Обзор видеокарты NVIDIA GeForce RTX 2080 Founders Edition: качество против количества

Технические характеристики. Конструкция. Плата

Спецификации кремния архитектуры Turing и видеокарт серии GeForce RTX 20 мы подробно рассматривали в первой части обзора GeForce RTX 2080 Ti, но будет уместно выделить основные факты о GeForce RTX 2080 и сформулировать главную интригу сегодняшнего теста.

В отличие от флагманского ускорителя RTX 2080 Ti, который основан на беспрецедентно крупном по стандартам потребительских видеокарт чипе TU102, графический процессор TU104, лежащий в основе RTX 2080, имеет близкий аналог среди чипов Pascal, а именно GP102. Но если сравнить «в лоб» их технические характеристики, откроется на первый взгляд странная картина. Площадь кристалла TU104 на 16 % больше, чем у GP102, а число транзисторов выше на 13 %, но вот парадокс: TU104 уступает по количеству вычислительных блоков, связанных со стандартными функциями рендеринга. GP102 содержит 768 дополнительных CUDA-ядер, на 48 больше блоков наложения текстур и на 32 больше ROP. В потребительских видеокартах оба чипа немного «урезаны», но в итоге преимущество по конфигурации GPU и расчетной вычислительной мощности в операциях FP32 оказывается не на стороне GeForce RTX 2080. Даже пропускная способность оперативной памяти и ее объем выше именно у GeForce GTX 1080 Ti.

При всем при этом RTX 2080 получил такую же рекомендованную розничную цену, как и GTX 1080 Ti на старте продаж последнего ($699), а видеокарта марки Founders Edition стоит еще и на $100 больше. Казалось бы, вот идеальная мишень для критиков NVIDIA. Но не все так просто. Даже если не брать в расчет перспективы трассировки лучей и глубинного обучения в компьютерных играх, было бы ошибкой решить, будто львиную долю транзисторного бюджета TU104 съели специализированные ядра для этих задач, а в стандартном рендеринге методом растеризации GeForce RTX 2080 сделал шаг назад с той позиции, которую занимает GeForce GTX 1080 Ti. Как мы писали ранее, сама архитектура Turing устроена таким образом, что внутренняя логика графического процессора стала сложнее, а эффективность вычислений значительно увеличилась по сравнению с Pascal.

Но как бы то ни было, GeForce RTX 2080 Ti заведомо мощнее, чем любая другая современная видеокарта, и не имеет даже близких соперников на потребительском рынке, а вот для GeForce RTX 2080 остро стоит вопрос о том, удалось ли инженерам NVIDIA найти баланс между технологиями будущего и запросами текущего дня. Ответ на него будет найден в игровых бенчмарках, но сперва уделим внимание материальным аспектам видеокарты, которая представит нам графический процессор TU104.

⇡#Конструкция

Внешне GeForce RTX 2080 Founders Edition немногим отличается от аналогичной версии RTX 2080 Ti. Видеокарты имеют одинаковый дизайн и габариты — 267 мм в длину и 116 мм в ширину. NVIDIA сохранила компактный форм-фактор, присущий референсным моделям GeForce GTX 1080 и GTX 1080 Ti (266 × 111 мм), несмотря на то, что RTX 2080 характеризуется существенно большим тепловыделением по сравнению с GTX 1080 (225 против 180 Вт).

С повышенной мощностью связано ключевое отличие Founders Edition 20-й серии от ее предшественников, конструкция которых в общих чертах не менялась со времен GeForce GTX TITAN на чипе GK110 и вплоть до TITAN V на базе GV100. Референсные видеокарты традиционно оснащают закрытыми системами охлаждения с центробежным вентилятором, так как это наиболее универсальное решение, подходящее и для одиночной работы, и для установки нескольких видеокарт впритык друг к другу. На этот раз у NVIDIA нет такой необходимости, ведь ускорители 20-й серии в дизайне на любой вкус и цвет с первого дня продаж выпускаются сторонними производителями. К тому же RTX 2080 Ti Founders Edition стал первым одночиповым GeForce, который вышел за рамки теплового пакета 250 Вт (AMD, со своей стороны, уже давно пренебрегает этим ограничением), а для закрытой системы охлаждения такое тепловыделение можно считать разумным пределом в условиях домашнего ПК без усиленной вентиляции.

