本是同根生 GT640/GTX650技术规格解析

       对绝大部分用户而言，具有一定性价比的中低端甚至是入门级显卡才是真正的首选。这部分产品的零售价格普遍维持在500~1000元左右，价格合理、性能够用，无论是芯片制造商还是显卡生产商都愿意在这部分市场投入不小的研发成本。随着A/N新架构产品的出现，在价格基本维持不变的前提下性能的提升还是给消费者带来了不小的实惠。

       在落后竞争对手半年后，NVIDIA发布了Kepler架构单芯旗舰GeForce GTX680，一个月后又陆续推出了双芯卡皇GeForce GTX690和次旗舰GeForce GTX670。虽然新产品的上市为显卡性能树立了新的标杆，但动辄大几千的价格还是令玩家们望卡兴叹，好在近期中低端及入门级产品相继上市，才让许多玩家们有了体验Kepler性能的机会。
GeForce GT640图形核心

GeForce GT640图形核心

GeForce GTX650图形核心

       2012年6月，NVIDIA发布了基于Kepler架构设计的低端产品GeForce GT640。同年9月，NVIDIA再次发布了基于Kepler架构设计的入门级新品GeForce GTX650。两款产品均采用GK107图形核心，拥有相同的流处理器数量、光栅单元、纹理单元和显存位宽。从表面上看，GT640与GTX650最大的区别在于GT640搭载DDR3显存颗粒，而GTX650搭载的是高速GDDR5显存颗粒，且两者的核心频率存在一定的差距。那么，两款产品的区别仅限如此么，我们下面来简单讨论一下。

》现在去显卡道转转《 | 》看看今日最新文章《

》显卡精彩美图汇总《

● GT640/GTX650共同的GK107架构解析

       基于Kepler架构设计的GK107图形核心首先应用在GeForce GT640产品上，不过碍于GT640使用DDR3显存颗粒，且核心频率较低，因此无法发挥GK107的架构性能，待搭载GDDR5高速显存颗粒并提升一定核心频率的GTX650出现，关于GK107架构的争论才暂且尘埃落定。

GK107架构示意图

       GK107拥有一组完整的GPC结构，内含2个SMX单元，其实际规模是GK104的1/4，这种标本型的特征让GK107拥有很高的参考价值，我们可以将GK107图形核心的逻辑运算部分直接看做是GK100时代Kepler架构最基本的组成部分。

GTX650显卡规格

       受该特性影响，GK107图形核心拥有一套完整的前端以及光栅化处理部分，其单周期的几何输出以及光栅化能力为同频GK104图形核心的25%，或者同频GK106图形核心的1/3。同时，与之搭配的显存控制器阵列扩展到2个，GK107图形核心因此具备128bit显存位宽。除此之外，GK107的绝大多数特性均可以和GK106一样参考整个Kepler家族的传统。

       GeForce GT640/GTX650与其它Kepler架构产品一样拥有比前代产品出色的性能功耗比，可以说SMX单元和全新Schuduling过程功不可没，在本文中我们不得不将其中的SMX单元再次介绍一下。

● SMX单元概念解析

       SM曾经是NVIDIA GPU的ALU团簇基本单元，这一单元在GK104图形核心中的改进可谓翻天覆地，NVIDIA采用全新的SMX单元彻底改变了传统SM单元的观念内涵。

       GT640/GTX650以及其它Kepler架构所采用的SMX单元与Fermi的SM单元在逻结构上十分相近，两者都拥有完整的几何前端、线程仲裁机制、ALU团簇、Texture Array、unified cache/shared和Register。除了没有后端之外，一个SM/SMX单元在结构上可以说趋近等同于一颗标准GPU。

SMX单元结构

       与Fermi的SM单元规模对应线程粒度单位warp（32 ALU VS 32 Thread）不同，Kepler的SMX单元急剧放大了ALU团簇的整体规模，其ALU总量从过去的32个增加到192个。与此同时，SMX单元的线程仲裁管理机制也得到放大，负责线程分派和发放管理的Warp Scheduler从过去的两个增加到4个，与之对应的Dispatch Unit从过去的2个增加到8个，Warp Scheduler与Dispatch Unit的比列提升到1：2，这些举措可以有效改善单元规模增大所带来的线程分派及管理压力。

       在放大ALU团簇以及线程仲裁机制的同时，NVIDIA还进一步放大了与ALU团簇对应的Register。根据NVIDIA提供的资料，Kepler中每个SMX单元中的Register较Fermi的SM单元放大一倍，达到了65536×32bit的规模。

更为强劲的SMX性能

      在Unified Cache体系方面，Kepler与传统的Fermi在结构上没有多大的差异，其L1/shared以及L2/cache的大小和比例均未发生变化，仍旧维持64K的L1/shared和128K/MC的L2尺寸。整个体系中最值得关注的变动来自L2 cache速度以及带宽的提升，NVIDIA称GTX680的L2 cache目前运行在分频状态下，默认运行频率是核心频率的一倍，这为GTX680提供了比过去大得多的L2带宽，这为通用计算性能以及Texture性能的提升创造了有利的条件。

