NVIDIA GTX 680 完全實測：28nm製程、電力效率變2倍，力壓HD 7970

前面我們介紹了Kepler架構解析，大家應該很好奇Kepler實際效能如何。從取得資料至測試之前，對於Kepler的效能預測是功耗減低、效能小幅提升。經過測試之後，前者一如預期，效能部分卻比想像中還要好，不僅勝過HD 7970，更能在部分測試中小勝雙核心的HD 6990，超乎預期水準。在GTX 680解禁之前，全球媒體只有Windows 7 64bit驅動可用，而解禁之後官網立刻放上Windows、Linux等5種作業系統，共計9個版本的驅動程式。相較於先前HD 7970遲遲不來的驅動程式，GTX 680在驅動表現的確如以往的準時。或許有不少人知道，NVIDIA在驅動程式部門配置的人員，比起硬體設計人員還多，因此在驅動程式的時效、最佳化與遊戲支援方面，反應會比AMD還快，但是這次還是有幾個小小的遺憾。仔細瀏覽支援列表，也意外發現仍桌上型版本仍不支援任何版本的Windows XP。筆電核心則只有提供GT 630M的驅動程式，同時不支援「任何」Windows版本，僅有Linux等5個版本。雖說Windows XP已經在2010年6月30日停止零售版的銷售，但是Windows XP在家用市場仍有相當的佔有率。不論AMD或NVIDIA都經常性遺忘Windows XP，導致這些玩家可能買了卡也沒最新的驅動可用，相信這不會是個好現象。▲解禁當天官網就放上數個版本的驅動程式，但是也可看到獨缺Windows XP版本。前面文章提過，這次Kepler特色之一就是改用28nm製程，而採用新製程的優勢就是耗電量與TDP降低、超頻性增加。在官方文件中，也不只一次提出Kepler在電力效率上的表現。因此我們這次也順便測試Kepler在不同遊戲、API底下的電力效率變化。所謂的電力效率，就是單位功耗所得到的效能有多少，簡單來說就是每瓦（W）獲得的幀數。挑選了Street Fighter IV、Biohazard 5與Unigine Heaven 3.0做為測試項目，環境是在1920 x 1080解析度下，並開啟所有特效，得出結果後，將測試的FPS數值除以平台功耗，得到的數值就是電力效率。電力效率越高，代表花費的電力越是用在刀口上，對於追求效能的玩家而言，這數值可能沒有太大的意義，這指標對於環保的意義較大。此外，由於中低階卡功耗相對較低，因此顯卡的等級與效率不見得成正比。Kepler在電力效率方面成長多少？首先來跟Fermi 2.0架構的GTX 580比較。在開啟Tessellation的DirectX 11環境中，可看到GTX 680的電力效率為0.219幀，也就是每瓦（W）的耗電量獲得0.219幀。而Fermi 2.0架構GTX 580，電力效率表現則是0.153幀，兩者差距高達43.1%。架構與製程提升後的效益，在特效要求較高的DirectX 11與Tessellation環境相當明顯。至於在DirectX 10方面，可看到GTX 680與GTX 580電力效率分別為0.603幀與0.436幀，比起DirectX 11的落差，差距縮小到38.3%。而DirectX 9方面則差距更小，只剩下18.4%。從數值中可看到，電力效率方面Kepler比起Fermi有十分明顯的進步，且特效強度越高差距越明顯，雖然不到官方宣稱的2倍效率，但是我們也測試出43.1%的差距。28nm的電力效率領先40nm似乎是理所當然的事，接下來就來比較同為28nm製程的HD 7970跟GTX 680電力效率表現。從數據中，我們可以看到HD 7970在GCN與28nm製程加持下，表現並不差，但是跟GTX 680相比還是有明顯的落差。在DirectX 9、10與11環境下，GTX 680分別領先HD 7970約7.8%、23.3%與15.9%，差距相當明顯。這也讓先前HD 7970對GTX 580的電力效率優勢蕩然無存，似乎重演了2010年4月Fermi推出時，在Tessellation效能狠狠打了RV 870的情況。▲從電力效率來看，不論Driect 9、10還是11，GTX 680是目前高階卡當中效率最高的顯卡，同為28nm的HD 7970效率也有不錯的表現。此外，電力效率並不是高階卡的特色，中低階卡的功率低，反而電力效率會更高。（後面還有：戰效能：單核心硬上雙核心）新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度完全看懂 HD 7970 新架構，GPU 如何跑出更高的效能？AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命電力效率再高，遊戲效能不高還是只能吃土。這次編輯部挑選了前後代幾張高階顯卡一同測試，包括GTX 680、GTX 580、HD 7970、HD 6970，還有雙核心的HD 6990。至於NVIDIA最新的雙核心顯卡GTX 590則受限於時間，無法於截稿前借到，因此只能由上述5張卡互相廝殺。