В итоге NVIDIA сделала выбор в пользу открытой конструкции с двумя осевыми вентиляторами диаметром 85 мм. Металлический кожух охватывает видеокарту как большая сплющенная труба и обеспечивает сквозной продув радиатора СО вдоль короткой стороны печатной платы. Сам радиатор, который прежде был разделен на металлическую раму и блок ребер с испарительной камерой, теперь представляет собой единую деталь, а испарительная камера покрывает всю площадь PCB, включая микросхемы памяти и элементы преобразователя напряжения. По всей видимости, именно за счет гигантской испарительной камеры видеокарта осталась такой компактной, в то время как сторонние производители решают задачу охлаждения за счет кулеров на теплотрубках толщиной в 2,5–3 слота расширения.

С эстетической точки зрения GeForce RTX 2080/2080 Ti также выгодно отличается от GTX 1080/1080 Ti — в первую очередь простыми симметричными формами и чистой массой алюминия, которую NVIDIA тратит на каждую видеокарту. Верхняя часть корпуса сформирована листом в 2 мм толщиной, а пластина, защищающая обратную сторону платы, еще вдвое толще. Даже разъем NVLink закрыт металлической заглушкой. Логотип GeForce RTX на боку видеокарты светится зеленым огнем, причем каждая буква вырезана в металле по отдельности. Все это сильно напоминает монументальный стиль компьютеров Apple периода Power Mac G5 и башенных Mac Pro.

⇡#Плата

Преобразователь напряжения GeForce RTX 2080 Founders Edition включает восемь фаз для питания GPU и две для микросхем GDDR6. Налицо апгрейд по сравнению со схемой 7+2 фазы в GeForce GTX 1080 Ti — ближайшем по мощности представителе семейства Pascal. Но этим особенности силовой схемы RTX 2080/2080 Ti не исчерпываются. В то время как на плате GTX 1080 Ti в каждой фазе использовался драйвер с двумя дискретными ключами (dual-FET), в новых видеокартах NVIDIA перешла на интегрированные чипы типа DrMOS (Driver + FET) производства On Semiconductor под управлением ШИМ-контроллера uPI uP9512.

В отличие от старой схемы, DrMOS обеспечивает высокочастотный и точный мониторинг напряжения на стоке транзистора по сигналу IMON, а значит — более стабильное питание графического процессора. Кроме того, VRM новых видеокарт умеет динамически регулировать число активных фаз с целью поддержать высокий КПД во всем диапазоне потребляемой мощности.

Методика тестирования. Производительность: 3DMark. Производительность: игры (1920 × 1080, 2560 × 1440)

⇡#Тестовый стенд, методика тестирования

Мощность видеокарт мы измеряем отдельно от CPU и прочих компонентов ПК. Для этого применяется жесткий райзер PCI Express x16, в котором линии +12 В и земли, идущие от материнской платы, разорваны и выведены на отдельный шестиконтактный разъем питания. Блок питания Corsair AX1200i с помощью утилиты Corsair LINK 4 позволяет регистрировать общий ток, проходящий по разъемам дополнительного питания видеокарты и райзеру, с периодом 1 с, а мощность вычисляется путем умножения величины тока на величину напряжения 12 В в каждый момент времени.

В качестве тестовой нагрузки используется FurMark с наиболее агрессивными настройками (разрешение 3840 × 2160, MSAA 8x) и Crysis 3 (максимальное качество графики, разрешение 3840 × 2160, MSAA 4x). Замеры мощности выполняются после прогрева видеокарты, когда температура GPU и тактовые частоты стабилизируются. Также во время теста мы регистрируем ряд других переменных с помощью ПО MSI Afterburner: тактовую частоту, напряжение питания и температуру графического процессора, скорость вращения вентиляторов системы охлаждения.

⇡#Участники тестирования

В тестировании производительности приняли участие следующие видеокарты:

• AMD Radeon RX Vega 64 (1630/1890 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 1080 (1607/10008 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (1480/11010 МГц, 11 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 2080 Founders Edition (1515/14000 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition (1350/14000 МГц, 11 Гбайт).

