平衡与妥协 GTX560Ti能否找回Ti系荣誉

       在当年GeForce 4 Ti 4000产品中，NVIDIA在原有的nfiniteFX图形架构引擎上做了相当完整的改进，并命名为nfiniteFX II引擎。其中在原来有的一个Vertex Shader的基础上，又增加了第二并行运行的Vertex Shader，即双Vertex Shader，因此可以使芯片的顶点处理速度加快一倍，使困惑图形界很久的皮毛渲染成为了可能。在人们对Shader单元发展还还有疑惑的时候，NVIDIA不但提升了Vertex Shader性能而且也提升了Pixel Shader版本从1.1到1.3，这是一种毫无疑问的技术进步。

       回到2010年初，尽管我们确信Fermi架构代表了先进的技术发展方向，但是初期GF100核心表现令人不免失望，或许是期望越高失望越大，在DirectX 9游戏中Fermi架构没有建树，DirectX 10游戏中又不能大幅度领先晶体管数仅有其66%的RV870核心……Fermi似乎面临到很多问题，你怀疑过这款核心的未来发展吗？

       2010年7月，一款删减版的Fermi核心诞生了，它正是拥有19.5亿个晶体管的GF104核心，虽然流处理器剩下336个，显存位宽等资源都变小了，但是它凭借出色的性价比和性耗比获得了市场的认同，甚至厂商和超频用户发现在高频下运行的GTX460显卡可以获得与GTX480几乎相当的游戏性能。最后的市场反应是：精简版产品获得了认同，而代表Fermi架构全部特性的GF100却成为高功耗高发热的代名词。

       北京时间2011年1月25日22点，Geforce GTX560 Ti发布了，如果说GTX580补全了GTX480的遗憾，那么GTX560 Ti则大幅度提升了GTX460的性能并带给用户更多选择，虽然价格较高达到2000元人民币，不过产品性能和定位确实带来了芯片厂商、板卡厂商、渠道商的多赢局面。不过和9年前取名Ti不同，GTX560Ti和上代产品相比实在没有什么值得称道的技术，不过Ti系列的命名规则让我们体会到NVIDIA希望制造一款长期控制市场的GPU产品。

       ● GF114从何而来，有何提升

       通过ZOL显卡频道昨天的芯片级首测，我们了解到GF114核心相对与GF104核心打开了屏蔽的一组SM单元并提升了频率，不过这颗芯片还是让我们有点意外，毕竟它的超频能力太强劲，且相对与GF104的发热功耗拐点有较大区别。不过GF114到底从何而来，现在的确是个问题，它是完整版的GF104还是NVIDIA重新优化设计的芯片？

       目前流传作为广泛的说法是GF114核心和GF110核心一样，经过了彻底推倒重来的EDA设计，我们之前在GF110核心中分析过这些问题。如果经过了EDA设计则芯片功耗下降，工作频率带上升或加宽，这就是显卡玩家所说的低温运行、超频能力强劲等优势。

GeForce GTX 560 Ti公版显卡

       不过第二种说法相对保守很多，这种观点的坚持者认为GF114是没有经过屏蔽的GF104芯片，也就是说NVIDIA没有做任何改进只是在今年年初推出了这一批完整版的384SP芯片。毕竟GF104芯片在性耗比方面已经很优秀，优化空间较小。

       对于送测产品或者高端GTX560Ti产品的芯片需求，NVIDIA挑选了一些电气性能优异的GF104产品作为GTX560Ti的核心。在我们没有获得稳定详细资料之前，关于GF114芯片的来历问题还是不评论为好。

       下面这张表格列出的是GF104和GF114芯片的特性对比：

       在补全384个流处理器和8个TMU纹理单元之后，GTX560Ti选择了继续提升频率，我们看到相对与GTX460核心和显存频率分别提升了21%和11%，而综合浮点吞吐能力则提升了38%，可以说在并行度和频率方面的提升为GTX560Ti塑造了一个满意的市场定位，或者说的通俗一些可以卖出更好的价格。

       设计一块可制造性较高的芯片，是基于多种考虑后的结果，当GPU芯片可制造性提高之后，良品率、性耗比等指标会提升，利好GPU芯片厂商。而TDP等指标则会下降，最终带来显卡成本下降，利润上升，利好显卡制造厂商。GF104和GF114在这方面几乎达到了目前我们所见到的GPU中表现最好的，相关产品在市场上颇受追捧，单价利润都不低，利好渠道商。