Bindless Textures這次Kepler在效能面的技術著墨很多，除了GPU Boost外Bindless Textures也是重點功能。NVIDIA在DirectX 11基礎上進行Texture（紋理、質地）強化，過去的DirectX 11顯卡在進行Texture處理時，需要先配置Slot（槽），而這個Slot則位於固定空間的Binding Table中，Shader所能存取的Texture數據則是取決於Slot數量多寡，在微軟DirectX 11規範中每個Shader最多只能存取128個Texture數據。而Bindless Textures技術就如同字面上的意思，解除了原本Texture的「綁定」限制，讓Shader能夠存取的Texture數據量從128個暴增到100萬個。讓Shader直接存取記憶體中的資料，不再受到Slot的限制。除了可以提高Texture數量外，並能減少CPU使用率，當然也有助於效能提升。說這麼多，實際效能是怎樣？從數據上來看，不論是DirectX 9、10、11，GTX 680對上HD 7970在效能表現都有明顯優勢，領先幅度大約在3～10%不等，差距大的項目最高可落差到15～30%。但是GTX 680並非所有項目都能完全領先HD 7970，尤其在特效強度、解析度較低的環境中，容易造成些微的落差。整體而言，GTX 680對上HD 7970大多是大勝小負的局面，總測試項目平均領先幅度約為6.47%，GTX 680遊戲效能領先HD 7970應是無庸置疑的事。說句公道話，GTX 680比HD 7970晚推出數個月，擁有效能領先也是「應該的事」，而且它還沒成功挑戰雙核心顯卡。AMD陣營單核心顯卡王者雖是HD 7970，但實際上的紀錄保持人應該是雙核心HD 6990。雖然說CrossFire十分吃重遊戲支援性，但是在運算效能方面，雙核心顯卡還是有明顯的優勢。以測試數據來看，要論斷GTX 680與HD 6990的勝負還真的有些困難，最大的因素在於對於CrossFire支援度差的遊戲，GTX 680領先的幅度相當驚人，最多可達30%上下。但是普遍而言，GTX 680都是呈現落敗的局面，幅度最高也會差到30%左右。兩者相比，若遊戲對雙核心的支援度較佳，HD 6990有較大的贏面，反之則是GTX 680佔優勢，客觀一點來分析，應該說是各有長處。▲效能表現上，GTX 680大多能領先HD 7970，但是跟雙核心的HD 6990在部分測試上仍有段差距。若是碰到CrossFire效率較差的軟體，GTX 680才有可能勝出。但是在價位、功耗等考量下，HD 6990並沒有明顯優勢。（後面還有：玩特效： AA、Tessellation全開沒問題）新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度完全看懂 HD 7970 新架構，GPU 如何跑出更高的效能？AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命相較於DirectX 10剛推出的那個年代，由於Unified Shader（統一著色引擎）剛投入實戰，加上Crysis等怪獸級遊戲相繼推出，令人有種硬體追不上軟體的感覺。然而幾年下來，即使後來又出現Tessellation這項吃資源的技術，但整體而言硬體又趕上遊戲引擎的發展。加上Crysis的經驗，讓遊戲廠商也了解到遊戲不是越吃吃資源越好，能夠讓多數人享受遊戲，才是玩家與廠商雙贏的局面。以高階卡而言，當代指標遊戲都能順順跑是基本要求，以GTX 680而言，在Battlefield3的1920 x 1080環境開啟4倍AA，FPS表現平均有約60張的水準。不過在測試中也發現，AA的強度與以往相比，似乎在FPS衰減量方面有明顯的差異。於是透過Unigine Heaven 3.0的DirectX 11環境測試，從0倍提升到8倍反鋸齒，GTX 680的FPS衰減了38.7%，GTX 580則是30.9%；對手陣營HD 7970是38.4%，HD 6970則是23.2%。可看出在部分環境的反鋸齒效果上，新卡的衰減量反而比舊卡高。▲以Unigine Heaven 3.0測試，GTX 680與HD 7970的AA表現上差異並不算明顯，大約只有0.3%的落差。▲若跟GTX 580比較，可發現雖然GTX 680運算效能較強，但是AA的衰減量反而比較高，兩者相差7.8%。打從Fermi開始，在Tessellation特效方面，幾乎都是NVIDIA採用的架構較具優勢。從這次的測試來看，Kepler也延續Fermi傳統，在Tessellation特效表現領先GCN架構。以Unigine Heaven 3.0數據中來看，GTX 680開啟Tessellation後FPS衰減了19.5%，而GTX 580則是20.2%，兩者差距並不明顯。