極致工藝,完美效能:介紹 GeForce GTX 690

2012 年 4 月 28 日

作者 James Wang

當 NVIDIA 在四年前著手設計 Kepler GPU 架構時,主要的焦點是放在功耗效率上。我們發現處理器越來越受限於它們所能消耗及散熱的功耗總量。改善效能的唯一方式就是以同樣的功耗提供更多的功能。

從 Voodoo 時代就開始測試繪圖卡的網站 – Bjorn 3D,下了一個很棒的結論:「NVIDIA GeForce GTX 680 是我們 Bjorn 3D 有史以來 測試過繪圖卡中速度最快的單晶片顯示卡,同時也是功耗效率最高及最安靜的高階旗艦卡。」

由於功耗效率對高效能繪圖卡的重要性不言可喻,因此我們在設計雙晶片繪圖卡時,功耗效率成為極為關鍵的考量因素。在這張卡上,兩顆晶片必須爭奪有限的功耗、冷卻能力及基板空間。這些正是 Kepler 過人之處。

新推出的 GeForce GTX 690 是 NVIDIA 的旗艦繪圖卡。由兩顆 Kepler GPU 驅動,它不僅是 3D 效能的新紀錄締造者,功耗效率之高更是令人難以置信。 執行 GeForce GTX 690 就如同在 SLI 模式中執行兩張 GeForce GTX 680 一般,功耗及噪音都大幅降低。

不自满於極致效能,我們更致力於極致工藝。從法拉利的 F12 Berlinetta 到 B&W 的 Nautilus 揚聲器,對任何產品種類的旗艦機而言,造型與功能同等重要。針對 GeForce GTX 690,我們的工程師矢志創造兼具新穎視覺美感,並且絕不妥協,極具爆發力的雙 GPU Kepler 繪圖卡。

工業設計

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GeForce GTX 690 的工業設計直接反映它隱藏在表面下的內涵:兩顆 Kepler GPU ,強大的繪圖能力加上極長的產品生命週期。視覺上,它的設計就像是一具有著冷硬金屬外觀及外露鰭片堆的 F1 引擎汽缸。

這張繪圖卡的前板是由兩種不同材料所構成。GeForce GTX 外框由三價鉻鉑鑄鋁製成,讓板子更耐久用並散發霧面光澤。中間放置風扇的空間則是由鎂合金射出成型。鎂合金的重量輕、散熱性好,且聲音抑制特性佳,因此應用遍及汽車及航太工業 (其中包括用於布加迪威龍及 F22 猛禽戰鬥機的引擎)。為了創造複雜且精細的幾何結構以形成風扇空間,我們使用了一種稱為半熔融射出成型法 (thixomolding) 的射出成型技術,這種方式是將液態狀的鎂合金射出至模具內。如此一來可創造出精細的幾何結構,且能緊密、完美地結合在一起。

低溫低噪音

當玩家使用高效能繪圖卡玩遊戲時,繪圖卡所產生的熱能及噪音很容易影響玩家的整體感受。因此理想中的繪圖卡應該是速度快,但低溫且安靜。

GeForce GTX 690 是藉由一對特製的均熱片散熱器 來進行冷卻。不像傳統的散熱器方式是利用傳導方式移除 GPU 產生的熱量,均熱板則是利用蒸發作用的優異熱傳導特性。在每一個均熱板裡面都有少量的純淨水,當 GPU 變熱時,水會在這個過程中被蒸發,然後帶走熱。當蒸氣到達鰭片堆頂端後,它會被冷卻、凝結,然後這個流程會一再被重複。它有點像是一個小規模的水冷卻形式,唯一不同的是,由於液體完全由己身所供應,因此無須外接水管,也就不可能漏水。

位於中心的軸流風扇負責引導空氣經過散熱片。氣流越順暢,產生的噪音就會越少。針對這部分,為了將鰭片間距及空氣撞擊鰭片堆的角度予以最佳化,我們的工程師耗費了極大的心力。位於風扇正下方的區域則刻有微小通道,藉此讓氣流順暢流動。所有風扇底下的元件都屬於小型元件,如此才不會引起亂流或阻礙氣流。我們的聲學工程師也微調了風扇控制軟體,所以風扇速度的改變是漸進的,而不是一段一段的改變。

經由各方面的努力,最後不僅噪音降低,同時可辨噪音也變少了。而藉由去除基板上的雜訊,高頻音也被移除了。單獨聆聽風扇的轉動時,你會發現它的轉動聲音是如此乾淨且平順。

效能

雙 GPU 繪圖卡就如同將 two-way SLI 濃縮在單一繪圖卡之中。以往,雙 GPU 繪圖卡的效能總是落後同單片跑 SLI的成績 。這是因為把兩顆 GPU 放在 同一張繪圖卡上時,它們加總產生的熱能讓最佳冷卻器也難以負荷;最後只好降低時脈速度。例如,在上一世代的產品中,最快速的單一 GPU 繪圖卡有著 722 MHz 的時脈速度,以及 4008 MHz 的記憶體資料傳輸率,然而在雙 GPU 繪圖卡上,繪圖時脈是 607 MHz, 記憶體資料傳輸率則是 3212 MHz 。