       ● 两次平衡，两次妥协

        让我们通过对比来看下GF100/110和GF104/114中分别SM拥有功能模块的比例。抛开GF100/110和GF104/114的整体规格不看单比SM规格，GF104/114 SM的功能模块数量相比GF100/110 SM的功能模块数量只多不少，也就是说GF104/114单个SM的性能要强于GF100/110单个SM，但是GF100/110拥有16个SM，而GF104/114只有8个，因此效率受到较大影响。

       总体对比而言，我们可以看到每个SM中CUDA Core数量和Texture Unit数量均有大幅增加，这都会增加SM的3D计算能力，从而让用户在游戏体验上获得更好的效果。不过相反每个CUDA Core和Texture Unit分得的各类Cache有所减少，这应该是NVIDIA GPU架构工程师在性能、晶体管平衡取舍上得出的比例。

        以上特性我们可以总结为，NVIDIA在设计GF104/114时因为晶体管数量所限，减少了SP数量，降低了运算并行度，但是为每个SP配备了更多的纹理和发射端等资源，特别是纹理单元在SM中的翻倍让GPU更加适应当前的图形环境。不过在基于GPU的高性能计算测试中，我们会明显发现GF104/114的这种思路导致性能较幅度下降。

       ● GTX560Ti与GF114芯片概况

       ● HDRToneMapping CS11

       HDRToneMapping CS11测试项目同样是针对Computer Shader能力进行测试，该项目展示了如何设置和运行计算着色器（Computer Shader），这是最令人兴奋的Direct3D 11的新功能之一。虽然该测试只是检验了这项技术在HDR（High-Dynamic Range）高动态光照渲染中的加速能力，但是这个概念应该很容易扩展到其他后处理算法，以及更一般的计算。

       这项测试我们选择了DirectX 11所推荐的Computer Shader渲染模式，在测试中NVIDIA显卡出现了负载不饱和状态，所以整体得分不理想。联系到NVIDIA在Fermi架构中对并行计算的支持和多级多分配多线程能力，这个得分还是比较让人失望的，我们只能希望NVIDIA通过新驱动开发继续优化带有缓存的Fermi架构。

       ● OIT11次序无关透明

       OIT11示例演示了在Direct3D 11独立透明度的技术。换句话说，基元(Primitives)，可以得出在任何秩序，透明度将正确处理。该技术提供的作品，因为它们是由缓冲透明的像素。这些像素，然后按深度，并在后端到前端与tranparency秩序呈现。本示例使用计算着色器生成一个前缀之和排序前最后的渲染的像素片段。

       第一部分的测试使用了单线程模式，线程数量可以在程序中自动控制。我们通过监控任务管理器看到单线程模式下，一颗4核心CPU的占用率大约在25%。也就是说只有一个CPU核心带领GPU执行渲染任务，这是以往DirectX的渲染模式。

       ● MultiThreadedRendering11多线程

       MultiThreadedRendering11项目是一个典型的多线程渲染测试，此示例说明了如何提升多线程环境中的分割渲染效率。全新的Direct3D 11渲染功能的核心，拥有一个驻留在D3D设备的新接口，称为D3D设备上下文。

       D3D设备上下文可以完成两种效果之一：立即或延迟。一个直接的上下文命令直接提交到设备驱动程序，如传统的渲染。递延范围内分批为在命令列入名单的命令，该命令列表可以执行在任何时候通过一个即时的范围内，可能在不同的线程运行。

       第二次测试我们开启了多线程渲染模式，我们看到CPU占用率提升到了50%左右，其中一颗核心负载将近100%，其他核心负载也相应有所提升。

    与目前流行的一些OpenCL、DirectCompute通用计算测试程序的不同在于，目前这些测试程序测试项目过于单一，基本上就是某一两种算法的性能测试，甚至干脆就是理论峰值计算性能的测试。而GPCBenchMarkOCL软件可以进行带有针对性的多个项目的具体测试，对运算和吞吐各有侧重。

       该项目在中国拥有约2000多名参与者，其中最强大的China Folding@Home Power（Folding@Home中国力量，团队编号3213）团队已经拥有2585人，最近活跃用户200人以上，目前贡献计算量排名世界第33位，团队整体运算能力约为80到100TFLOPS。

       Folding@home分布式计算项目偏重实际运算环境，这项测试是科学实用项目Folding@home项目，该项目使用了CUDA或者Stream加速的Gromacs引擎，NVIDIA的GPU架构由于流处理器设计原因，非常适合这种充满了大量跳转嵌套分支等指令的应用环境，我们的测试得到了非常理想的运算速度。

       在提高频率和提高并行度的情况下，GF114终于在经典通用计算项目Folding@home中获得了大幅度提升，当然我们不排除这个测试任务对GF104/114核心有优化，因为GTS450也能通过高频在这项测试中取得接近GTX460的成绩，看来还是基准软件更让我们放心。