而在AMD方面，HD 7970衰減量為26.9%，HD 6970則是23.9%，明顯高於NVIDIA陣營。▲在8AA環境下，開啟Tessellation後FPS約衰減19.5%，若關閉AA衰減量會稍微提升，約為20.6%。▲HD 7970衰減量與GTX 680相當，約在20%上下，且不論0～8倍AA環境下，衰減量都相當。（後面還有：尬溫控：隱藏的熱導管）新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度完全看懂 HD 7970 新架構，GPU 如何跑出更高的效能？AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命溫控一直是高階顯卡的痛，像是初期Fermi架構的功耗與TDP就是個標準的樣板。然而進入到28nm世代，不論是AMD或NVIDIA在這方面都得到緩解，至少很難聽到有人拿顯卡來煎雞蛋了。Kepler的TDP只有195W，算是相當異類的高階卡。且打從均熱板（Vapor Chamber）進入高階顯卡以來，GTX 580、HD 6970甚至28nm的HD 7970都是採用這種設計。均熱板的好處是透過真空腔體，仍擁有比熱導管更高的傳導效率。不過拆開GTX 680卻發現並非採用均熱板配置，而是在鰭片底下佈了3條隱藏的熱導管。GTX 680的散熱鰭片以高階卡而言相當迷你，就以往的經驗來說，公板卡的散熱只能說是「堪用」。不論是新舊卡在閒置溫度方面差異都不大，普遍都在33～37度之間。至於滿載的表現，透過Furmark測試分析，GTX 680溫度為83度，GTX 580則是77度，HD 7970是75度，最後HD 6970溫度最高有90度。▲閒置狀態下，溫度差距並不明顯，大多落在33～38度之間。這得歸功於各家的閒置降頻、降壓技術。▲GTX 680滿載溫度並不如預期，主要是受到散熱器的限制，讓溫控表現甚至遜於GTX 580。效能出色的顯卡，通常價位都不會出色，價位高達20,000元的HD 7970就是最好的例子。這次GTX 680建議售價為549美元（折合新台幣約16,470元），而台灣的市場售價則在17,500～19,000元之間，價位基本上維持以往高階卡的價位。HD 7970受到GTX 680的影響之下，近期之內肯定會降價以對，若有意選購AMD顯卡的玩家可以再等等。整體而言，GTX 680在效能、效率、溫控、價位等方面都相當出色，加上新技術的加持，是這幾年來少數能用「革命性」來形容的高階卡。尤其在電力效率方面，更是有明顯的優勢，雙6pin供電的高階卡已經好幾年沒出現，這也讓人更期待中階核心的表現，GK 104以下的核心是否能維持Kepler的高效率，也值得我們繼續關注。▲閒置環境下，GTX 680的平台功耗只有71W，數值低於其他高階卡。但是平心而論，差距並沒有大到令人吃驚。▲若使用FurMark測試，受限於顯卡的超壓保護機制，GTX 580等卡難以跑到極限功耗，因此大多維持在300W上下。（後面還有：NVIDIA GeForce GTX 680完全拆解）新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度完全看懂 HD 7970 新架構，GPU 如何跑出更高的效能？AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命▲GTX 680是NVIDIA第一張可4螢幕輸出的顯卡，並支援多重3D螢幕技術3D Vision Surround。▲核心型號為GK 104-400-A2，採用28nm製程Kepler架構，架構配置與Fermi相似但不相同。▲PCB上共配置8顆GDDR5記憶體，總容量為2GB，相較於HD 7970而言，記憶體容量較少。▲低功耗是Kepler的優勢，供電介面僅使用2個6pin插槽，是繼GTX 285之後，少數採用此種配置的頂級卡。▲這次GTX 680的散熱器相當迷你，僅有117mm，且前方有特殊斜面設計，據官方說法，能夠減少亂流的產生。▲傳輸介面採用PCI-E 3.0規格，不過在截稿之前，受限於驅動程式與Intel晶片組限制，並不能在Z77和X79上正常運作。▲散熱器以銅底與核心直接接觸，銅底下方是隱藏的3條熱導管，而非均熱板設計，高負載環境下溫度高於前代。▲供電模組由GTX 580的6+2相減少到4+2相，且核心供電部分，有預留1組空焊插槽，或許會用在更高階的版本上。新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度完全看懂 HD 7970 新架構，GPU 如何跑出更高的效能？AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命

NVIDIA GeForce GTX 680完全拆解

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