⇡#Производительность: 3DMark

Если судить по ценам, NVIDIA рассматривает GeForce RTX 2080 как замену GeForce GTX 1080 Ti, и по результатам синтетических тестов видно, что именно эта видеокарта предопределила конфигурацию чипа TU104 и его тактовые частоты. По среднему баллу RTX 2080 лишь на 2 % опережает GTX 1080 Ti, но преимущество новой архитектуры достигает 16 % в Time Spy — единственном тесте набора 3DMark, где используется API Direct3D 12. В Time Spy также особенно велик отрыв RTX 2080 от Radeon RX Vega 64 (47 % очков). Вместе с тем GeForce RTX 2080 не посягает на лидерскую позицию RTX 2080 Ti, который имеет запас быстродействия в 25 %.

⇡#Производительность: игры (1920 × 1080, 2560 × 1440)

В игровых бенчмарках производительность GeForce RTX 2080 велика лишь настолько, чтобы не отступить за черту, которую провел GeForce GTX 1080 Ti. По средней частоте смены кадров RTX 2080 на 2–6 % быстрее флагманской видеокарты прошлого поколения, но в редких случаях (F1 2018, Shadow of the Tomb Raider) перевес в пользу новинки достигает 11–14 %. При этом не нашлось ни одной игры, в которой GTX 1080 Ti получил бы преимущество, выходящее за пределы статистической погрешности.

Если сопоставить GeForce RTX 2080 с его аналогом по рангу в пределах 10-го семейства (GeForce GTX 1080), то средняя разница в быстродействии при условно низких разрешениях экрана составляет уже 22–32 %.

Заметьте, как похорошел Radeon RX Vega 64 за прошедшее время благодаря новым драйверам и переходу игр на Direct3D 12. Только GTA V, The Witcher 3 (единственные игры под Direct3D 11, оставшиеся в наборе бенчмарков), да еще Shadow of the Tomb Raider вытягивают GeForce GTX 1080 в столь актуальном год назад сравнении. И все же GeForce RTX 2080 на 25–33 % быстрее, чем топовая «Вега».

Режимы 1080p и 1440p — не лучшая среда для соревнования мощных GPU, и в особенности это касается GeForce RTX 2080 Ti. В среднем флагманский Turing лишь на 14–18 % опережает RTX 2080 по частоте смены кадров, хотя в играх с тяжелыми режимами полноэкранного сглаживания (Deus Ex: Mankind Divided и Total War: WARHAMMER II) разница достигает 23–36 %.

Производительность: игры (3840 × 2160). Производительность: HDR, DLSS, трассировка лучей

⇡#Производительность: игры (3840 × 2160 SDR)

Переход к разрешению 2160p ничего не меняет в соотношении сил между GeForce RTX 2080 и GeForce GTX 1080 Ti. По среднему FPS они различаются на 3 %, но есть игры, в которых RTX 2080 явно сильнее, — Battlefield 1 и Shadow of the Tomb Raider (напомним, что в SoTR пока нет обещанной трассировки лучей), и лишь в Ashes of the Singularity GeForce GTX 1080 Ti удерживает лидерство.

Преимущество GeForce RTX 2080 перед Radeon RX Vega 64 и GeForce GTX 1080 составляет 33 и 37 % соответственно. Похожие цифры мы видели в режиме 1440p, а значит, для RTX 2080 еще не требуется монитор класса 4К, чего не скажешь о GeForce RTX 2080 Ti. В данном наборе тестов разница между RTX 2080 и старшей видеокартой 20-й серии наиболее велика и составляет 24 % по средней частоте смены кадров.

