Обзор GeForce GTX 780 Ti: нет приема от титанового лома

Выход Radeon R9 290 и R9 290X оставил рынок видеоадаптеров класса High-End совсем другим, нежели он был еще две недели тому назад. За все время с того момента, когда AMD представила Radeon HD 7970, а NVIDIA — GeForce GTX 680, которые после определенного периода притирки драйверов стали эквивалентными по производительности, ситуация развивалась довольно скучно. Перспективы перехода с техпроцесса 28 нм к следующему узлу — 20 нм — на фабрике TSMC, услугами которой пользуется дуумвират производителей дискретных GPU, лишь только обозначились в 2014 году. Как следствие, недавно мы стали свидетелями парада ребрендинга, когда под личиной видеокарт нового поколения выпускаются уже знакомые модели — с более или менее заметными нововведениями. Это и GeForce GTX 770, и недавно представленная линейка Radeon R7 260X — R9 280X от AMD.

(c) 2013 Theodore Gray periodictable.com

В принципе, перемаркировка старых SKU — не зазорное дело, коль скоро цены неуклонно идут вниз. Скажем, пресловутые Radeon R9 280X и GeForce GTX 770 сейчас стоят на добрых $200-250 меньше, чем их предшественники. Проблема в том, что по-настоящему новые и более производительные графические чипы, которым предназначена освободившаяся ценовая ниша в сегменте High-End, пришлось также выпустить, не дожидаясь заветного дня, когда TSMC запустит процесс фотолитографии по норме 20 нм.

Как для AMD, так и для NVIDIA нелегкой задачей стало впихнуть GPU, которые, согласно закону Мура, должны включать вдвое больше транзисторов, чем чипы, выпущенные двумя годами ранее, в те же самые круглые цветные пластины, произведенные по норме 28 нм. GeForce GTX TITAN на долгожданном чипе GK110 дал почувствовать вкус будущего только тем, кто был готов отдать за него круглую сумму в $1 000, и даже GeForce GTX 780, будучи «облегченной» разновидностью GTX TITAN, изначально не вписался в цену $499–549, стандартную для топовых дискретных видеоадаптеров, и установил новую планку в $650 (впрочем, теперь уже $499).

Radeon R9 290 и R9 290X на ядре Hawaii, которое по количеству транзисторов и площади кристалла сопоставимо с GK110, удалось сделать то, что требуется от флагманских видеоадаптеров нового поколения, — дать заметно более высокую производительность, чем их предшественники, на которых пользователь потратил такую же сумму в прошлый раз. У AMD другая проблема: R9 290 и R9 290X — беспрецедентно прожорливые (реальный TDP — не менее 280 Вт), а значит — довольно-таки горячие и шумные видеокарты.

Казалось бы, на этом можно закрыть тему дискретных видеоадаптеров класса High-End вплоть до грядущего перехода на техпроцесс 20 нм, который по меньшей мере позволит существующим большим ядрам от NVIDIA и AMD нарастить тактовые частоты. Но остался еще один компонент истории, который мы должны увидеть перед тем, как перевернуть страницу, — видеокарта на полностью функциональной версии процессора GK110.

⇡#GeForce GTX 780 Ti: технические характеристики

Вот и он — GK110 во всей красе. Как таковой GPU нам уже знаком по GeForce GTX TITAN и GTX 780, которые получили версии этого кристалла с изрядно порезанным числом вычислительных блоков, а архитектуру Kepler в целом мы изучили на примере ядра GK104 в обзоре GeForce GTX 680. GeForce GTX 780 Ti, напротив, комплектуется полностью функциональным ядром. Что это возможно в принципе, уже показал пример профессиональной карты Quadro K6000.

В результате того, что в GeForce GTX 780 Ti вернулись три из пятнадцати крупных строительных блоков архитектуры Kepler — потоковых мультипроцессоров, новый флагман имеет на 20% большую производительность в части выполнения шейдерных инструкций и текстурирования.

Столь же важно и другое: NVIDIA перенесла на GTX 780 Ti эксклюзивное достижение GeForce GTX 770 — поддержку видеопамяти с частотой 7 ГГц, что способствует увеличению пропускной способности на 14 %.

Таким образом, GTX 780 Ti во всех отношениях превосходит не только GTX 780, но и GTX TITAN. Единственное достоинство TITAN по сравнению с новинкой (помимо 6 Гбайт памяти) — это разблокированные ядра CUDA двойной точности (FP64), количество которых с ядрами FP32 в GK110 соотносится как 1 к 3. Стало быть, TITAN может потенциально выполнять расчеты двойной точности в compute-приложениях на скорости 1/3 от FP32, а GeForce GTX 780 Ti ограничен унылой планкой 1/24.

