Обзор и тестирование видеокарты ZOTAC GeForce GTX TITAN

18 февраля 2013 года компания NVIDIA представила новую флагманскую видеокарту NVIDIA GeForce GTX TITAN. Как видим, в отличие от флагманских решений предыдущих лет – NVIDIA GeForce GTX 580 и NVIDIA GeForce GTX 680 – новинка не получила цифровой индекс. Слово Титан (др.-греч. Τιτάν) встречается нам не только в древнегреческой мифологии, химии но и последнее время достаточно часто используется для наименования каких-либо значимых продуктов компаний производителей, к примеру вспоминается флагманский смартфон 2012 года от компании HTC. Также аналогичное название носит и компьютер компании Cray Inc, занявший первую строку в ноябрьском рейтинге TOP500 суперкомпьютеров мира по производительности на тесте Linpack. Как вы могли догадаться, между мощнейшим компьютером и новой видеокартой есть определенная связь. В составе Cray XK7 Titan, помимо 16-ядерных процессоров AMD Opteron 6274 используется 18 688 ускорителей NVIDIA Tesla K20X, основанных на чипе GK110 (архитектура Kepler) который и является, по сути, сердцем новинки NVIDIA GeForce GTX TITAN.

NVIDIA GK104

NVIDIA GK110

Как видим, NVIDIA GK110 состоит из 15 потоковых мультипроцессоров, которые, как вы знаете, называются SMX. Поскольку один блок у новинки отключен, то мы имеем 14 активных SMX, 2688 ядер CUDA и 224 текстурных модуля. Напомним, что NVIDIA GK104 состоит из 1536 ядер CUDA и 128 текстурных модулей.

SMX GK104

SMX GK110

Потоковый мультипроцессор NVIDIA GK110 сохранил все черты архитектуры Kepler, за одним важным исключением. SMX новинки содержит 192 ядра CUDA, 32 блока Load/Store и 32 блока специальных функций (SFU) и, в отличие от GK104, 64 ядра двойной точности (FP64). Всего в TITAN получается 896 активных ядер с поддержкой FP64. Подобное изменение призвано исправить недостаток NVIDIA GeForce GTX 680 - вычислительный потенциал в операциях с плавающей запятой. В составе NVIDIA GK104, в каждом SMX также есть ядра FP64 в количестве 8 штук. Соответственно, в связи с соотношением между 8 ядрами FP64 и 192 ядрами CUDA, поддерживающими исключительно FP32, равным 1 к 24, теоретическая производительность GK104 в задачах с двойной точностью составляет 1/24 от задач с одинарной точностью, что по сравнению с флагманским GPU от AMD (на момент написания статьи) Tahiti очень мало. Напомним, что видеокарты на основе данного GPU от AMD способны обрабатывать FP64 со скоростью 1/2 от FP32.

В новинке же, теоретическая производительность в задачах с двойной точностью может составить 1/3 от скорости FP32, поскольку мы имеем в одном SMX количество ядер FP64 и FP32 равное 64 и 192, что и дает нам соотношение 1 к 3. Однако не обошлось без некоторых нюансов, в частности 64 ядра двойной точности в номинальном режиме работают на 1/8 от их максимальной частоты, соответственно на пониженной частоте мы получаем аналогичную GK104 производительность равную 1/24. Но, у пользователя остается возможность задействовать ядра двойной точности на полной «скорости», для чего необходимо будет активировать соответствующую функцию в панели управления драйвера, однако, в случае активации функции «CUDA – Double precision» понизится производительность видеокарты во всех приложениях, в том числе и в играх не поддерживающих CUDA. Подобное ограничение связано с борьбой компании NVIDIA за приемлемый уровень тепловыделения чипа.