⇡#Производительность: игры (3840 × 2160 HDR)

В мире компьютерных игр технология HDR применительно к выводу изображения является сравнительно новым явлением, хотя графические эффекты, основанные на широким динамическом диапазоне, известны как минимум со времен Direct3D 9.0. Благодаря тому, что игровой движок владеет всей полнотой информации о цвете пикселов в шейдерных операциях, стал возможным рендеринг изображения с переменной «экспозицией» — наподобие того, как делаются HDR-фотоснимки. Цель HDR-рендеринга состоит в том, чтобы сделать яркую зону изображения по-настоящему яркой, темную — темной, и сохранить при этом детализацию обеих, — и все это в рамках контрастности стандартного экрана. В свою очередь, экраны с широким динамическим диапазоном, которые появились на рынке в последние годы, позволяют, условно говоря, демонстрировать сцену такой, какой ее «видит» игровой движок. С формальной точки зрения все, что для этого нужно, — это достаточно высокая контрастность (20 000:1 при яркости 1000 кд/м² либо 1 800 000:1 при яркости 540 кд/м²) и точное описание цвета с глубиной 10 бит на канал.

В теории для графического процессора не должно быть разницы между рендерингом в SDR и HDR, но на практике последний все-таки требует дополнительных вычислений — хотя бы из-за тоновой коррекции изображения в соответствии с характеристиками конкретного экрана. Кроме того, свои ограничения накладывает пропускная способность интерфейса DisplayPort. На игровых 4К-панелях частота обновления выше 98 Гц при включении HDR и работе с 10-битным цветом достигается за счет конвертации формата пикселов из полного RGB в YCbCr 4:2:2 — формат с цветовой субдискретизацией (Chroma Subsampling), который широко применяется в записи и передаче цифрового видео. Достаточно ресурсоемкие операции тоновой коррекции и конвертации формата пикселов чипы NVIDIA прошлых поколений выполняют на шейдерных ALU, но в Turing появилась специальная логика фиксированной функциональности, которая предотвращает потерю быстродействия при выводе HDR-видео.

Со стороны интерфейса эта проблема также частично решена стандартом DisplayPort версии 1.4a, который включает алгоритм компрессии данных VESA Display Stream Compression 1.2 (DSC). За счет DSC по одному кабелю возможна передача видеопотока с разрешением 7680 × 4320 и частотой 60 Гц в формате RGB. При этом DSC является алгоритмом сжатия с потерями, но, если верить разработчикам стандарта, визуально не влияет на качество изображения. Вот только пока дисплеев с поддержкой DSC еще нет на потребительском рынке.

Чтобы понять, насколько требовательным является HDR в современных условиях, мы воспользовались монитором ASUS ROG Swift PG27UQ. Это 27-дюймовый геймерский монитор формата 4K с IPS-матрицей и высокой частотой обновления экрана (до 144 Гц). Благодаря подсветке на основе квантовых точек он удовлетворяет критериям цветового пространства DCI-P3 и стандарта HDR. Для того, чтобы вывести на такой экран 4К-изображение с частотой 120 Гц и 10-битным цветом, необходимо преобразование пикселов в формат YCbCr 4:2:2 — именно такие настройки мы использовали для тестирования.

Оказалось, что тоновая коррекция и конвертация формата пикселов и вправду далеко не бесплатно даются GPU без аппаратного ускорения этих функций. В среднем быстродействие GeForce GTX 1080 и GTX 1080 Ti снизилось на 9 % в четырех играх нашей тестовой методики, которые поддерживают HDR (даже с учетом Shadow of the Tomb Raider — единственного теста, где HDR не оказывает заметного влияния на производительность). GeForce RTX 2080, напротив, ничего не теряет при активации HDR, как, впрочем, и Radeon RX Vega 64, которая также обладает аппаратным ускорением необходимых операций.

3840 × 2160 HDR
	Полноэкранное сглаживание	NVIDIA GeForce RTX 2080 FE (1515/14000 МГц, 8 Гбайт)	NVIDIA GeForce GTX 1080 (1607/10008 МГц, 8 Гбайт)	NVIDIA GeForce GTX 1080 Ti (1480/11010 МГц, 11 Гбайт)	AMD Radeon RX Vega 64 (1630/1890 МГц, 8 Гбайт)
Battlefield 1	Выкл.	81	49	65	64
F1 2018		79	49	66	58
Far Cry 5		57	37	50	46
Shadow of the Tomb Raider		47	31	43	33
Макс.			−34%	−9%	−19%
Средн.			−37%	−14%	−24%
Мин.			−40%	−20%	−30%

⇡#Производительность: DLSS, трассировка лучей

Ключевые детали архитектуры Turing — специализированные ядра для трассировки лучей и машинного обучения — бездействуют в существующих играх. Но уже сейчас при помощи нескольких бенчмарков можно оценить, насколько успешно GeForce RTX 2080 справляется с обильной трассировкой лучей и какой прирост быстродействия дает масштабирование изображения методом DLSS, которое производит кадры 2160p из более низкого разрешения за счет нейросети.