Ну а теперь сравним новинку с главным соперником — Radeon R9 290X. Примем в качестве исходных данных, что видеокарта AMD работает на частоте GPU 1000 МГц, а GTX 780 Ti — на своей средней Boost Clock (928 МГц). Это реалистичные условия, ведь для Radeon R9 290X при хорошем охлаждении вполне реально удержаться на частоте 1 ГГц без «троттлинга», да и Boost Clock графических процессоров NVIDIA вполне справедливо отражает среднюю частоту, на которой GPU работает под нагрузкой.

• В таком случаетеоретическая производительность шейдерного массива GTX 780 Ti ненамного, но все-таки ниже, чем у соперника: 5345 против 5632 FGLOPS (около 5%).

• Зато текстурных блоков в процессоре GTX 780 Ti куда больше — 240 против 176.Это означает, что фильтрация текстур — опять-таки с поправкой на разные частоты — на GK110 происходит на 21% быстрее, чем у AMD.

• Hawaii по-прежнему имеет на четверть больше ROP — 64 против 48, что наверняка скажется не в пользу видеокарты NVIDIA в тестах при высоком разрешении: мультимониторные конфигурации, 4К-дисплеи. Даже в 2560х1440 эффект в какой-то степени должен проявиться.

• NVIDIA и AMD разным способом увеличили пропускную способность видеопамяти: 512-битная шина и тактовая частота 5 ГГц у Radeon R9 290X либо 384 бита и 7 ГГц у GeForce GTX 780 Ti. По результирующей пропускной способности данные примерно одинаковые — с перевесом около 5% в пользу GTX 780 Ti (336 и 320 Гбайт/с соответственно).

• По части обработки геометрии на стороне GeForce GTX 780 Ti превосходит соперника с большим перевесом. Поскольку каждый из 15 потоковых мультипроцессоров (SMX) в составе чипа имеет свой блок Polymorph Engine, способный выдавать по одному полигону в течение двух тактов, совокупная производительность всего ядра GK110 составляет 7,5 геометрических примитивов за такт. У Radeon R9 290X — всего лишь четыре.
• AMD Radeon R9 290 и R9 290X умеют выполнять расчеты FP64 на скорости 1/8 от FP32. GeForce GTX 780 Ti, как отмечено выше, намеренно ограничен соотношением 1/24.

В сухом остатке преимущество полностью функционального GPU GK110 перед AMD Hawaii состоит в а) намного более высокой скорости выборки текстур (за счет 240 блоков фильтрации), которая, наряду с шейдерной производительностью, остается главным бутылочным горлышком GPU в современных играх; б) обработке геометрии, что, к примеру, важно в сценах, нагруженных тесселяцией. Сила Radeon R9 290X — в числе ROP (высокие разрешения и антиалиасинг методом SSAA, который нынче опять вошел в моду), а шейдерная производительность, по грубым оценкам, не хуже, чем у соперника. То есть, несмотря на то, что GK110 включает на миллиард больше транзисторов, чем Hawaii, избиения младенцев в бенчмарках все-таки не произойдет.

Остался только один вопрос, который мы обошли вниманием в обзорах Radeon R9 290 и R9 290X, — объем видеопамяти. AMD оснащает свои флагманы 4 Гбайт кадрового буфера, в то время как GeForce GTX 780 Ti довольствуется 3 Гбайт. Пока рано говорить о том, что такого объема недостаточно, но вот, к примеру, для Battlefield 4 3 Гбайт уже являются рекомендацией.

⇡#Цены

Как бы то ни было, цена, которую NVIDIA установила на GeForce GTX 780 Ti, говорит о том, что производитель полностью уверен в безоговорочном превосходстве своего детища над конкурентом от AMD. Выпустив базовую версию GeForce GTX 780 за $640, NVIDIA уже освоилась в пространстве выше привычной планки в $549 для топовых геймерских видеокарт, но GTX 780 Ti продвинулся еще дальше. Рекомендуемая розничная цена для рынка США составляет $699, что на $150 выше планки Radeon R9 290X. Для России рекомендована цена в 24 990 рублей. Впрочем, сколько-нибудь показательное сравнение цен по прайс-листам в российских интернет-магазинах будет возможным лишь после того, как на наш рынок потекут крупные поставки обеих новинок. К примеру, на момент написания статьи в Москве было только одно предложение Radeon R9 290X, да и то — почти за 25 тысяч. Так что пока для простоты и надежности продолжим мыслить в американских ценах.