       更大的ALU规模、更多的线程仲裁机制以及更大的寄存器缓冲为SMX带来了全新的性能表现，新的逻辑设计让GK104的运算单元拥有2倍于Fermi的性能。

● GT640/GTX650核心参数对比解析

       在对GK107图形架构和SMX单元进行简单的解析之后，继续回到正题。GT640与GTX650采用相同的GK107图形核心，除此之外，两款产品还有哪些直观上的相同与不同呢，我们首先通过GPU-Z来了解一下两款产品的核心参数。

GT640/GTX650 GPU-Z数据

       通过GPU-Z可以看出，GeForce GT640与GTX650拥有相同的384个流处理器，相同的16个ROPs单元以及128Bit显存位宽，不同的是GT640仍然采用成本低廉的DDR3显存颗粒，而GTX650所采用的是高速GDDR5显存颗粒，因此显存频率要比GT640高很多，而且拥有更高的显存带宽。而在核心频率方面，GTX650为1000MHz起，而GT640仅有900MHz，两款产品均不支持GPU Boot，这种特性也在一定程度上提升了超频性能，这部分我们稍后将作介绍。

● GT640/GTX650显卡PCB布局对比解析

GeForce GT640 PCB

GeForce GTX650 PCB

       GT640采用GK107-300-A2图形核心，GTX650采用GK107-450/455-A2图形核心，通过上图的PCB对比可以看出，GT640的PCB设计无论元器件还是布局都要比GTX650显得更“吝啬”一些。2GB版GT640显存由8颗256MB SDDR3颗粒组成，两两组合分别排列在GPU的上方和右方；1GB版GTX650显存由4颗256MB GDDR5颗粒组成，同样排列在GPU的上方和右方。公版GT640并没有设计外接供电接口，在一定程度上影响了显卡的超频性能，而公版GTX650设计了单6pin外接供电接口，超频能力不容小视。

       我们将GT640和GTX650的核心频率调至1100MHz来测试两款显卡的基准及游戏性能。采用GK107-400/455-A2图形核心的GTX650可以在默电下将频率轻松超至1100MHz，而采用GK107-300-A2图形核心且没有设计外接供电接口的GT640需要增加电压才能将频率调至1100MHz。

● GT640/GTX650同频理论性能测试对比

GT640 3DMark Vantage理论性能测试

GTX650 3DMark Vantage理论性能测试

GT640 3DMark 11理论性能测试

GTX650 3DMark理论性能测试

       在核心频率同为1100MHz的情况下，GTX650在3DMark Vantage P模式中与GT640有将近3500的分数差距，在3DMark 11 P模式中与GT640有425的分数差距，SDDR3显存设计对GT640带来了不小的影响，而且GT640并没有设计外接供电接口，这对超频还会带来不小的影响。

● GT640/GTX650同频游戏性能测试对比

GT640 PLAGame性能测试

GTX650 PLAGame性能测试

       GTX650关闭抗锯齿后在光荣使命Benchmark测试中的最终平均成绩为35.3帧，GT640在关闭抗锯齿后的平均成绩仅为25.9帧，9帧直接体现在游戏中就是流畅与卡顿的差距，仅显存规格的不同就令GT640与GTX650有如此明显的性能差距。

● GT640/GTX650 OpenCL全局存储测试

GT640全局存储测试

GTX650全局存储测试

       通过OpenCL全局存储测试可以看出，搭载GDDR5高速显存颗粒的GTX650无论拷贝还是API拷贝均大幅领先于GT640，不过GTX650自身的拷贝和API拷贝还有将近10GB左右的差距，但GT640的拷贝和API拷贝却相差无几。

● GT640/GTX650 温度测试及全文总结

GT640/GTX650温度测试

       毕竟GT640与GTX650采用相同的GK107核心，因此两款产品在温度方面的控制也基本相同，除去非公版散热器所带来的温度影响，GT640与GTX650均达到了合理的温度控制范围。如果不是显存颗粒不同，真看不出GT640与GTX650有什么本质上的区别。

       说GT640与GTX650有相同的血缘关系一点不为过，两款产品采用相同的GK107图形核心，拥有相同的流处理器、光栅单元、纹理单元和显存位宽，仅在显存规格与核心频率上有所差别，也仅仅是这两部分的不同让两款产品拉开了一定的价格距离。如果将GT640的显存升级为GDDR5，并且设计外接供电的话，那俨然就是GTX650了。

       不过虽然两款产品采用相同的GK107图形核心，但实际上在GTX650发布之后，GK107核心潜力才真正释放出来。何况目前Intel核芯显卡和AMD APU正在对入门级显卡市场进行冲击，GT640的性能表现并不抢眼。相反，GTX650无论定位还是性能表现均与前者拉开了一定的距离，在差异化日益明显的今天，孰优孰劣、如何取舍，读者自知。