	7.1 billion	8.0 billion	5.2 billion
GPU Architecture	Kepler	Maxwell	Maxwell
CUDA Cores	2880	3072	2048
Texture	240	192	128
ROP	48	96	64
L2 Cache	1.5MB	3MB	1.5MB
Memory Interface	384Bit	384Bit	256Bit
DirectX API	12	12	12
DX Feature Level	11	12	12.1
OpenGL	4.4	4.4	4.5

jollygoh

NVIDIA GeForce GTX TITAN X 繪圖卡

圖為 NVIDIA 最新「 GeForce GTX TITAN X 」繪圖卡，主要針對遊戲開發商及發燒級遊戲玩家市場，是現時市場上唯一支援 DirectX 12 API 中最新 Level 12.1 功能的繪圖卡產品，今代產品外觀仍沿襲 NVIDIA 高階繪圖卡一貫設計，渦輪散熱風扇配合 Dual Slot 導風管設計，頂端設有發出 LED 綠光的 GEFORCE GTX 字樣，散熱外殼上標誌了「 TITAN 」字樣，但散熱器外殼改用黑色設計，「 TITAN 」字樣則為銀色，成為與 「 GTX TITAN 」 及「 GTX TITAN Black 」兩款產品的外觀區間。

「 GeForce GTX TITAN X 」繪圖卡尺寸為 26.67cm x 11.12cm ，支援 PCI-Express 3.0 繪圖接口， 產品最高功耗為 250W ，需外接 6+8 Pin 輔助電源接頭，最高可支援 4 Way SLi ，雖然官方建議電源供應器最低為 600W ，但為了系統穩定需要，還是建議使用 800W 或以上，官方建議售價為 US$999 美元 ( 不含稅及運費 ) 。

NVIDIA GM200-400-A1 繪圖核心

拆下散熱器後，可以看到 NVIDIA 「 GeForce GTX TITAN X 」採用全新 GM200-400-A1 繪圖核心， 28nm 制程由 TSMC 代工，生產週期為 2014 年第 47 週，晶片內含約 80 億個電晶體， Die Size 為 601mm² ，擁有 6 個 GPC 圖形處理群， 24 個 Maxwell SMM 模組，合共 3072 個 CUDA Cores 、 192 個 Texture Unit 及 96 個 ROP 單元。

「 GeForce GTX TITAN X 」的 GPU 核心時脈為 1,000MHz Base/1,075MHz Boost Clock ，由於 ROP Unit 大幅提升了一倍，因此在 Pixel Fillrate 能力上大幅提升至 96GP/s ，相較上代「 GTX TITAN Black 」為 42.7GP/s ，性能提升達一倍。鑑於現今遊戲開始減少 Texture 的使用比例， 「 GM200 」繪圖核心內建的 Texture Unit 亦比上代 「 GK110 」 減少，因此「 GeForce GTX TITAN X 」的 Texture Fillrate 為 192GT/s ，相較「 GTX TITAN Black 」的 213GT/s 略低。

在運算能力方面，「 GeForce GTX TITAN X 」由於擁有較多 CUDA Cores ，加上經改良的 SMM 模組設計，在 Single Precision 運算能力進一步提升至 6144 GFLOPS ，但 NVIDIA 卻取消了 「 GTX TITAN X 」 的 Double Precision 加速功能，令其 Double Precision 大幅落後 「 GTX TITAN 」 與 「 GTX TITAN Black 」。

	GeForce GTX Titan	GeForce GTX Titan Black	GeForce GTX Titan X
GPU	GK110	GK110	GM200
CUDA Cores	2688	2880	3072
Texture Units	224	240	192
ROPs	48	48	96
Base Clock	837	889	1000
Boost Clock	876	980	1075
Pixel Fillrate (GP/s)	40.2	42.7	96
Texture Fillrate (GT/s)	188	213	192
Single Precision (GFLOPS)	4500	5121	6144
Double Precision (GFLOPS)	1500	1707	192

以往「 TITAN 」系列定位於頂級遊戲繪圖卡與專業繪圖卡之間，擁有完整 Double Precision 雙精度運算能力，相較一般遊戲市場的 GeForce GTX 繪圖卡，其 Double Precision 速度是 Single Precision 的 1/24 ， 「 GTX TITAN 」與 「 GTX TITAN Black 」則可在驅動程式中啟動 Double Precision 加速提升至 Single Precision 的 1/3 ，「 GTX TITAN X 」則取消了這項功能。

