废电脑回收:探究本源,新一代显卡到底“新”在哪

测试了这么多显卡,行文描述中总是免不了要用到“新一代显卡”或者“最新显卡”这样的字眼,但是也被人问过“你说这是新一代显卡,那么它到底新在哪,有什么好的?”这样的问题,看似很小白,但是细想一下,还真的是个问题。废电脑回收:探究本源,新一代显卡到底“新”在哪

给显卡定义什么是“新一代”无法做到数学公式那么精确,但是可以肯定的是显卡外在的设计比如散热器、风扇肯定不是衡量因素,这个得从显卡的内在来寻找。

废电脑回收:探究本源,新一代显卡到底“新”在哪

各种各样的显卡中如何才符合“新一代”显卡的定义呢?

如此一来,那么常规的3D跑分、温度和整机功耗测试就成了表面因素了,它们还是被显卡的内在设计所控制的,倒是有那些内在因素呢?

决定性因素:GPU架构设计

第一个能想到的也只能是GPU架构设计,这一点是不带丝毫犹豫的,我们常说的显卡升级换代指的就是GPU芯片架构变化了没有,因为它几乎决定了显卡各方面的表现,比如性能、技术规格、频率等等关键指标。

远的就不说了,这里就AMD显卡进入DX10时代以来的架构为例子吧。

AMD这几年使用的架构其实源于R600,最早用于HD2900系列,HD3800的架构和规格相比HD2900系列其实没什么改变,当时的升级侧重工艺优化。

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R600架构是典型的4D+1D体系

DX10时代微软的DX规范统一了像素渲染及顶点渲染单元,改为统一渲染单元。NVIDIA的策略比较激烈,直接转向了MIMD(MultipleInstructionMultipleData,多指令多数据)体系,而AMD改良了原来的SIMD(SingleInstructionMultipleData,单指令多数据)架构,为了兼容DX的要求而形成了所谓的4D+1D的VLIW体系。

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正好今天有Videocardz做的AMD显卡进化历史

这种5D架构从HD2900一直沿用到HD3800、HD4800以及DX11时代HD5800、HD6800身上,因为结构比较简单,流处理器单元数量可以翻倍增长,到HD5800时已经达到了从最初起的320个暴增到1600个。

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VLIW5架构在HD6900时代变成了VLIW4

VLIW5虽然简单,但是随着流处理器单元的增多,效率低下的问题也日益明显,在HD6900系列显卡上AMD改进了这一架构,使之成为VLIW4架构,表面上看流处理单元数量减少了,但是因为效率提高了,性能反而增强了。

VLIW4之后AMD并没有简单的改进,终于开始研发新的架构了,这就是当前一代显卡使用的GCN架构。

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GCN架构是一次真正的革命而非简单的改良

AMD对GCN寄予厚望,因为GCN不单是新的显卡架构,而且肩负着AMD的融合计算的使命,在APU问世之后AMD考虑的是如何充分发布CPU和GPU的优势实现异构计算,所以GCN在通用计算性能着墨颇多。当然了,3D性能设计的也非常给力。

GCN就是目前AMD显卡正在使用的架构了,从做过的测试来看,它的3D性能以及计算性能与前代相比都有很大提升,这也是判断显卡是否属于新一代的最重要参考。

第二大要素:GPU制程工艺

GPU架构升级与否是定义新一代显卡的首要因素,但是GPU始终是一种半导体产品,架构再先进也脱离不了晶圆制程工艺的影响,后者不会直接决定GPU的性能高低,但是可以降低GPU核心面积、TDP以及发热等重要参数。

在GPU制程工艺上,AMD一直保持着领先优势,从65nm转向55nm、55nm转向40nm以及最近的40nm转向28nm工艺时都是AMD领先对手发布新工艺显卡,在这其中28nm工艺的升级尤其重要,堪称一次革命。

之所以强调28nm工艺升级的重要性,因为它除了是一次常规的工艺升级,也是台积电TSMC使用更多先进工艺的开始,意义堪比Intel从32nm升级到22nm3D晶体管工艺,只不过后者主要用CPU中,影响更深远一些。

