24 цилиндра от nVidia

Автор: Сергей Озеров
Опубликовано: 03 октября 2005 года
Источник: "Компьютерра"

Хорошо помню свое первое знакомство с ускорителями трехмерной графики. У одного из отцовских знакомых на компьютере глючили и упорно не желали запускаться какие-то программы - и меня попросили с этой проблемой разобраться. Корень зла, как вскоре выяснилось, крылся в недавно приобретенной крутейшей по тем временам плате Voodoo 2, а "программами" оказались Quake 2 и еще какие-то игрушки: худо-бедно разобраться с ними удалось методом научного тыка, особого интереса они для меня все равно не представляли. Но в комплекте к "Вуду" шел еще небольшой набор демонстрационных программок - и вот они казались чем-то фантастическим, невозможным, нереальным. Хотелось бросить все, наскрести необходимые для покупки 300 долларов, которые тогда этот ускоритель стоил, и немедленно поставить в свою машину такое же чудо.

С тех пор прошло немало лет и сменилось немало поколений ускорителей трехмерной графики. Демки, показывающие преимущества той или иной видеокарты, год от года становились все красивее и красивее (и добрались уже до якобы кинематографического качества), однако ощущение чуда, которое сопутствовало той самой, первой демонстрации, - уже не повторялось. Романтическая эпоха, когда каждый новый ускоритель был знаменательным событием, а на тематических форумах бушевали яростные споры фанатов той или иной графической компании, ушла в прошлое, и ушла, наверное, окончательно и бесповоротно. Видеокарта ли от ATI, видеокарта ли от nVidia - единственных по-настоящему выживших в те годы игроков этого рынка, - разница между ними сегодня сводится лишь к малозаметным отличиям в качестве получаемой картинки, уровне шума да производительности в приложениях. Быть может, ускорители будущего и новые поколения графических движков этот тезис опровергнут, а пока - рассмотрим очередной "сугубо эволюционный" продукт "игровой" индустрии.

GeForce 6800 + восемь пиксельных конвейеров = ?

Кодовое название нового графического чипа nVidia - G70, "принципиально новое" для компании… и не несущее практически никакой информационной нагрузки. Однако если заглянуть в прошлое, выяснится, что вплоть до последнего момента (когда компания вдруг отказалась от традиционной маркировки своих чипов кодами NVxx) GPU GeForce 7800 именовался иначе - NV47. По принятой в nVidia схеме это означает, что GPU архитектурно относится к тому же поколению NV4x, что и чипы семейства GeForce 6xxx (напомню, что GeForce FX - это семейство NV3x; GeForce 3 и 4 - семейство NV2x; а GeForce 1 и 2 - семейство NV1x). Так что ничего принципиально новаторского в новом кристалле мы не увидим: перед нами все тот же классический GPU поколения DirectX 9.0c, поддерживающий шейдеры третьей версии (Shader Model 3.0), эдакий доработанный GeForce 6800 Ultra. Но что же тогда изменилось по сравнению с предыдущим поколением?

Во-первых, в полтора раза увеличилось количество пиксельных конвейеров - с 16 до 24. Уже одно это должно было при прочих равных увеличить теоретическую производительность G70 относительно NV40 примерно в полтора раза; однако инженеры nVidia пошли еще дальше и повысили производительность каждого отдельно взятого конвейера, добавив к каждому стандартному векторному ALU[Arithmetic & Logic Unit, базовое устройство, выполняющее основные вычислительные операции] "вспомогательное" упрощенное ALU, способное одновременно с "главным" выполнять некоторые простые операции. Такая схема позволяет, например, выполнять на конвейерах 7800GTX весьма популярную в шейдерах операцию MAD (Multiply Add, поэлементное умножение двух 4-компонентных векторов с прибавкой к полученному вектору третьего вектора) за один такт, а не за два. И это лишь одна из довольно большого числа ситуаций, когда за счет переноса некоторых операций на "упрощенные" ALU удается достичь двукратного прироста производительности. Инженеры nVidia говорят о полуторакратном (в среднем) приросте производительности на каждый пиксельный конвейер. Вкупе с полуторакратным же приростом числа пиксельных конвейеров получается, что предполагаемая пиковая производительность G70 более чем вдвое выше, нежели у предыдущего флагмана nVidia - NV40, и, похоже, именно это дало основание разработчикам заявить, что 7800GTX будет более быстрым решением, чем пара GeForce 6800 Ultra, работающих в режиме SLI. Кстати, 7800GTX тоже поддерживает технологию SLI.