因此，「 GeForce GTX TITAN X 」的 Double Precision 運算能力只有 192 GFLOPS ，相較 「 GTX TITAN 」及「 GTX TITAN Black 」 分別為 1500 GFLOPS 及 1707 GFLOPS 存在明顯距離，看來 NVIDIA 打算重塑「 TITAN 」系列的市場定位，與專業運算 GPU 產品劃下明顯區間。

支援 384Bit 記憶體介面、高達 12GB GDDR5 記憶體容量

「 GM200-400-A1 」繪圖核心內建 6 個 64Bit 記憶體控制器，支援 384Bit 記憶體介面，為了應付更高解析度的遊戲需求，今代 「 GeForce GTX TITAN X 」 內建 24 顆 SK hynix H5GQ4H24MFR-R2C GDDR5 記憶體顆粒，總容量高達 12GB ，相較上代「 GTX TITAN Black 」 的 6GB 多出一倍。

「 GeForce GTX TITAN X 」 的記憶體時脈為 7010MHz Data Rate ，總記憶體頻寬為 336.5GB/s ，數字上與上代 「 GTX TITAN Black 」 相同，但受惠於第三代 Delta Color Compression 引擎，其性能表現約等於上代 「 GTX TITAN Black 」 運作於 9300 MHz Data Rate ，記憶體子系統性能等於 「 GTX TITAN Black 」 的 446.4GB/s 頻寬。

內建 24 顆 SK hynix H5GQ4H24MFR-R2C GDDR5 記憶體顆粒

由於玩家們反映高階繪圖卡在完全負載下，經常出現元件發出高頻聲噪問題，「 GeForce GTX TITAN X 」的供電模組改用 XS DrMOS 供電模組設計，單一晶片集成驅動 IC 與 MOSFET ，相較傳統 MOSFET 設計效率進一步提升並有效減少雜訊產生，同時改用 POSCAP 固態鉭聯合物電容，相較一般固態電容更低 ESR 水平，擁有更優秀的穩壓及濾波作用，減低雜訊造成高頻聲噪的可能。

此外，「 GeForce GTX TITAN X 」供電模組提升至 6+2 相設計，更多的相位讓每顆 MOSFET 所需分擔的負載減少，同時 NVIDIA 修改了散熱器氣流設計讓 PCB 上的元件能夠更有效地把熱力帶走，工作溫度下降亦降低了雜訊產生，除了有效改善了高頻聲噪外，同時亦提升了產品的超頻能力， 「 GeForce GTX TITAN X 」 公板設計已提供了額外 10% 的 Power Target 進行超頻，而坊間更已出現能延伸至 140% 的非官方 BIOS 。

6+2 相設計並改用 XS DrMOS 配搭 POSCAP 電容

影像輸出方面，「 GeForce GTX TITAN X 」 的 Max Pixel Clock 由上代 「 GTX TITAN Black 」 的 540MHz 提升至 1045MHz ，顯示像素提升至支援 5120 x 3200 @ 60Hz (5K) 解析度，並可同時支援 4 組 4K 顯示屏輸出，提供了 3 組 DisplayPort 、 1 組 HDMI 及 1 組 Dual-Link DVI 輸出。

「 GeForce GTX TITAN X 」加入全新 HDMI 2.0 規格支援，上代 HDMI 1.4 版本最高可支援 4K @ 30Hz " 444 " RGB Pixels 或是 4K @ 60Hz YUV Pixels 格式，而全新 HDMI 2.0 版本則可以提供完整的 4K @ 60Hz " 444 " RGB Pixels 輸出，令畫質進一步提升。

內建的 NVENC 編碼引擎被進一步強化，除了其 H.264 影像編碼速度相較「 Kepler 」繪圖核心提升 2.5x 外，更加入 ShadowPlay 追加 4K @ 60fps 硬體影像編碼支援。此外，今代的 NVENC 編碼引擎加入了 H.265 HEVC 編碼， H.265 編碼在相同畫質下相較 H.264 更加節省頻寬。

jollygoh

性能測試 :