В бенчмарке Final Fantasy XV, а также демке Infiltrator GeForce RTX 2080 и GTX 1080 Ti имеют практически равное быстродействие при рендеринге в «честном» 4К со сглаживанием TAA. Но с масштабированием DLSS новый GPU набрал еще 36–37 % кадровой частоты, практически ничего не теряя в качестве изображения. Если учесть, как много игровых проектов уже объявили о поддержке DLSS, видеокарты серии GeForce RTX 20 получат серьезный программный апгрейд, который полностью изменит соотношение сил между Turing и графическими процессорам предыдущих поколений.

Что касается трассировки лучей, то столь тяжелая нагрузка, как демка Reflections, нуждается в DLSS просто для того, чтобы поддерживать адекватную частоту смены кадров. Поскольку Reflections не допускает программную трассировку лучей на шейдерных ALU, GeForce RTX 2080 и RTX 2080 Ti — это единственные видеокарты, на которых ее можно запустить в данный момент. Здесь RTX 2080 Ti имеет преимущество в 27% тактовой частоты при разрешении 1440p с DLSS, а режим 2160p на RTX 2080 попросту не работает.

Производительность: кодирование/декодирование видео, вычисления. Тактовые частоты, энергопотребление, температура, разгон. Выводы

⇡#Производительность: кодирование/декодирование видео

Баг в ранних драйверах не позволяла процессорам Turing работать на полной частоте выделенному блоку NVDEC, но ошибка уже частично устранена — по крайней мере для устройств Founders Edition, видеокарты сторонних производителей по-прежнему могут обрабатывать видео медленнее, чем должны были бы. Преимущество новой версии NVDEC перед аналогичным блоком в архитектуре Pascal заключается в чрезвычайно высокой скорости декодирования HEVC, особенно в разрешениях 4К и 8К. Ускорение H.264 и VP9, судя по всему, вызвано повышенными частотами GPU в картах 20-й серии.

В отличие от декодирования, запись видео в форматах H.264 и HEVC при помощи аппаратного кодера NVENC на RTX 20 работает без всяких проблем. Здесь мы видим, что быстродействие Turing в кодировании HEVC практически удвоилось по сравнению с тем, что показывают чипы Pascal, — вплоть до того, что RTX 2080 и RTX 2080 Ti способны в реальном времени записывать 8К-видеопоток с частотой 30 Гц. А пропускная способность в разрешениях 1080p и 2160p при «грязном» кодировании в один проход настолько велика, что в практических условиях не станут проблемой и более качественные режимы с высоким битрейтом.

⇡#Производительность: вычисления

Не все программы вычислений общего назначения уже способны работать с GPU нового поколения: в частности, нам придется отложить тесты GeForce RTX в пакете Blender и бенчмарке CompuBench CL. Остались только Sandra и LuxMark, но по ним хорошо заметно, как много общего Turing, формально нацеленная на графику и потребительские устройства, имеет с архитектурой Volta, которая оптимизирована именно для GP-GPU. GeForce RTX 2080 оставил GeForce GTX 1080 Ti далеко позади в задаче трассировки лучей LuxMark (напомним, что последний не использует RT-ядра). Скорость вычислений FMA/FFT в SiSoftware Sandra также увеличилась по сравнению с предыдущим поколением, впрочем этот тест уже не дает адекватной оценки быстродействия в реальных задачах GP-GPU — хотя бы по той причине, что GeForce RTX 2080 Ti здесь уступает RTX 2080 в расчетах FP32 одинарной точности.

⇡#Тактовые частоты, энергопотребление, температура, разгон

GeForce RTX 2080 основан на более компактном GPU, чем RTX 2080 Ti, и теплопакет старших видеокарт серии Founders Edition различается на 35 Вт. Вместе с тем эти два ускорителя снабжены практически одинаковыми системами охлаждения, так что графическое ядро RTX 2080 достигает существенно более высоких тактовых частот. Даже при длительной нагрузке чип TU104 от его предельной частоты 1995 МГц отделяет всего лишь 116 МГц.

