Обзор и тестирование видеокарты ZOTAC GeForce GTX 580

Не так давно мы тестировали новые модели видеокарт, в основе которых лежит улучшенное ядро Barts производства компании AMD. Графические процессоры Radeon HD 6870 и Radeon HD 6850 – это представители среднего ценового диапазона новой 6800-й серии, а вот представленный на днях NVIDIA GeForce GTX 580 позиционируется как самое производительное одночиповое  решение. Эти высокие «претензии» мы постраемся подтвердить или опровергнуть, проведя собственное тестирование возможностей нового видеоускорителя.

Видеокарты на GPU предыдущей серии NVIDIA GeForce GTX 480 в течении полугода были лучшими по производительности среди одночиповых решений. Такое превосходство продукта компании NVIDIA над Radeon HD 5870 от компании AMD нельзя было назвать абсолютным. Во многих приложениях, а особенно в сценах требовательным к скорости обработки алгоритмов тесселяции, NVIDIA GeForce GTX 480 действительно была лидером. Однако остальные параметры, как-то энергопотребление, тепловыделение, цена и шумность работы видеокарт на NVIDIA GeForce GTX 480 серьезно уступали «топовому» решению Radeon HD 5870 от компании AMD. Именно по причине высокого энергопотребления специалисты компании NVIDIA до сих пор не смогли выпустить двухчиповую видеокарту на своем «топовом» ядре, выполненном на архитектуре Fermi. Инженеры компании AMD, отобрав кристаллы с минимально возможным напряжением питания, а значит и с минимальным энергопотреблением и теплопакетом, предложили общественности двухчиповую видеокарту Radeon HD 5970. Ее и сейчас еще можно назвать самым производительным графическим ускорителем.

Две главные проблемы, с которыми столкнулись инженеры компании NVIDIA при выпуске чипа GeForce GTX 480 - это его высокое энергопотребление и малый процент годных кристаллов при производстве. Не будем выделять одну из этих причин как главную, но в результате пользователи получили GeForce GTX 480 с неполноценным ядром архитектуры Fermi. Один из 16-ти потоковых мультипроцессоров (SM – Streaming Multiprocessors) в нем был отключен еще на заводе. Такой ход дал возможность увеличить процент работоспособных, но урезанных чипов для видеокарт GeForce GTX 480, а также это дало несколько меньшее потребление энергии и уменьшило нагрев чипа. Даже с таким урезанием видеокарта GeForce GTX 480 обеспечивает производительность превышающую, в подавляющем большинстве приложений, производительность ее главного конкурента от компании AMD, ускорителя Radeon HD 5870.

Теперь, после выхода в свет первых ускорителей новой линейки Radeon HD 6800 и скорого появления «топовых» видеокарт этой серии на ядре «Cayman» и двухчипового решения «Antilles», NVIDIA нанесла упреждающий удар компании AMD, представив рынку еще более производительное решение GeForce GTX 580. По сути, за некоторым исключением, видеокрта GeForce GTX 580 является доработанной и улучшенной версией GeForce GTX 480. Она обладает полным набором потоковых мультипроцессоров (16 штук), незначительно уменьшенным теплопакетом и энергопотреблением на фоне увеличенных частот работы. Такая совокупность возможностей дает весомое превосходство новой модели GeForce GTX 580 над ее предшественницей.

Покорение рынка «топовых» решений компанией NVIDIA сильно зависит от расстановки цен на продукты этой ниши от прямого конкурента компании AMD. Видеокарта GeForce GTX 580 предлагается в продажу по цене в 500$, тогда как стоимость на «топовый» ускоритель от AMD Radeon HD 5870 уже снизилась до 330$. Если говорить о нашем рынке, то цены примерно можно спрогнозировать: AMD Radeon HD 5870 продается в среднем по 380$, GeForce GTX 580 предположительно будет стоить 600$ и AMD Radeon HD 5970 в среднем продается по 650$. Ценовая лестница вполне соответствует производительности приведенных видеокарт и их возможностям.

Архитектура нового ядра GF110 от NVIDIA для GeForce GTX 580

Уже было сказано, что GF110 стал улучшенной модификацией GF100, и количество изменений достаточно незначительно. Более подробно об архитектуре GeForce GTX 480 можно узнать в обзоре видеокарты ZOTAC GeForce GTX 480. Кристалл обеих видеокарт имеет 40-нм техпроцесс производства и содержит более чем 3 млрд. транзисторов.

Главной целью в изменениях кристалла GeForce GTX 580 стало увеличение его суммарной производительности и вычислительной мощности. Переделаны были только две возможности ядра – удвоена скорость фильтрации FP16 и увеличена производительность в алгоритмах отбрасывания невидимых поверхностей Z-cull (были введены новые форматы тайлов).