在論壇等不同地方都有玩家討論「 GeForce GTX TITAN X 」效能，甚至有玩家已經入手「 GeForce GTX TITAN X 」，據他們的說法，「 GeForce GTX TITAN X 」的效能比上代 「 GeForce GTX TITAN Black 」 高出近 50% ，所以今次 HKEPC 特別找來 「 GeForce GTX TITAN Black 」、 「 GeForce GTX 980 」、 「 Radeon R9 295 x2 」三款旗鑑級繪圖卡，與今次新推出的「 GeForce GTX TITAN X 」作比較。

最受玩家公認的 3DMARK 當然不可缺少，以 FireStrike 為例， 「 GeForce GTX TITAN X 」 取得 14868 分數，與 「 GeForce GTX TITAN Black 」的 10121 分數相比高出近 47% ，與網上流傳的 50% 相當接近，採用雙繪圖核心的 「 Radeon R9 295 x2 」 就取得 16427 分數，只較單核的 「 GeForce GTX TITAN X 」 高出二千多分，可見 「 GeForce GTX TITAN X 」 的實力不凡。

在 FireStrike Extreme 以及 Ultra 項目裡面，表現亦大致相近， 「 GeForce GTX TITAN X 」的分數比 「 GeForce GTX TITAN Black 」平均高出近 40% 以上，就以 FireStrike Ultra 為例，「 GeForce GTX TITAN X 」 取得 4011 分數，比 「 GeForce GTX TITAN Black 」的 2258 高出 51% ，亦比 「 GeForce GTX 980 」 的 3030 分數高 30% 。而雙繪圖核心的 「 Radeon R9 295 x2 」 的 4906 分，只比今次主角 「 GeForce GTX TITAN X 」 高 22% 。

遊戲效能水平亦是今次測試的重點之一，今次測試過程裡面挑選了 5 款不同的遊戲，當中包括近期大熱的 FarCry4 、 FPS 第一身射擊的 Battlefield 4 、動作類的 WatchDog 等，全部遊戲都會設定成 1920 x 1080 解析度，特效方面亦會推至最高設定，以測試繪圖卡的最大運算能力。

在 FarCry4 遊戲裡面， 「 GeForce GTX TITAN X 」的表現最佳，平均有 155FPS 畫格，對它來說可謂完全無壓力，就算是擁有 2 顆核心的 「 Radeon R9 295 x2 」都只有 114FPS ，差異非常大。而 「 GeForce GTX TITAN Black 」的表現更只有 76.9FPS ，雖然這個數字已經足夠維持遊戲流暢度，但在有對比之下總覺得 「 GeForce GTX TITAN Black 」 有點「慢」的感覺。

在其餘的 4 個遊戲： GRID2 、 Batman Origin 、 WatchDog 、 Battlefield 4 測試中，除了在 Battlefield 4 裡面「 Radeon R9 295 x2 」略勝於「 GeForce GTX TITAN X 」之外，大致上 「 GeForce GTX TITAN X 」的表現都是最佳，而上一代的「 GeForce GTX TITAN Black 」的效能表現則略比 「 GeForce GTX 980 」 差，可見舊有的 「 GeForce GTX TITAN Black 」優勢不再。

至於針對 OpenGL 以及 GPGPU 的測試項目，就用上 Cinebench 、 ComputeMark 、 AIDA64 等測試軟體， Cinebench 是由 MAXON 公司針對電影動畫而開發的 Cinema 4D 特效軟體引擎，在不少評測中都會選用。

在 Cinbench 測試中 4 款繪圖卡的效能接近，在 R11.5 版本中 「 Radeon R9 295 x2 」的表現最好，也許受惠於雙繪圖核心的優勢，取得約 129FPS ，比其他三款的 88-90FPS 高出不少。而到了 R15 版本測試，反而「 GeForce GTX TITAN X 」 的表現最好，擁有大約 169FPS ，而「 Radeon R9 295 x2 」 就跌至 158FPS 。

另外， 「 GeForce GTX TITAN X 」其實比 「 GeForce GTX TITAN Black 」 少了一項雙精確度運算功能，而大家又未必會留意到，正常情況下雙精確度運算是關閉的，所以用家必需人手在 NVIDIA 設定裡啟用。在雙精度浮點數 FP64 啟用後，遊戲的效能會下降大約 10% ，但在雙精確度運算時的效能就能夠倍數增長。