之所以这么说是因为TSMC在28nm工艺节点开始启用HKMG(高K金属栅极)、Gate-Last工艺等技术,而一次升级如此多技术也带来了很大的风险,为此TSMC不得不推出了几种不同的28nm以降低风险。

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TSMC28nm工艺有四种不同的工艺级别

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28nm工艺中性能最好的是HP工艺,细分之下还有HP和HPM之分,AMD新一代显卡使用的则是28nmHP工艺,芯片密度达到了40nm时代的2倍,SRAM的面积则可以减少50%,速度比40nm工艺提高了45%,而HPL工艺的漏电流相比前代更是减少40%,大大降低了功耗。

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AMD新一代HD7000系列的GPU性能大增的同时核心面积并没有大幅增加

以AMD为例,新一代显卡使用的核心分别是HD7900系列的Tahiti、HD7800系列的Pitcaron以及HD7700系列的CapeVerde,晶体管规模分别是43.1亿、28亿以及15亿,核心面积只有365mm2、212mm2以及123mm2,TDP功耗反而比上一代的HD6900系列还要低,发热上也明显占优,新工艺带来的优势非常明显,这也是能够称呼他们为新一代显卡的主要原因。

非必要但很重要的指标:先进技术支持

架构+工艺这两个要素基本上就能决定显卡到底是不是“值得升级的新一代”了,这部分的“先进技术”说起来也很笼统,也不是新一代显卡必须要具备的特点,不过这些技术的存在也是锦上添花,可以让显卡用的更舒心。

·先进的多屏技术支持

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宽域2.0技术

AMD在第一代DX11显卡HD5800系列中引入了名为“Eyefinity”宽域技术,支持多屏幕显示,在这一代的HD7000系列显卡中又增强为Eyefinity2.0(宽域2.0)。

Eyefinity2.0增加了新的5屏排列方式,配置更加灵活,而且最大分辨率支持到16K*16K,完全超越了当前的主流需求。

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与之对应的则是显卡的接口全面数字化,DVI、HDMI及DisplayPort一个也不少

·高级的功耗管理技术

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前面已经提到了制程工艺升级对降低功耗的帮助,但是使用了先进的制程工艺还需要更高级的功耗管理技术配合,这也是对厂商技术的一大考验。

同样是AMD,在最新一代显卡上设计了ZeroCore功耗管理技术,在GPU空闲的时候可以将其关闭,待机功耗大幅降低,这一代的显卡限制功耗不到3W,相比前几代的90W、27W以及24W几乎是革命性进化。

·灵活的变频技术

NVIDIA的新一代GPU支持名为GPUBoost的动态超频技术,GPU频率不再固定,而是动态调整,变相提高了性能。AMD先行发布的显卡并没有这样的技术,但是今年中AMD推出了名为PowerTuneTechnologyWithBoost的技术(简称PTWB),同样具备了动态超频技术。

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PTWB目前还只应用在了HD7970GHzEdition、HD7950等部分显卡上,前者的频率可以从1.0GHz加速到1.05GHz,后者不仅提升频率到850MHz,动态加速频率也达到了925MHz。

总结:

以上这些只是一些简单的例子,在为显卡“分级”的标准中,架构设计是最重要的考虑因素,因为它决定了显卡的性能和技术水平,再次的因素就是制程工艺了,虽然它不能直接决定显卡的性能水平,但是对显卡的核心面积、功耗及发热至关重要。

除了这两大主要指标之外,先进的功耗管理、高级的多屏支持等技术也有锦上添花的作用,可以丰富显卡的功能,提升显卡的易用性等等。

GPU架构升级和工艺升级不一定是同时进行,但是每次这两个因素凑在一起的时候往往会让显卡变得更强大,之前的一个例子是HD5000系列,它首次使用了40nm工艺,更是最早的DX11显卡,双重加持之下HD5000系列成为了AMD的经典,比如HD5770这款显卡从问世至今到现在都没有退役。

如今HD7000系列也是架构+工艺同时升级的显卡,综合已有的表现来看,这一代的显卡在性能、功耗、发热等主要技术指标上全面占优,有望成为新一代的经典。

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