Грех не попытать счастья в разгоне такой видеокарты, но алгоритм автоматического оверклокинга, который NVIDIA внедрила в ускорителях 20-й серии, подсказывает, что частотный ресурс GPU и без того практически исчерпан в рамках штатного TDP: все, что смогла сделать автоматика, — это подтянуть кривую тактовой частоты в бесполезном для любых задач диапазоне ниже 900 МГц. Тем не менее BIOS видеокарты позволяет увеличить резерв мощности на 23 %, и при поддержке вентиляторов СО, работающих на полной скорости, можно смело сдвинуть всю кривую на 100 МГц вверх. В таких условиях RTX 2080 поддерживает тактовую частоту GPU под нагрузкой на уровне 2017 МГц — близко к новому пределу в 2085 МГц. Стабильность на более высоких частотах требует повышенного напряжения питания, но с текущей версией драйвера регулятор вольтажа в оверклокерском ПО никак не влияет на чипы Turing. Зато эффективную частоту оперативной памяти удалось поднять с 14 до 16 ГГц, и это предел разгона RAM, который допускает прошивка Founders Edition.

Прим.: измерение всех параметров проводится в игре Crysis 3 (максимальное качество графики, 3840 × 2160, MSAA 4x) после прогрева GPU.

Но пусть читателей не обманывают высокие частоты и сравнительная легкость разгона GeForce RTX 2080. По энергопотреблению под нагрузкой видеокарта не идет ни в какое сравнение с GeForce GTX 1080 и мало отличается от GeForce RTX 1080 Ti либо Radeon RX Vega 64. Впрочем, это не претензия, а комплимент инженерам NVIDIA, создавшим системы охлаждения и питания видеокарты, ведь TU104 содержит больше транзисторов, чем GP102, и работает на более высоких частотах с большим напряжением питания.

⇡#Производительность: разгон

На первый взгляд, подъем частоты на 100 МГц ничего не решает для GPU, который изначально рассчитан на частоты немногим меньше 2 ГГц. Однако в комбинации с увеличенным TDP и разогнанной оперативной памятью разгон графического процессора TU104 принес прирост на величину от 5 до 9 % средней частоты смены кадров. При этом наилучшие результаты имеют место в разрешении 2160p.

Выводы

Глядя на результаты тестирования GeForce RTX 2080 и RTX 2080 Ti, гораздо проще рассуждать о второй видеокарте. С технической точки зрения NVIDIA добилась от флагманского ускорителя 20-й серии всего, на что можно было рассчитывать при условии, что переход с техпроцесса 16 нм на следующую технологическую норму еще не завершен, а узел 12 нм FFN является всего лишь промежуточной остановкой. Что касается небывалой стоимости RTX 2080 Ti, то, в отсутствие реальных аналогов даже для GeForce GTX 1080 Ti со стороны основного конкурента, у NVIDIA есть полное право требовать такие деньги за устройство с колоссальной вычислительной мощностью для современных игр и уникальными возможностями для грядущего поколения проектов.

Но к GeForce RTX 2080 нельзя подходить с той же линейкой. Пусть второй по рангу GPU семейства Turing обеспечил по сравнению с GeForce GTX 1080 примерно такой же рост быстродействия (25–37 %), как RTX 2080 Ti по сравнению с флагманом 10-й серии, эта видеокарта не лишена соперников в виде множества версий GeForce GTX 1080 Ti. RTX 2080 и GTX 1080 Ti практически равны по игровому быстродействию — с технической точки зрения это опять-таки триумф архитектуры Turing, которая способна выполнить ту же работу за счет меньшего набора вычислительных блоков и одновременно дает пропуск в будущее компьютерных игр, связанное с трассировкой лучей и машинным обучением.

С другой стороны, рекомендованная цена в $699 означает, что NVIDIA в этот раз не предлагает больше FPS за те же деньги, как происходило в предыдущие моменты смены поколений. Вместо этого даром прогресса стали только новые возможности — заманчивые, но пока далекие от реализации.