AIDA64 就是其中一款能夠測試雙精確度的軟體，裡面分為 Single-Precision 單精運算及 Double 雙精運算，在單精確度下 「 GeForce GTX TITAN X 」 擁有 6737 FLOPS 運算能力，比 「 GeForce GTX TITAN Black 」 的 3403 FLOPS 高出近一倍，而擁有雙核心的 「 Radeon R9 295 x2 」 就有 11229FLOPS 。

在雙精度的 Double-Precision 測試中， 「 GeForce GTX TITAN X 」 的效能大幅下滑，跌至只有約 215.8FLOPS ，與同樣沒有雙精確度的「 GTX 980 」的效能一樣。相反擁有雙精度運算的 「 GeForce GTX TITAN Black 」 終於反勝一回合，取得 1479FLOPS 運算效能，亦比 「 Radeon R9 295 x2 」略高少許，所以如果用家是利用繪圖卡作高精確度運算， 「 GeForce GTX TITAN X 」 未必會是你的選擇。

至於用電方面，亦是一眾用家最留意的地方，今代「 GeForce GTX TITAN X 」 的用電與舊有的 「 GeForce GTX TITAN Black 」 接近，沒有明顯的差別，但「 GeForce GTX TITAN X 」 能夠在同樣的耗電情況下提供比「 GeForce GTX TITAN Black 」更強的運算能力，這方面已經可以證明 NVIDIA 在設計上有所進步。

而一直與「 GeForce GTX TITAN X 」效能非常貼近的 「 Radeon R9 295 x2 」 ，由於是用上 2 組「 R9 290X 」 的核心關係，所以其用電量相當驚人，平台的耗電量高出近一倍，最高峰更達至 650W ，但在評測中亦見到 「 Radeon R9 295 x2 」 的效能只比「 GeForce GTX TITAN X 」 高出大約 20% ，有部份甚至不及 「 GeForce GTX TITAN X 」。

編輯評語 :

NVIDIA 「 GeForce GTX TITAN X 」 在 CUDA 數目上，僅比上代多出 192 個 CUDA Cores ，但憑著微架構層面的改良，性能相較上代「 GeForce GTX TITAN Black 」有著明顯提升，由於對手 AMD 至今仍然無力還撃，繪圖卡市場現時出現接近壟情況， AMD 繪圖卡無人問津， Radeon R9 200 系列最高階的單 GPU 性能，面對 NVIDIA 「 GeForce GTX 980 」亦出手無策，更可況是 「 GeForce GTX TITAN X 」，只能以雙 GPU 的「 Radeon R9 295 x2 」勉強應付，但此卡所需功耗甚高而且熱力驚人，需要採用水冷散熱設計，完全反映出 AMD 在繪圖市場的窘境。

jollygoh

中了jackpot买4张来跑Quad SLI。。。。

ScooterGun

一想到以后需要额外缴交6%的GST，这种高端显示卡只能望不能叹了。。。。

staf_ferry

jollygoh 发表于 26-3-2015 01:51 AM
中了jackpot买4张来跑Quad SLI。。。。

记得报告一下电费加了多少

Gladiator

一张RM4388，想都不敢想。。。

fei18112

看标题，我还以为你下手了
几时拿？我比较想看你真人review

紫色阳光

土豪的福音

jollygoh

fei18112 发表于 26-3-2015 02:12 PM
看标题，我还以为你下手了
几时拿？我比较想看你真人review

都说等我中了2千万jackpot时就会买咯。。。

jollygoh

Gladiator 发表于 26-3-2015 10:31 AM
一张RM4388，想都不敢想。。。

差不多我那架i7-2600K 的价钱。。。

Gladiator

jollygoh 发表于 26-3-2015 07:56 PM
差不多我那架i7-2600K 的价钱。。。

真的只能等中jackport了才舍得买。。。

jollygoh

Gladiator 发表于 26-3-2015 08:19 PM
真的只能等中jackport了才舍得买。。。

如果还单身或许可能会考虑。。。。


有家庭后就。。。

fei18112

jollygoh 发表于 26-3-2015 07:55 PM
都说等我中了2千万jackpot时就会买咯。。。

我会等的
你要相信自己

jollygoh

fei18112 发表于 26-3-2015 10:45 PM
我会等的
你要相信自己

记得继续等哦。。。