2010-07-14
全新GF104 GPU核心
NVIDIA GeForce GTX 460繪圖卡
文: John Lam / 評測中心


受 GF100 晶片良率欠佳影響, NVIDIA DX11 產品推出時程嚴重延宕,不僅晶片成本高昂,更重要的是良率偏低令 GF100 無法完全發揮 512 CUDA Cores 威力。終於全新效能級繪圖晶片 GF104 正式登場,在簡化架構後不僅良率大幅上升、成本下降,而且在整體效能上相較採用高階 GF100 繪圖核心的 GeForce GTX 465 更優勝,定價僅 $199-229 美元的 GeForce GTX 460 繪圖卡,能否為 NVIDIA 一洗頹風成為板卡業者焦點所在。



GF104 : 256 Bit 記憶體頻寬、 32 個 ROP 單元

 

VS
GF100 與 GF104 繪圖核心架構對比 ( 按圖可放大 )

 

記憶體控制器及 ROP 單元方面, GF104 的數目均為 GF100 的 2/3 而並非切半, GF104 擁有 4 個 64Bit 記憶體控制器,合共擁有 256Bit 記憶體寬度,它可以讓 GigaThread Engine 直接控制並提供極快速的分支預測工作。因此, GigaThread Engine 能夠建立及調動線程區塊,有效地把運算線程分配至各個 CUDA 運算核心及其他運算單元﹐同時能重新分配工作給其他閒置中的運算單元,例如部份被委派進行 Tessellation 及 Rasterization 運算完成後,不需要等待下一個週期,便能立即投入工作。

 

GF104 共有 4 組 ROP 運算組,每組 ROP 運算組共有 8 個單元,合共 32 ROP 單元,負責 Pixel Blending 、 Anti-Aliasing 及 Atomic 記憶體操作,每一組 ROP 運算組均與一組 64Bit 記憶體控制器共同工作,同時各組 ROP 亦會連接至 L2 Cache ,亦因此每一組 ROP 的運算結果可即時自動更新至其他 ROP 運算組。

 

GF104 :擁有 GF100 一樣多的 64 個 Texture Units

 

GF
NVIDIA GF100 每組 SM 擁有 4 個 Texture Unit

 

Fermi 微架構的每組 GPC 均擁有一組 Raster Engine 光柵引擎及四個 SM Unit , NVIDIA 採用 GPC 設計主要有兩個原因,就是讓 Raster Engine 具有擴展性並平均地進行 Triangle Setup 、 Rasterization 及 Z-cull 運算,同時每一組 SM 亦內建了一組 PolyMorph Engine 用作 Vertex 及 Tessellation 運算。

 

據 NVIDIA 表示, GPC 的設計是經過長時間的研究,以達至 Vertex 、 Geometry 、 Raster 、 Texture 及 Pixel 等運算均取得足夠的平衡。由於 GPC 並沒有 ROP 功能在內,因此 GPC 可以把完成的運算輸出至獨立的 ROP 單元,令一組 GPC 單元的工作就像一顆獨立的 GPU ,而 GF100 架構就像是內建 4 顆繪圖核心的晶片。

 

全新 GF104 繪圖核心雖然僅擁有 2 組 GPC ,但為了要在每組 SM 擁有 48 個 CUDA Cores 的設計中,取得重新的平衡,因此 SM 的亦作出了設計上的調整,每組 SM 的 Texture Unit 由 GF100 繪圖核心的 4 個提升至 GF104 繪圖核心的 8 個,因此 GF104 雖然在 GPC 單元數目上相較 GF100 減少一半,但在 Texture Unit 的數目上卻同樣是 64 組。

 

GF
NVIDIA GF104 繪圖核心每組 SM 則提升至擁有 8 個 Texture Unit

 

GF104 : Polymorph Engine 數目減半了

 

Fixed Function
GF104 只擁有 8 個 RolyMorph Engine

 

不得不承認, NVIDIA 在 Tessellation 技術上的形勢錯估,令 GF100 繪圖核心的實力無法被完全彰顯, DirectX 11 遊戲到現在仍未到位,而且新遊戲在採用 Tessellation 技術上亦趨向保守,因此 NVIDIA 把需要大量幾何運算工作的 Tessellation 技術,由原本由一般的 CUDA Core 完成,改為由特殊功能的運算單元,以達至更高速的 Geometry 並行運算,稱為「 Polymorph Engine 」。

 

的確, Polymorph Engine 擁有獨立的 Vertex Fetch Unit 及 Tessellation 運算單元,大大提升了 GF100 晶片 Geometry 效能,現時各大遊戲廠商明確表示, Tessellation 將會被大量運用於未來推出的遊戲上,因為 Tessellation 令遊戲更具電影真實感,也是繪圖雙雄未來效能較勁的重點,但這是遙遠的未來遊戲世界,至少在可預見的短期內,遊戲廠商仍不會大量採用 Tessellation 技術,因此 GF104 繪圖核心的 Polymorph Engine 數目被切半了,由 16 組減少至僅有 8 組,也許 Tessellation 這個 DirectX 11 及未來遊戲將大量採用三角及光柵運算效能的時代來臨之時, GF100 和 GF104 晶片也被換代了。