Во-вторых, увеличилось число вершинных конвейеров (с 6 до 8), и была немного поднята тактовая частота ядра. Причем полной неожиданностью стало то, что в G70 тактовых частот теперь несколько: пиксельные и вершинные конвейеры тактируются раздельно и функционируют асинхронно[Строго говоря, в GPU этих частот даже не две, а три: в отличие от предыдущих поколений, G70 использует еще и "более независимые" блоки пиксельных операций (ROP). Они выполняют такие "вспомогательные" операции, как блендинг, z-тест на отсечение невидимых пикселов, вычисление итогового цвета при антиалиасинге и запись "готового продукта" в видеопамять и фрейм-буфер акселератора. У большинства предыдущих ускорителей Nvidia было по одному блоку ROP на пиксельный конвейер; в G70 компания отошла от этой традиции и поставила 16 ROP, подключающихся через специальный быстродействующий "свитч", при 24 пиксельных конвейерах. Тактовая частота ROP сегодня совпадает с тактовой частотой пиксельных конвейеров, однако в последующих поколениях GPU и даже в последующих вариациях G70 ситуация может измениться]. "Основная" тактовая частота, на которой работают пиксельные конвейеры, составляет 430 МГц; "вторая основная", на которой работают вершинные конвейеры, - 470 МГц. Сводя эти данные воедино, получаем, что теоретически GeForce 7800GTX должен примерно в 2,42 раза (!) по "пиксельной" и 1,57 раза по "вершинной" производительности превосходить 6800 Ultra. Совсем неплохо для "старой" архитектуры, не правда ли? И это еще не предел: судя по названию и поразительно удачным оверклокерским экспериментам[В нашей тестовой лаборатории мы разогнали 7800GTX до частот 500/1320 МГц], nVidia может выпустить заметно более быструю GeForce 7800 Ultra[Еще одна интересная особенность G70: пиксельные конвейеры тактируются не как бог на душу положит, а с шагом 27 МГц. К примеру, 16x27 = 432 МГц, базовая частота 7800 GTX. Тактовые частоты пиксельных конвейеров свеженькой GeForce 7800GT составляют 15x27 = 405 МГц. Резонно предположить, что тактовая частота пиксельных конвейеров "Ультры", буде она появится, будет не меньше 17x27 = 459 (460), а то и 486 (490) МГц].

В-третьих, слегка возросла производительность оперативной памяти. G70 работает с 256-разрядной шиной памяти стандарта GDDR3, причем на ускорители 7800GTX рекомендовано устанавливать модули с частотой передачи данных 1200 МГц (у NV40 aka GeForce 6800 Ultra - 1100 МГц). Поскольку существуют и более быстрые микросхемы памяти, вполне возможно, что некоторые производители со временем выпустят и "оверклокерские" варианты 7800GTX, снабдив их, скажем, чипами с временем выборки 1,4 нс (частоты до 1400 МГц)[Именно такую память планируется использовать в R520 - асимметричном ответе канадской ATI на рассматриваемые сегодня новинки от Nvidia]. Кстати, оперативной памяти на плату теперь можно устанавливать аж до гигабайта. Общение с "системной" оперативной памятью и чипсетом осуществляется исключительно по шине PCI-Express x16 (скорее всего, переходник HSI больше использоваться не будет).

В-четвертых, nVidia добавила в G70 блок аппаратного ускорения воспроизведения HDTV-видео (видео высокого разрешения), включая ускорение обработки сигнала, сжатого кодеками MPEG-2, а также WMV-HD- и H.264-сигнала. Прибавьте сюда аппаратный деинтерлейсинг, аппаратное масштабирование картинки и цветовую коррекцию - и получится nVidia PureVideo, совсем небесполезная в свете скорого выхода HD-DVD- и Blu-Ray-приводов фича. Для вывода "высокого" видео на телевизор в G70, помимо обычного TV-out, встроен специальный HDTV-out. Поддержка двух независимых выходов на монитор (VGA или DVI-I), разумеется, сохранилась.

В-пятых, изменилась технология изготовления GPU. Если NV40 выпускались на основе 130-нм техпроцесса, то G70 производится на мощностях тайваньской TSMC по более компактному (примерно на 40%) 110-нанометровому. Правда, возросла и сложность чипа (302 млн. транзисторов!), так что кристалл G70 получился даже более крупным, а значит, и более дорогим, нежели NV40. Несмотря на резко возросшую сложность и слегка увеличенные тактовые частоты, энергопотребление платы на GeForce 7800GTX не превышает "скромные" 110 Вт. В итоге для системы с одной платой рекомендованы блоки питания мощностью всего 350 Вт (сравните с 480 Вт для 6800 Ultra!). SLI-системам подойдут типовые БП на 500 Вт против нереальных 600 Вт (и выше), кои требует 6800 Ultra.

Наконец, в G70 реализован новый гибридный режим полноэкранного сглаживания - TAA (Transparent AntiAliasing), позволяющий получать качественную картинку с меньшими потерями производительности (подробности - во врезке).