Помимо графического ядра, NVIDIA GeForce TITAN выделяется на фоне других видеокарт компании поддержкой GPU Boost версии 2.0. По своей сути, технология GPU Boost отвечает за корректировку производительности видеокарты в автоматическом режиме в зависимости от текущих потребностей. В отличие от первой версии данной технологии, алгоритм работы GPU Boost 2.0 больше не привязан к лимиту мощности (Power Target), а основывается на предельно допустимой температуре графического чипа. В случае с GPU Boost 1.0 частота GPU переставала увеличиваться после достижения видеокартой определенного лимита энергопотребления, даже, несмотря на то, что главный критерий, который сказывается на долговечности работы графического ядра – его температура оставался на приемлемом уровне. GPU Boost 2.0 в свою очередь позволяет частоте и напряжению автоматически увеличиваться до тех пор, пока температура GPU не достигнет определенного значения (в случае с NVIDIA GeForce GTX TITAN значением, установленное по умолчанию, является 80 градусов). Соответственно при желании пользователя вручную разогнать NVIDIA GeForce GTX TITAN, ему будет достаточно увеличить уровень предельно допустимой температуры.

Еще одной особенностью GPU Boost 2.0 является функция OverVoltage, которая по умолчанию отключена. В связи с тем, что работа технологии GPU Boost 2.0, в первую очередь, основана на температуре, напряжение по умолчанию не может возрасти до такой степени, чтоб температура GPU поднялась до критических значений и негативно сказалась на его долговечности и работоспособности. Если GPU Boost 2.0 «решает», что температура GPU позволяет поднять частоту, то соответственно повышается и напряжение необходимое для достижения повышенных частот. Активация функции OverVoltage увеличивает допустимый максимальный порог напряжения, что поможет достичь более высоких результатов, однако может негативно повлиять на работоспособность GPU и срок его работы, так что активация данной функции будет востребована, пожалуй, только для оверклокеров, использующих альтернативные методы охлаждения GPU.

Помимо разгона самой видеокарты, технология GPU Boost 2.0 обладает возможностью «разгонять» и мониторы. Необходимость наличия данной функции вызвана тем, что если вы активируете в настройках игры вертикальную синхронизацию (VSync), то частота смены кадров в игре ограничивается частотой обновления монитора (60 Гц для большинства современных мониторов), соответственно невозможно получить больше 60 кадров в секунду даже на самых мощных игровых ПК. GPU Boost 2.0 на NVIDIA GeForce GTX TITAN позволяет увеличить частоту обновления монитора до 80 Гц, а соответственно и увеличить частоту смены кадров до аналогичного значения.

Предлагаем перейти непосредственно к обзору ZOTAC GeForce GTX TITAN и на ее примере ознакомиться со всеми конструктивными особенностями новой видеокарты.

Модель	ZOTAC GeForce GTX TITAN (ZT-70101-10P)
Графическое ядро	NVIDIA GK110 (Kepler)
Количество универсальных шейдерных процессоров	2688
Поддерживаемые API	DirectX 11 (Shader Model 5.0), OpenGL 4.2
Поддержка фирменных технологий	NVIDIA GPU Boost 2.0, NVIDIA TXAA technology, NVIDIA FXAA technology, NVIDIA Adaptive Vertical Sync, NVIDIA Surround technology, NVIDIA PhysX technology, NVIDIA 3D Vision, 3-way NVIDIA SLI, NVIDIA CUDA, PCI Express 3.0
Частота графического ядра, МГц	837 (876 МГц с учетом использования технологии GPU Boost 2.0)
Частота памяти (эффективная), МГц	1502 (6008)
Объём памяти, ГБ	6
Тип памяти	GDDR5
Ширина шины памяти, бит	384
Тип шины	PCI Express 3.0 x16
Максимальное разрешение	Цифровое - до 2560x1600 Аналоговое - до 2048x1536
Интерфейсы вывода изображения	DVI-D DVI-I HDMI DisplayPort
Поддержка HDCP и декодирования HD-видео	Есть
Минимальные требования к блоку питания, Вт	600
Размеры, мм	267 х 129
Драйверы	Свежие драйверы можно скачать с сайта компании ZOTAC или сайта производителя GPU.
Сайт производителя	www.zotac.com

Внешний вид, частотная формула и элементная база видеокарты ZOTAC GeForce GTX TITAN полностью соответствует эталонному решению от NVIDIA и, по сути, является «референсным» устройством, выпущенным под брендом ZOTAC.

