28 nanometrov v najboljši luči
Ko mi je oče pred dvajsetimi leti še kot tretješolčku razkril, da se pod takrat zverinskim procesorjem Pentium 100 skriva več kot tri milijone tranzistorjev, sem ga odprtih ust debelo pogledal. Prvič zato, ker nisem vedel, kaj naj bi bil tranzistor, in, drugič – kako naj bi jih stlačili na vsega 5 kvadratnih centimetrov veliko kvadratno ploščico. Dvajset let kasneje se le redko čemu čudim, še najmanj tehniki. Tokrat pa me je presenetila NVidia z novo serijo grafičnih kartic Geforce GTX 900, saj je kljub praktično nespremenjeni proizvodni liniji skoraj dvakrat učinkovitejša.
NVidia si je ime nove generacije procesorjev izposodila pri škotskem matematičnem fiziku Jamesu Maxwellu, znanem po enačbah za elektromagnetno valovanje. Predstavitev generacije Maxwell (GM107) je bila že konec februarja v modelu nižjega srednjega razreda Geforce GTX 750 Ti, kjer je kartica v cenovnem razredu 120 EUR in z rekordno nizko porabo 60 W uspešno kljubovala modelu Radeon 260X. Sedem mesecev kasneje imamo na policah dva nova izdelka s kodno oznako GM204 – modela GTX 970 in GTX 980. Serijo 800 je NVidia zaradi že tako (namenoma) zmedenega označevanja preskočila in jo uporabila zgolj pri mobilnih procesorjih prejšnje generacije. Sodeč po kodni oznaki GM204, gre za višji srednji razred in vse kaže na to, da imajo pri zelenih načrte v obliki različice »Titan«.
Za t. i. strategijo bottom-up so se najverjetneje odločili iz dveh razlogov: proizvodne linije in mobilnega trga. Tajvanski velikan TSMC namreč v času nastajanja članka še vedno nima delujočega 20 nm proizvodnega procesa. Zato so bili v NVidii primorani uporabiti tri leta staro 28 nm tehnologijo, ki so jo uporabili že pri prvih modelih prejšnje generacije Kepler. Drugi razlog, tesno povezan s poslanstvom in strategijo podjetja NVidia, najdemo v mobilnem procesiranju, ki po novem predstavlja osnovo za gradnjo arhitekture grafičnega procesorja. S tem merijo predvsem na integrirana vezja (SoC) Tegra in druge mobilne naprave, kjer je energijska učinkovitost ključna prednost, arhitekturna skalabilnost pa jim omogoča lažjo nadgradnjo v namizne grafične procesorje serije Geforce in Quadro. In prav energijska učinkovitost je glavna lastnost in, kot bomo videli v nadaljevanju, prednost nove serije Geforce GTX 900.
Na prvi pogled Maxwell ne prinaša opaznejših sprememb v primerjavi s Keplerjem. Gonilno silo še vedno predstavljajo štiri gruče z multiprocesorji (SMX oz. po novem SMM – Maxwell SM); 16 jih najdemo na močnejšem modelu GTX 980 in 13 na šibkejšem GTX 970. Večjo učinkovitost so dosegli s kupom manjših dodelav in nadgradnjami na področju SMMov, predpomnilnika, deljenega pomnilnika in tranzistorjev.
Vsak SMM je interno razdeljen na štiri bloke po 32 jeder CUDA, skupno torej 2048 oz. 1664 naprednih senčilnih procesorjev v močnejši oz. šibkejši različici. Vsak izmed štirih blokov po novem razpolaga s svojim razporejevalnikom ukazov, ki lahko v eni urni periodi odpošlje dva ukaza. V primerjavi s Keplerjem ima Maxwellov SM bolje razdelano uporabo virov, saj vsak blok dobi manjše opravilo, ki ga hitreje opravi z lastnimi FP32 jedri CUDA, SFUji (posebne funkcije) in load/store enotami, ki niso deljene z drugimi bloki. Med preostalimi deljivimi viri znotraj SMM najdemo še osem enot za delo s teksturami, enoto za delo z geometrijo, namenski register, 50 % več skupnega pomnilnika (96 KB) in 4x večji drugonivojski predpomnilnik (2 MB) v primerjavi z zadnjo različico Keplerja (GTX 780). Večjo spremembo najdemo še v sestavi enot za delo z rastri (ROP), kjer je NVidia podvojila število enot ROP na posamezni pomnilniški krmilnik z 8 na 16. Na področju pomnilnika nič novega; pomnilniško vodilo je razdeljeno na štiri 64-bitne krmilnike, ki povezujejo GPU z osmimi pomnilniškimi čipi Samsung skupne zmogljivosti 4 GB in nazivne frekvence 1400 MHz (efektivno 7 GHz). To skupaj nanese že videnih 224 GB/s pomnilniške prepustnosti.