Графический процессор GF110 получил возможность производить фильтрацию текстуры FP16 в течение одного такта, в то время как его предшественник GF100 делал это за два такта. Это даст хороший прирост в приложениях, требовательных к текстурной производительности ускорителя.

Прирост эффективности в отсечении скрытых объектов, даст GF110 лучшие возможности в приложениях с избыточной перерисовкой, и добавит эффективность использования доступной пропускной способности памяти видеоускорителя. По заявлению NVIDIA, эти две доработки дадут суммарный прирост производительности на такт, в среднем, до 14%.

Желание добиться от переработанного чипа GF110 лучших показателей энергоэффективности и увеличения выхода рабочих кристаллов при их производстве, заставило разработчиков чипа внести изменения в новое ядро на уровне кристалла. В конструкции интегральной схемы были использованы транзисторы различных типов. В местах менее требовательных к производительности использовались транзисторы с малыми токами утечки, но с большей задержкой, а в остальных местах с повышенной требовательностью к производительности транзисторы с большими токами утечки, но с увеличенным быстродействием. Именно эти изменения привели к весьма существенной экономии энергии, что и дало NVIDIA возможность поднять тактовые частоты ядра на 72 МГц и задействовать 16-й потоковый мультипроцессор SM, который был отключен в ядре GF100, используемом в оригинальном дизайне GeForce GTX 480. Один потоковый мультипроцессор несет в себе 32 ядра CUDA, четыре текстурных блока и один движок геометрии PolyMorph, все они стали доступны в новой редакции ядра на дизайне Fermi. Если сравнить частотную формулу видеокарты GeForce GTX 480 (700/ 1401/ 924 МГц) с GeForce GTX 580, то у последней подняты: частота ядра до 772 МГц, частота блока шейдеров - до 1544 МГц и частота памяти - до 1002 МГц, что составляет эффективную частоту 4008 МГц. Также GF110 теперь имеет 512 функциональных ядер CUDA, 64 текстурных блока и 16 движков PolyMorph.

Остальное наполнение ядра осталось неизменным. Имеется шесть разделов растровых операций (ROP), 64-битная шина памяти у каждого, что суммарно обеспечивает 384-битную шину памяти. За такт каждый раздел обеспечивает расчет восьми 32-битных целочисленных пикселей, это суммарно обеспечивает расчет 48 пикселей за такт.

После описания теоретических возможностей нового ядра GF110 перейдем к практической части нашего обзора, опишем попавшую в нашу лабораторию видеокарту от компании ZOTAC на видеопроцессоре GeForce GTX 580.

ZOTAC GeForce GTX 580

Рассмотрим более детально технические характеристики видеокарты ZOTAC GeForce GTX 580 (ZT-50101-10P), представленные на сайте производителя:

По данным, приведенным в таблице, можно заметить, что отличий между эталонным решением ZOTAC GeForce GTX 480 и ZOTAC GeForce GTX 580, не так много. Как уже отмечалось, были изменены рабочие частоты ускорителя, количество потоковых конвейеров стало равно 512, видеокарта получила поддержку OpenGL 4.1 и ее критическая температура работы понизилась до 97 °С . Размеры самой платы, разъемы задней панели и необходимая для работы этого ускорителя минимальная мощность блока питания остались точно такими же, как и у GeForce GTX 480. Отметим поддержку видеокартой ZOTAC GeForce GTX 580 дополнительных технологий NVIDIA PureVideo HD Technology, NVIDIA 3D Vision Surround, NVIDIA PhysX Technology, NVIDIA CUDA Technology и NVIDIA SLI Technology.

К нам в тестовую лабораторию попала уже серийная видеокарта ZOTAC GeForce GTX 580, с простым и характерным для этого производителя дизайном коробки.

Упаковка видеокарты оформлена в черном и желтом цветах. На лицевой стороне картонной коробки указана модель видеокарты, объём памяти, ее тип и пропускная способность шины памяти. Есть упоминания и о поддержке фирменной технологий NVIDIA PhysX и наличии разъема HDMI. В правом верхнем углу производитель обращает внимание на поддержку фирменных технологий: NVIDIA GeForce CUDA, NVIDIA PureVideo HD, NVIDIA SLI.

На обратной стороне коробки поместился небольшой обзор возможностей данной видеокарты. Описаны преимущества использования технологий: NVIDIA 3D Vision Surround и PhysX.

Наполнение полиграфии вполне информативно, покупатель сразу может узнать обо всех достоинствах и характеристиках приобретаемого им продукта.