在這方面,Kepler 引人矚目的功耗效率繳出極為亮麗的成績單。在 GeForce GTX 690 中,GPU 的動態超頻時脈 (boost clock) 是 1019 MHz,比 GeForce GTX 680 的 1058 MHz 僅少了些微的 2.8%。更重要的是,除此之外,其他規格完全相同,這兩張卡的核心數量、記憶體速度及每顆 GPU 的頻寬皆相同無異。

這也就意謂著,執行 GeForce GTX 690 就像是在 SLI 模式中運行一對 GeForce GTX 680 一般;將兩顆 Kepler GPU 置入同一片基板,幾乎沒有任何規格被犧牲。

GeForce GTX 690 規格表

CUDA 核心 3072
基礎時脈 915 MHz
動態超頻時脈 1019 MHz
記憶體組態 4GB / 512 位元 GDDR5
記憶體速度 6.0 Gbps
電源連接器 8接腳 + 8接腳
散熱設計功耗 (TDP) 300 瓦
輸出 3 個 DL-DVI
Mini-Displayport 1.2
匯流排介面 PCI Express 3.0

在遊戲效能方面, GeForce GTX 690 真是令人不可思議,只需稍微使力,就幾乎能讓玩家以最大的設定值暢玩現今所有遊戲。要真正施展它的長處,你得接上三個顯示器,然後採用 5760x1080 的解析度、在 NVIDIA 的 Surround 模式下暢玩你最喜愛的遊戲,或者更棒的,你還可以在 3D Vision Surround 環境中大玩一場。



在上述遊戲中,GeForce GTX 690 較 GeForce GTX 680 平均快了 75% 。

更平滑的邊緣及更順暢的每秒顯示幀速

快速近似反鋸齒法 (FXAA) 及智能垂直同步 (Adaptive V-Sync) 是我們在推出 GeForce GTX 680 時所介紹的技術,在 GeForce GTX 690 中,這兩種技術發揮了更大的效用。

在高解析度情況下執行遊戲,尤其是採用 Surround 模式時,會消耗大量的記憶體。傳統的多重採樣反鋸齒法 (MSAA) 一般需消耗四倍的記憶體,所以此技術在大部分時候並不實用。相反的,快速近似反鋸齒法 (FXAA) 則不會消耗額外的記憶體,而且也可以達到不錯的效果。因此在玩遊戲時,若想要在超高解析度下啟用反鋸齒功能,則 FXAA 技術是可行的方式。



在 「傳送門 2 (Portal 2)」中 啟用 FXAA。點擊此處 觀看放大後的四倍 MSAA 與 FXAA 的比較。

同樣地,智能垂直同步可以依據每秒顯示幀數來切換垂直同步功能的啟用及停用,它是 GeForce GTX 690 的天生良伴。在每秒顯示幀數極高時,幀畫面不是被撕裂成兩部分,而是分列成許多部分,成為不連續的帶狀。在啟用智能垂直同步後,每秒顯示幀數可以固定維持在 60 FPS 而不會有撕裂的現象。而一旦 FPS 降至 60 以下時,垂直同步功能將自動停用以避免抖動現象的產生。

更強化的每秒顯示幀數計量

Kepler 推出基於硬體的每秒顯示幀數計量,這是一種有助於將停頓減至最少的技術。在 SLI 模式中,兩顆 GPU 藉由處理連續幀畫面來分擔工作負荷;一顆 GPU 處理現行的幀畫面,另一顆 GPU 則同時處理下一 幀畫面。但是由於處理每一幀畫面的工作負荷有所不同,因此兩個 GPU 處理每幀畫面的時間也會不同,而將每幀畫面傳送至螢幕的間隔時間若不一致,則會造成停頓,且這種停頓是會被察覺到的。

GeForce GTX 690 配備一個計量機制 (類似高速公路入口的交通流量表) 以管制幀畫面的流量。藉由監測及消弭幀畫面被傳送至螢幕時所產生的差距,每秒顯示幀數會顯得更為順暢及更為一致。

結論

在一張板子上中放入兩顆功能齊備的 GPU,這是技術上的一大挑戰。這是一場永恆的拔河戰爭,總是必需在效能、功耗、散熱及噪音等各種特性之間痛苦取捨,而最後呈現的產品總是妥協之後的結果。

然而 GeForce GTX 690 極可能是第一張毫不妥協、以全尺寸型式現身的雙 GPU 繪圖卡,各種效能皆不打折扣。大致而言,它是世界上最快速的繪圖卡,較前一代產品來得安靜,功耗也較少。它並結合了各種功能,可消除鋸齒狀且維持順暢的每秒顯示幀數。更讓人讚賞的是,它採用最上等的材料、以專業技法打造而成,讓人一眼即知其中必定蘊含強大的力量。

建議售價為 999 美元, 這絕對不是一張訴求普羅大眾的繪圖卡,這是一個為了满足狂熱份子及遊戲玩家所推出的產品,狂熱份子總是在追求頂級效能,遊戲玩家則渴望擁有一張能經歷世代考驗的繪圖卡,對於他們而言,NVIDIA 的 GeForce GTX 就是頂級遊戲繪圖卡的同義詞。

更多資訊請連結至 GeForce GTX 690 產品頁面

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