Практика: Reference GeForce 7800GTX

В нашу тестовую лабораторию попал типовой экземпляр GeForce 7800GTX - референс-плата от самой Nvidia. В продажу они, разумеется, не пойдут, однако платы других производителей едва ли будут отличаться от референса чем-то, кроме системы охлаждения да повышенных тактовых частот графического процессора и видеопамяти на единичных экземплярах[Собственно, получается так потому, что для топовых ускорителей и ATI, и Nvidia, как правило, продают не столько графические чипы, сколько почти полностью собранные "полуфабрикаты" видеокарт. Поскольку "топов" продается относительно немного, а прибыль они приносят огромную (до 40% от общего дохода компаний!), такая тактика не вызывает серьезных производственных проблем, одновременно гарантируя, что топовые акселераторы заведомо не будут иметь проблем с некачественной разводкой или неудачной технологией производства. Так что можете смело покупать какой-нибудь Palit или даже noname: от брэндового ASUSTeK’а, который на $50–100 дороже, их будет отличать только более скромный набор прилагающегося ПО да, возможно, "менее оверклокерский" радиатор]. Так что все нижесказанное можно смело распространять на большинство видеокарт 7800GTX.

Итак, референс. Первое, что бросается в глаза, - это очень скромные размеры ускорителя. Стандартные 10 см ширины - чуть больше, чем у 6800 Ultra и X800/X850, но все же приемлемо для Hi-End-ускорителей. А вот высота новинки "нестандартна": видеокарта по высоте занимает всего один слот расширения, а не ставшие уже привычными два или три.

Видеовыходы - два коннектора DVI-I (переходник на привычный D-Sub, очевидно, прилагается); есть TV-out и TV-in, совмещенные в 11-штырьковом коннекторе. TV-in реализован на чипе Philips SAA7115HL; TV-out совмещен с HDTV-out. Видеопамять (256 Мбайт), в отличие от 256-мегабайтных вариантов GeForce 6800, установлена по обеим сторонам видеокарты, причем предусмотрены посадочные места для вдвое большего числа микросхем памяти (G70, напомню, может иметь до 1 Гбайт видеопамяти); память с двух сторон охлаждается алюминиевыми радиаторами.

Очень сильно по сравнению с GeForce 6800 переработана схема питания графического процессора - видимо, более тонкий технологический процесс привел не только к резкому снижению энергопотребления G70, но и существенно повысил требования к схемам питания. Именно из-за увеличившихся размеров VRM видеокарта и получилась более длинной. Критичные к охлаждению компоненты схемы питания закрыты внушительных размеров алюминиевым радиатором.

Для тестирования мы постарались взять новейшие и трудные для современных ускорителей игры. Результаты тестирования производительности приведены в таблице.

Даже беглого взгляда достаточно, чтобы сказать: GeForce 7800GTX - безоговорочный лидер по производительности.

Преимущество над GeForce 6800 Ultra составляет в среднем 41–45% (с включенным/выключенным четырехкратном антиалиасингом); преимущество над более быстрым (на 8–12%) Radeon X850 Platinum Edition - в среднем 27–30%, причем выигрыш имеет место на всех тестах, в том числе и на горячо любимом канадцами Half-Life 2. В общем-то не так уж и много, но и немало, если принять во внимание далеко не идеальную масштабируемость современных игр[У наших коллег из других изданий цифры получились чуть больше - порядка 35–40%]. Тем более что особенно большое преимущество 7800GTX наблюдается в самых тяжелых тестах - буквально только что вышедших Battlefield 2 (на 70%) и SplinterCell 3 (почти двукратный отрыв). Во всех тестах (включая режим 1600x1200 4x FSAA) видеокарта 7800GTX показала скорость рендеринга не менее 50 fps (то есть заведомо играбельную). Без антиалиасинга результаты повыше: не менее 70 fps; средние потери производительности от включения AA - 28%.

На удивление эффективно работает режим SLI: при установке двух видеокарт удается выжать из 7800GTX еще 27–37%. При этом преимущество GeForce 7800GTX SLI над "радеонами" доходит до 120% (!) - и наверстать столь солидное отставание ATI будет ой как непросто. Вероятнее всего запоздавший на полгода R520, работающий на частотах до 600–700 МГц, но снабженный всего шестнадцатью пиксельными конвейерами[Которые вдобавок вроде бы поддерживают непонятно как сказывающиеся на их производительности шейдеры третьей версии (а по истории с GeForce FX хорошо известно, что реализация обязательных для SM3 динамических переходов в шейдерах, может замедлять работу акселератора едва ли не в разы)], сумеет-таки догнать GeForce 7800GTX, а наконец-то появившаяся у ATI поддержка технологии CrossFire (альтернатива SLI) позволит "сравнять счет" и в парных конфигурациях. Однако солидное тепловыделение (уже известно, что кулер для R520 будет "двухэтажный"), шум, высокая цена (той же 1400-МГц памяти), скорее всего, сохранят небольшой перевес за продуктами Nvidia. Очень жаль, что из-за отсутствия R520 и CrossFire проверить эти предположения мы не можем.

Зато можем уверенно сказать, что благодаря низкому тепловыделению, небольшому шуму, а главное, цене (в Москве - порядка $580!!!) GeForce 7800GTX - очевидный хит сезона. Редчайший случай - придраться здесь действительно не к чему.

- Из журнала "Компьютерра"

Благодарим компанию IT-Labs за предоставленный образец видеокарты nVidia 7800GTX.