Упаковка и комплектация

Видеокарта ZOTAC GeForce GTX TITAN поставляется в достаточно крупной коробке с ярким дизайном и оформлением, выполненным в фирменных для компании ZOTAC цветах. На лицевой стороне коробки, помимо стандартной информации, такой как наименование видеокарты и компании производителя, отметках об объеме и типе используемой видеопамяти, поддержке DirectX 11 и NVIDIA PhysX мы видим две немаловажных наклейки. Первая сообщает нам о том, что на видеокарту распространяется расширенная, пятилетняя гарантия, а на второй наклейке отмечено, что в комплект поставки включены три игры из серии Assassin’s Creed. К сожалению, последняя выпущенная игра данной серии - Assassin’s Creed III в комплект поставки не входит.

На обратной стороне упаковки мы обнаружили краткое рекламное описание технологий NVIDIA, которые поддерживает продукт, находящийся внутри коробки, а также краткий список ключевых особенностей видеокарты на 15 языках, включая русский.

Отдельно отметим интересное оформление откидывающейся вверх крышки, на обратной стороне которой на оранжевом фоне нанесена надпись: «Время играть».

Список системных требований к компьютеру, в который планируется установка ZOTAC GeForce GTX TITAN, расположен на обратной стороне коробки. Исходя из этих рекомендаций, блок питания в таком ПК должен обладать мощностью не менее 600 Вт и способен выдавать не менее 42 А по линии питания 12 В, а также быть оснащенным одним шестиконтактным и одним восьмиконтактным разъемами питания PCI-Express.

В коробке с видеокартой мы обнаружили следующий комплект поставки: диск с драйверами и утилитами, два переходника для питания видеокарты, руководство пользователя, переходник с DVI на VGA и приятный бонус в виде трех игр серии Assassin’s Creed.

Для вывода изображения на видеокарте ZOTAC GeForce GTX TITAN предусмотрен следующий набор интерфейсов:

• 1 х DVI-I;
• 1 х DVI-D;
• 1 х HDMI;
• 1 х DisplayPort.

Принимая во внимание, что при желании подключить аналоговый монитор, пользователь может воспользоваться комплектным переходником DVI-VGA, подобную конфигурацию видеовыходов смело можно назвать оптимальной.

Поддерживаются следующие разрешения:

• Цифровое - до 4096x2160;
• Аналоговое - до 2048x1536.

Внешний вид и элементная база

Как мы уже упоминали выше, дизайн и размеры печатной платы видеокарты ZOTAC GeForce GTX TITAN соответствуют эталонному образцу от NVIDIA.

Система стабилизации питания видеокарты выполнена по схеме 6+2 фазы (для GPU и чипов памяти соответственно). Нелишним будет напомнить, что на предыдущей флагманской «эталонной» видеокарте NVIDIA GeForce GTX 680 применялась более простая схема питания, которая включала в себя 4 фазы питания GPU и 2 фазы питания видеопамяти. Подобное усиление в новинке, скорее всего, связанно с возросшим энергопотреблением и наличием иного алгоритма работы GPU Boost, который, благодаря функции OverVoltage, позволяет существенно увеличить напряжение на основных компонентах видеокарты.

В качестве ШИМ-контроллера используется микросхема NCP4206 от компании ON Semiconductor. К сожалению, информация о данном контроллере отсутствует даже на сайте ON Semiconductor. Единственное, что можно сказать, что его модификация нам уже встречалась на видеокарте ZOTAC GeForce GTX 690 и никаких претензий к его работе у нас не возникло.