⇡#G-SYNC

Уделим немного внимания последней инициативе NVIDIA, которая не связана прямо с новым флагманским видеоадаптером, но интересна сама по себе. Известно, что зеленая компания с недавних пор ведет крестовый поход во имя плавного изображения. Именно NVIDIA представила методику FCAT, которая выявила нашумевшие проблемы AMD CrossFire с равномерностью времени подготовки кадров. Ранее для всех видеокарт на архитектуре Kepler было представлено любопытное решение – Adaptive V-Sync, которое просто-напросто включает вертикальную синхронизацию, если частота смены кадров в буфере видеокарты не меньше 60, и отключает, если фреймрейт падает ниже. G-SYNC является еще одним оригинальным подходом к вертикальной синхронизации, который на этот раз требует в определенных моментах переделать сам протокол коммуникации GPU и монитора.

Но для начала обозначим проблему, которую призвана решить вертикальная синхронизация как таковая, и почему большинство геймеров привыкли ее игнорировать либо считать каким-то неизбежным недостатком компьютерной графики – разрывы экрана.

Такое возникает, когда монитор считывает изображение из кадрового буфера, одновременно с чем GPU заканчивает рендеринг следующего кадра и буферы (которых на самом деле два) меняются местами. В результате та часть строк на экране, которую монитор начал «рисовать» после смены буферов, принадлежит уже другому кадру. Осюда и разрыв, который, по логике, может быть и множественным, если разница между частотой смены кадров и частотой обновления экрана достаточно велика.

Суть вертикальной синхронизации в том, что смена буферов запрещается до того момента, когда монитор завершит цикл обновления картинки. Как следствие, в то время, когда выводится на экран содержимое одного буфера (называемого Front Buffer), в другой буфер (Back Buffer) может быть записан только один следующий кадр. В то же время в системе без V-Sync, при условии, что GPU имеет большой запас производительности, буферы могли поменяться местами несколько раз, что привело бы к пресловутому разрыву, зато задержка ввода (input lag) была бы меньше. Но это меньшая из двух издержек вертикальной синхронизации, которую с лихвой перекрывает другой эффект.

Монитор запрашивает кадр из памяти графического адаптера с регулярной частотой (допустим, 60 Гц). Представим идеальную ситуацию, когда GPU также рендерит кадры с частотой 60 FPS. Тогда каждый из отрисованных кадров демонстрируется на мониторе один раз. Но стоит одному кадру хоть немного опоздать к очередному циклу обновления монитора, и вот уже предшествующий кадр пользователь увидел дважды, что воспринимается как микроторможение (и одновременно – задержка ввода). В реальных же играх, когда частота смены кадров колеблется, такое событие происходит гораздо чаще, а долговременная падение ниже 60 FPS приводит к тому, что фактическая частота смены кадров на экране составляет 30 FPS, иследующий шаг – 15 FPS. По этой причине большинство геймеров брезгует V-Sync, смирившись с мерзкими разрывами.

G-SYNC представляет собой абсолютно радикальное решение – заставить монитор обновлять экран с произвольным интервалом путем модификации протокола DisplayPort. Тогда, если следующий кадр еще не готов, но вот-вот рендеринг завершится, то монитор сможет в определенных пределах задержать цикл обновления вместо того, чтобы продублировать предшествующий кадр.

Для поддержки G-SYNC в монитор нужно установить специальный модуль, который несет на плате некий чип с логикой и три микросхемы DRAM общей емкостью 768 Мбайт. Пока что разъем под такой модуль есть лишь в одной модели – ASUS VG248QE, а саму плату NVIDIA начнет продавать до конца этого года. После рождества станут доступны варианты ASUS VG248QE с предустановленным модулем и некоторое количество мониторов от других производителей, поддерживающих G-SYNC нативно.

⇡#ShadowPlay

Незадолго до запуска GeForce GTX 780 Ti в статус работающей бета-версии вошла еще одна из эксклюзивных технологий NVIDIA, с помощью которых компания стремится дифференцировать свои продукты от конкурирующих предложений. ShadowPlay использует возможности встроенного в GPU семейства Kepler кодировщика H.264 (NVENC) для записи видеоряда из игр. У ShadowPlay есть две функции – во-первых, запись ролика по требованию, как это делается при помощи FRAPS или других чисто программных решений. А во вторых, ShadowPlay может просто непрерывно захватывать в фоновом режиме и удерживать в памяти последние 20 минут игрового процесса, которые по нажатию горячей клавиши сохраняются в файл-контейнер MP4.