Geforce GTX 980 se po številu jeder CUDA, ki sicer delujejo s frekvenco ure 1126 MHz, znajde nekje vmes med modeloma GTX 680 in GTX 780 Ti. Na testiranju se izkaže vsaj tako dobro kot GTX 780 Ti, ki ima pod pokrovom 768 jeder CUDA več. Z malo računanja ugotovimo, da je trenutno najhitrejši Maxwell za kar 40 % učinkovitejši od najhitrejšega Keplerja, zgolj po zaslugi izboljšane zasnove procesorske arhitekture; proizvodni proces je v obeh primerih enak. Kljub dobrim petim milijardam tranzistorjev in največjo površino procesorja v svojem razredu (398mm^2) se GTX 980 pohvali z nadvse nizkim TDPjem (165 W), za kar zadostujeta dva 6-pinska priključka PCIe. Nizek TDP je tudi razlog za skok nazaj k hladilnemu sistemu tipa »heat-pipe«, ki sicer dobro opravlja svojo nalogo. GTX 980 med testom ni prekoračil 82° C, obenem pa je ostal dovolj tih, da sem po večurni seansi brez glavobola. Ker je celotna spodnja stran tiskanine prekrita z zaščitno ploščico, so za lastnike sistemov SLI izdelali odstranljiv del na območju ventilatorja, ki naj bi povečal pretok zraka kartici nad njo. O vpletenosti trženja pri rešitvi ne dvomim.
Med preostalimi novostmi velja omeniti izboljšan algoritem stiskanja pik (Delta Color Compression), ki namesto enakosti išče razlike med posameznimi barvnimi odtenki pik in s katerim je mogoče doseči enak rezultat s četrtino manjšo porabo pomnilniške pasovne širine. Z možnostjo Dynamic Super Resolution lahko igro zaženete v višji ločljivosti, kot je dejansko podprta s strani monitorja. Rezultat DSR je lepša in ostrejša slika pri ustrezno manjšem številu slik na sekundo. Zopet ni šlo brez nove različice glajenja robov, tokrat v obliki MFAA (Multi Frame Sampled AA), kjer za zmogljivost 2x MSAA dobimo kakovost 4x MSAA. Poleg omenjenih novosti dobi kupec nove kartice tudi podporo prihajajočemu DirectX 12 API, HDMI 2.0 za 4K@60Hz in izpopolnjen kodek NVENC za gladko dekodiranje videa H.264 in H.265.
Rezultati
Geforce GTX 980 je vse prej kot razočaranje; kdo bi namreč na podlagi grafov lahko sklepal napačno. Gre za izjemno kart(ic)o in pametno zasnovano procesorsko arhitekturo, na kateri bo nekoč morda zablestel paradni konj serije Maxwell, najverjetneje izdelan v 20 nm tehnologiji. Maxwellovo odlično zasnovo potrjuje tudi ob koncu pisanja članka lansirani mobilni GTX 980m, ki naj bi se namizni različici GTX 980 približal na 80 % zmogljivosti. Kar zadeva nakup: lastnikom kartic razreda GTX 780 ga ne priporočamo, saj so zmogljivosti podobne. Če imate WQHD ali monitor 4K, je nakup 650 evrov drage kartice upravičen. Vsem drugim zanesenjakom bi priporočal šibkejši model, GTX 970, ki za slabih 60 % cene prinese vsaj 80 % zmogljivosti modela GTX 980.
nVidia Geforce GTX980
Vrhunska grafična kartica.
Cena: Približno 650 EUR.
✓ Za tretjino nižja poraba električne energije kot pri konkurenci, zmogljivost, tih in učinkovit hladilni sistem.
✗ Višja cena ob izidu v primerjavi z GTX 680/780.