TDP видеокарты равен 250 Вт и, соответственно, помимо слота PCI-Express, который способен обеспечить не более 75 Вт, питание подается через два дополнительных разъема на боковой стороне. Один выполнен в шестиконтактном исполнении, тогда как второй в восьмиконтактном.

ZOTAC GeForce GTX TITAN обладает поддержкой технологии NVIDIA SLI и, вполне логично, что на плате присутствуют два коннектора для соответствующих мостиков, которые позволяют объединять до трех видеокарт для совместного расчета графических эффектов.

Обратная сторона платы примечательна, разве что, наличием на ней двенадцати из двадцати четырех чипов видеопамяти.

В основе ZOTAC GeForce GTX TITAN лежит графический чип NVIDIA GK110 (Kepler), произведенный по 28 нм техпроцессу. Как мы уже знаем, он содержит 2688 универсальных шейдерных конвейера (или ядер CUDA по терминологии NVIDIA) и 32 блока растеризации. Частота работы графического ядра, как мы уже упоминали, соответствует рекомендованной NVIDIA и составляет 837 МГц. Благодаря поддержке рассматриваемым продуктом технологии GPU Boost 2.0, в турборежиме частота графического ядра может достигать 876 МГц. Обмен данными между графическим ядром и памятью осуществляется через 384-битную шину.

Память видеокарты ZOTAC GeForce GTX TITAN, общий объем которой составляет внушительные 6 ГБ, набрана с помощью 24-х чипов емкостью 2 Гбит производства компании Samsung. Чипы имеют маркировку K4G20325FD-FC03 и согласно документации их номинальная частота равна 6 ГГц. Благодаря 384-битной шине пропускная способность достигает 288,4 Гбайт/с.

Система охлаждения

Система охлаждения ZOTAC GeForce GTX TITAN аналогична решению, предложенному инженерами NVIDIA. Практичиски на всех представленных (на момент написания обзора) версиях NVIDIA GeForce GTX TITAN применяется одна и та же «референсная» версия системы охлаждения, которая состоит из одного небольшого радиатора с испарительной камерой в основании и небольшого вентилятора. Кожух кулера состоит из двух частей: рамки вентилятора, а также накладки из алюминия и оргстекла, через которую можно рассмотреть рёбра радиатора.

В основе системы охлаждения находится массивная металлическая крепежная пластина, которая также выступает в роли охладителя для чипов памяти и элементов системы питания, которые контактируют с ней при помощи специальных термопрокладок.

По своей сути перед нами система охлаждения турбинного типа, соответственно ее конструкция подразумевает выброс нагретого воздуха за пределы системного блока через специальные вентиляционные отверстия рядом с видеовыходами. Часть воздуха забирается через специальный вырез в задней части кожуха.

Предлагаем приступить непосредственно к тестированию системы охлаждения видеокарты ZOTAC GeForce GTX TITAN.

При автоматическом регулировании скорости вращения вентилятора, в режиме максимальной нагрузки графическое ядро нагрелись до 80 градусов, а кулер, судя по показаниям мониторинга, работал при этом всего на 59% своей мощности. Система охлаждения в подобном режиме работает практически бесшумно и абсолютно не выделяется на фоне других компонентов ПК.

В режиме максимальной скорости вращения вентилятора температура GPU снизилась на 20 градусов. Шум, издаваемый системой охлаждения на близких к максимальным оборотам вентилятора можно охарактеризовать как «высокий».

При отсутствии нагрузки частоты графического ядра и памяти автоматически понижаются, что приводит к меньшему энергопотреблению и тепловыделению. Кулер в таком режиме работает практически бесшумно, а температура графического ядра не превышает отметку в 29 градусов.

В итоге стоит отметить, что продемонстрированный при близких к максимальным оборотам вентилятора результат в 60 градусов теоретически говорит нам о хорошем разгонном потенциале, который, как мы знаем, напрямую зависит от температуры и алгоритмов работы GPU Boost 2.0, описанных нами ранее.