Доступ к настройкам ShadowPlay открывается через утилиту GeForce Experience, которая уже является частью пакета драйверов для графических карт NVIDIA. Меню содержит настройку качества, которая задает битрейт будущего видеоролика. Доступны варианты 16, 23 или 52 Мбит/с. Видео пока что записывается только в одном разрешении – 1080p — и с частотой 60 кадров в секунду. Независимо от того, в каком разрешении на самом деле идет игра, итоговый продукт будет отмасштабирован до этих параметров. Надеемся, что в финальной версии ShadowPlay появится выбор разрешений, по меньшей мере, ниже, чем 1080p, а еще лучше – вплоть до 2560х1600 без масштабирования. Но пока что есть, то есть.

Вся соль идеи ShadowPlay в том, что работа утилиты одновременно с игрой мало влияет на игровую производительность. Отчасти это заслуга аппаратного кодировщика H.264, но есть и другая причина: «железо» Kepler предоставляет возможность напрямую считывать содержимое кадрового буфера, которая в первую очередь была нужна NVIDIA для потоковой трансляции игр в облачной платформе GeForce GRID, но в результате нашла и вот такое вполне локальное применение. Впрочем, нельзя сказать, что постоянная фоновая запись видео в буфер при включенной ShadowPlay дается полностью бесплатно.

В трех играх из нашей тестовой обоймы при захвате изображения с максимальным битрейтом частота смены кадров снижается на 7-8% от исходного уровня. И все же это сущие пустяки по сравнению с тем, что происходит при записи игрового процесса чисто программными методами, не говоря уже о молниеносном расходе места в ПЗУ, когда продукт сохраняется в «сыром» формате. В целом использование для этой цели кодировщика, которым сегодня обладают все дискретные GPU, выглядит настолькой очевидной и простой идеей, что возникает вопрос, почему какое-либо подобие ShadowPlay не возникло еще гораздо раньше.

⇡#Конструкция

Система охлаждения GeForce GTX 780 Ti в общих чертах не отличается от тех конструкций, которые установлены на базовую версию GTX 780 и GTX TITAN. Отсутствие изменений в данном случае полностью оправданно, ведь этот кулера представляет собой практически эталонный образчик «турбинки» (или blower’а) – высокоэффективной и в то же время тихой. Ну и, помимо практических достоинств, увесистую видеокарту в цельнометаллическом кожухе просто приятно взять в руки.

На торце корпуса, где расположены разъемы SLI, вырезан логотип GeForce GTX, подсвеченный яркой зеленью.

Впрочем, по одному признаку кулер GeForce GTX 780 Ti отличается от предшествующих реализаций: радиатор GPU, видимый через пластиковое оконце, покрашен в вороной цвет, за счет чего устройство выглядит более строго.

Кстати, этот радиатор более компактный по сравнению с тем, что мы недавно увидели в составе Radeon R9 290/290X, но так же имеет в основании испарительную камеру. Радиатором для микросхем памяти и MOSFET’ов системы питания служит массивная металлическая рама из литого алюминия.

Дизайн планки с разъемами остался прежним. Решетка «выхлопа» системы охлаждения делит пространство одного слота с неуклюжим портом DVI-D. Помимо него, плата несет выходы DVI-I, полноразмерные версии HDMI и DisplayPort.

⇡#Плата

Графический процессор GK100, распаянный на плате GeForce GTX 780 Ti, не только является полностью разблокированным чипом, но и принадлежит к версии «кремния» B1, в которой производитель исправил некоторые мелкие ошибки и чуть-чуть уменьшил утечки тока.

Спецификациям карты соответствуют микросхемы памяти SK Hynix с маркировкой H5GQ2H24AFR-R2C, которые выдают штатную эффективную частоту 7 ГГц. Чипы сосредоточены только на лицевой поверхности PCB, но сзади платы в зеркальных позициях размечены площадки под второй массив микросхем.

Сама печатная плата на первый взгляд точно такая же, как и у GeForce GTX TITAN и GTX 780, но все же и здесь есть некоторые отличия. NVIDIA поменяла часть элементов в системе питания на другие аналоги – наверняка не спроста. В целом видеоадаптер по-прежнему обслуживается по схеме 6+2+1 (число фаз для GPU, чипов памяти и PLL). Напряжением на процессоре управляет все тот же ШИМ-контроллер ON Semiconductor NCP 4206.

NVIDIA также сообщила о новой функции системы питания GTX 780 Ti, незаметной при визуальном осмотре платы, – балансировке тока на трех источниках, коими являются шести- и восьмиконтактный разъемы дополнительного питания вместе со слотом PCI-Express. Задача дополнительной автоматики – следить, чтобы при разгоне не возникала такая ситуация, когда одна из шин питания нагружена по максимуму, а другие две «отдыхают».