Внутри разместилась сама видеокарта и дополнительные компоненты поставки. Вместе с графическим ускорителем можно получить следующее:

• Инструкцию пользователя;
• Диск с ПО и драйверами;
• Диск с лицензионной версией игры Prince of Persia: The Forgotten Sands;
• Наклейку, рассказывающую как подключать питание видеокарты, и предостерегающую о сильном нагреве ускорителя при нагрузках;

• Переходник питания видеокарты с двух 6-контактных разъемов на один восьмиконтактный PCI Express;
• Переходник питания видеокарты с двух MOLEX разъемов на один шестиконтактный PCI Express;
• Переходник с DVI на VGA;
• Переходник с Mini-HDMI на HDMI.

Немного озадачила наклейка с предостережением о горячей поверхности видеокарты в момент ее интенсивного использования. Точно такая же была и в комплекте поставки GeForce GTX 480, но конструкция системы охлаждения последней не закрывала пластиковым кожухом большую часть радиатора, об поверхность которого действительно можно было обжечься. В GeForce GTX 580 почти все закрыто пластиком, что предохраняет пользователя от неприятных моментов использования ускорителя. Хочется отметить, что идущие в комплекте поставки переходники питания говорят о необходимости использования достаточно мощного блока питания, как и было сказано в спецификации не менее 600 Вт. Это может вызвать некоторые проблемы при подборе конфигурации. В целом комплектация должна полноценно восполнить все нюансы установки данной видеокарты в современный системный блок.

Сама видеокарта ZOTAC GeForce GTX 580 выполнена на темном текстолите, лицевая сторона которого закрыта системой охлаждения с кожухом из темного пластика.

Видеокарта GeForce GTX 580 использует печатную плату точно таких же габаритных размеров, как и GeForce GTX 480 – ее длина составляет 267 мм (10,5"), то есть примерно на сантиметр короче ускорителей на Radeon HD 5870, это может помочь ей поместиться практически в любой современный корпус.

Для дополнительного питания (помимо шины PCI Express) требуется подключение одной шестиконтактной и одной восьмиконтактной вилок. NVIDIA заявляет, что такая карта имеет тепловой пакет (TDP) 244 Вт, что немного меньше чем у ее предшественника GeForce GTX 480 и существенно меньше в сравнении с Radeon HD 5970, которая едва умещается в потолок 300 Вт, установленный группой PCI-SIG. Поэтому для «топового» решения NVIDIA рекомендует блок питания мощностью 600 Вт или выше. Так же на изображении выше можно заметить два порт SLI. Это позволит объединить несколько подобных видеокарт в одну подсистему.

На обратной стороне печатной платы видеокарты разместился чип системы питания GPU - ШИМ-контроллер CHiL Semiconductor CHL8266 использующий шесть фаз. Аналогичный использовался на плате ускорителя GeForce GTX 480.

На каждую фазу питания приходится по три транзистора (один в верхнем плече и два в нижнем). Такой подход позволяет лучше отводить тепло от элементов подсистемы питания.

Память запитана через 1+1 фазы (1 фаза Vdd + 1 фаза Vddq), ими управляет контроллер Anpec APW7088. В видеокарте GeForce GTX 580 один двухканальный контроллер управляет двумя напряжениями видеопамяти Vdd и Vddq. Таким образом, суммарно получаем 6+2-фазную систему питания видеокарты ZOTAC GeForce GTX 580.

Нас немного удивило использование винтов под шестигранную звезду для крепления внутреннего алюминиевого кожуха видеокарты. При этом сам радиатор и пластиковый наружный кожух крепится обычными винтами под крестовую отвертку. Скорее всего, это сделано как дополнительная защита от снятия, зачастую достаточно крепко сидящего на термоинтерфейсе внутреннего кожуха. При неаккуратном его отделении от платы можно повредить ее элементы.

Стоит отметить и достаточно большое количество используемых в наполнении текстолита платы танталовых конденсаторов. Особое внимание можно уделить четырем танталовым конденсаторам, приведенным на изображении выше, они улучшают схему питания GPU, вследствие чего понижается температура графического ядра, в сравнении с решениями на стандартной элементной базе, используемой в GeForce GTX 480 .

Плата занимает на задней панели корпуса два слота. Для достаточно объемной системы охлаждения пользователю придется освободить место и внутри корпуса.

На интерфейсную панель выведены два порта DVI и один mini-HDMI. Плюс второй слот полностью займет выпускная решетка, обеспечивающая выдув нагретого воздуха из системного блока. Такой набор интерфейсов вывода совместно с переходниками комплекта поставки даст пользователю максимальную универсальность подключения мониторов и других устройств вывода изображения.

Установленный здесь графический процессор NVIDIA GeForce GTX 580 имеет маркировку GF110-375-A1.

Частотная схема работы видеокарты и прочие характеристики выглядят так:

Данный образец полностью повторяет все характеристики «референсной» версии ускорителя на NVIDIA GeForce GTX 580. Графический процессор на ZOTAC ZT-50101-10P работает с частотой 772 МГц, а шейдерные домены на частоте 1544 МГц соответственно. Видеопамять получила 1002 МГц реальной или 4008 МГц эффективной частоты.

На тестируемой видеокарте применены микросхемы памяти GDDR5 производства компании SAMSUNG, суммарным объемом 1536 MБ. Маркировка K4G10325FE-HC04 указывает на то, что данные чипы обеспечивают время выборки 0,4 нс, что соответствует реальной частоте 1250 МГц или 5000 МГц эффективной и обеспечивает весомый запас для разгона.

Система охлаждения

Рассмотрим поближе систему охлаждения видеокарты. Она полностью лишена тепловых трубок, которые использовались в GeForce GTX 480.

Новая конструкция системы охлаждения видеокарты GeForce GTX 580 для эффективного отвода тепла от GPU использует испарительную камеру. Тепло исходящее от графического процессора передается медной площадке, являющейся стенкой герметичного отсека, в котором находится жидкость с низкой температурой кипения. После достижения определенной температуры, жидкость меняет своё агрегатное состояние и переходит в газообразное. Равномерно распределяясь по всей внутренней полости подушки, молекулы газа передают тепло ко всем ее удаленным частям. С медной подушки тепло передается к алюминиевому радиатору системы охлаждения. Потеряв необходимое для газообразного состояния тепло, газ превращается в жидкость, конденсируясь на стенках подушки, и по специальным порам в медных стенках стекает к начальной точке испарения. Затем цикл повторяется заново. Установленный в системе охлаждения вентилятор турбинного типа гонит прохладный воздух сквозь нагретые рёбра алюминиевого радиатора и выдувает тепло за пределы корпуса.

От системы охлаждения GeForce GTX 480 здесь осталась лишь дополнительная пластина радиатора. Она закрывает верхнюю часть платы видеокарты и обеспечивает теплоотвод, через специальный термоинтерфейс, от микросхем памяти и транзисторов системы питания.

Для уменьшения энергопотребления в режиме простоя частота графического чипа GF110 снижается до 50 МГц, а частота памяти – до 67,5 МГц. Одновременно с этими действиями происходит и снижение напряжения питания на графическом процессоре до 0,95 В. В итоге, получается достаточно весомо снизить уровень энергопотребления во время бездействия системы. На нашем тестовом стенде энергопотребление видеокарты ZOTAC GeForce GTX 580 было приблизительно таким же, как и у видеокарты ZOTAC GeForce GTX 480, т.е. на уровне 145 Вт. Конечно же, логично, что по энергопотреблению в режиме простоя столь мощный видеоускоритель не может соперничать с видеокартами среднего или младшего класса. Поэтому в среднем видеокартам вроде NVIDIA GeForce GTX 460 1GB GDDR5 мощный NVIDIA GeForce GTX 580 проигрывает около 20 Вт.

Эффективность системы охлаждения

В режиме максимальной нагрузки графического ускорителя NVIDIA GeForce GTX 580 общее энергопотребление системы составило 445 Вт. Для создания подобного стресс-режима мы использовали утилиту OCCT GPU, а не более привычную FurMark. Так как при использовании последней через полминуты наблюдалось срабатывание новой защиты по перенагрузке, которую внедрил производитель. В результате, энергопотребление системы снижалось от 445 Вт до 340 Вт. По всей видимости, данная технология еще не до конца отработанна, так как при работе в схожей по характеру утилите OCCT GPU никакого снижения энергопотребления не происходило.

Благодаря уникальной системе охлаждения с испарительной камерой нагрев видеокарты ZOTAC GeForce GTX 580 удалось снизить по сравнению с видеокартами «референсного» дизайна на чипе GeForce GTX 480. Если на видеоускорителях GeForce GTX 480 в режиме стресс-нагрузки температура подымалась вплоть до значений в 100ºС, то на GeForce GTX 580 температура увеличивается только до 90 ºС, что уже кажется достижением. За счет того что эффективность нового кулера удалось на порядок нарастить, это позволило вентилятору работать на более низких оборотах с меньшим уровнем шума. Несмотря на в целом «горячий нрав» видеокарты, уровень шума ZOTAC GeForce GTX 580 даже при максимальной нагрузке не очень велик, а находится в области средних значений. Более того в видеоиграх, которые нагружают видеокарту меньше, чем стресс тест OCCT GPU, уровень шума можно совсем охарактеризовать, как ниже среднего. Поэтому у большинства геймеров шум турбины новой видеокарты точно не вызовет неудобств.