跨入GF100新时代!GeFroce GTX480评测

内存子系统的创新特点

◆ 并行Parallel DataCache技术

    对于各种不同的应用程序来说，虽然共享缓存能够解决不少问题，但并非能够解决所有问题。程序当中经常会出现关联共享缓存的情况，而有些程序则更希望调用高速缓存，甚至还有要求两者全部调用的情况。为了让这些程序能够得到更好的优势，且满足不同的需求，GF100设计了全新的内存层级结构。

　　在GF100当中，抛弃了原有的纹理操作提供只读而像素数据提供只写的情况，改为了全新的加载/存储单元。并且在GF100当中的每一个SM阵列当中均增加了一个L1高速缓存，同时配备所有SM阵列可以共享的L2缓存，如此以来所有读取以及存储操作均可被支持。在每个SM阵列当中的64KB缓存上，可以将其分为48KB共享缓存和16KB的L1缓存组合，也可分为16KB的共享缓存和48KB的L1缓存组合。对于例如电子动态模拟这类需要大量使用共享缓存的程序，其性能将得到三倍左右的提升，而对于一些无法确定内存访问情况的程序，48BK的L1缓存设置则将会发挥更大功效。

 　　不管L1缓存容量是16KB还是48KB，它都可以通过复杂程序缓存在临时寄存器出现溢出情况有所帮助。因为在这之前，GPU在计算当中如果出现寄存器缓存溢出的现象那么这些数据将会交给DRAM来存取，访问时间必然无法与高速缓存相媲美。

　　除了容量更大的L1以及共享缓存设计外，GF100还加入了一个768KB的L2缓存设计，能够支持所有存取及纹理请求，并且能够让不同SM阵列之间进行高效的数据共享，避免了DRAM的延迟。

◆ 首款支持ECC效验的GPU

　　对于专业应用领域的Fermi架构，NVIDIA首次提供了ECC内存效验的支持，这也是显卡领域当中首款提供ECC效验的产品。ECC效验很久前就已经应用在电脑系统中了，而此次加入到显卡当中，将会对显卡执行并行处理提供更高的数据完整性，这将在医疗成像等要求数据准确性的行业当中提供更可靠的保障。

　　存储在内存当中的数据有可能会受到自然发生的辐射被更改，导致最终的数据错我，而ECC技术在错误影响到系统之前就能够发现并纠正。小范围的并行计算（例如单卡）可能并不会导致最终数据过大的错误，但是对于大型集群的密集计算来说，这样的错误往往会导致致命的问题，由此ECC技术就是一个必备需求了。

　　Fermi的寄存器文件、共享内存、一级高速缓存、二级高速缓存和DRAM内存均提供有ECC保护功能，它支持单错纠正双错检测（SECDED）ECC 代码，能够在数据被访问期间纠正硬件中的任意单位错误。此外，SECDED ECC 还确保了所有双位错误和众多多位错误能够被发现和报告，以便能够重新运行程序，而不是继续执行不良数据。

◆ 快速原子内存操作

    原子内存操作对于并行编程非常重要，它们能够允许多个线程在共享数据结构上正确执行读-修改-写操作。诸如加、减、最大值和比较-交换等原子操作均为原子级别，意味着在执行读、修改和写操作时不会被其它线程所中断。得益于硬件中多个原子单元的组合，以及二级高速缓存的添加，Fermi的原子操作性能比GT200一代高出20倍之多。

　　GigaThread引擎实际上在G80当中就已经出现过，当时的GigaThread引擎能够管理最多12288个线程。在Fermi架构当中，GigaThread引擎得到了再次提升，并且加入了最新的双级分布式线程调度器技术。GigaThread引擎负责将准备处理的线程块格为不同的SM阵列分配为线程块，而每个SM阵列当中的双Warp调度器负责将每个线程块分配为32个线程。Fermi的GigaThread引擎提升了线程吞吐率，同时动态加快了上下文交换、并发内核执行、以及改进的线程块调度等操作。

◆ 应用程序情景切换

    对CPU架构了解的朋友应该知道，在CPU内会使用上下文交换来支持多任务处理，在GPU当中的操作方式亦此。相比上一代产品的上下文交换时间，此次Fermi架构缩短到了25秒，提升幅度达到10倍左右。并且，为了能够让显卡在不同应用之间进行互换（如图形渲染和PhysX计算）的速度，Fermi架构还允许开发人员创建出能够充分利用频繁内核间通信优势的应用。

◆ 并发核心程序执行

　　在PhysX运算当中，经常会有流体以及刚体同时出现的情况，这就需要GPU能够同时对流体以及刚体解算器进行调用。因此，Fermi架构当中就加入了对并发核心程序执行的支持，其中同一应用上下文的不同内核能够同时在 GPU（图形处理器）上执行。我们依然用前面的例子来说明，如果流体解算器以及刚体解算器两者不能够支持并发核心执行，且两者任意一个操作均不能够完全占用整个GPU资源，那么按照顺序执行的情况下，GPU将会存在大量的闲置等待时间。而加入了并发核心程序执行之后，通过GigaThread引擎能够合理分配并且让所有核心并发执行流体解算器以及刚体解算器，不仅运算效能得到提升，同时也避免了GPU闲置情况。

　　2008年8月，NVIDIA首次曝光了最新的3D VISION立体幻境显示技术，在09年1月，我们硬派网显卡频道也首次为大家实际测试了3D VISION效果。它成为继PhysX效果之后，竞争对手又一项难以超越的技术（虽然目前ATI提供了3D显示技术，但实际产品仍未看到）。

 　　在今年的CeBIT 2010大展上，NVIDIA再次将这一技术升级，提出了3D VISION Surround（3D环绕立体幻境）技术。这一技术通过最新的GF100 GPU，将会让玩家在目前最为真实的显示效果当中，获得最流畅的游戏体验。

　　想要实现3D VISION Surround技术，需要玩家至少配备两块GTX400或GTX200系列产品，并且搭配三台120Hz刷新率的液晶显示器，来配合NVIDIA的3D Vision设备。关于驱动程序方面，NVIDIA将会在4月份发布256驱动，提供全面的支持。至于游戏方面，实际上目前市场上的绝大部分能够支持宽屏显示的游戏都能够直接实现3D VISION Surround支持，而无需为游戏进行升级。

3D应用领域成为未来主导

　　目前，已经有越来越多的软件厂商、硬件厂商、网络等开始提供对3D视频、游戏的支持。目前市场上已经出现了诸如：3D在线视频、3D蓝光电影、3D游戏、3D数码相机、3D笔记本、3D显示器等产品，我们也将会在今后的市场上看到更多的这样的产品。

　　NVIDIA 3D VISION Surround的渲染能力最高可达每秒7.46亿个像素，是上一代顶级游戏配置的3倍。尤其是在开启Tessellation（曲面细分）、计算着色器以及PhysX之后，游戏对GPU的要求非常高。而GF100架构专为在3D VISION Surround上实现最高性能打造。

　　当然，三台普通显示器无法实现3D VISION Surround效果，但是依然能够使用两块GTX400或GTX200系列产品通过三屏实现Surround（环绕）效果，且能够支持三台每台分辨率为2560 x 1600的显示器。

◆ 边框校正（Bezel Correction）

　　采用三屏输出，无法避免的一个问题就是显示器边框的干扰。例如两台显示器连接处由于边框的干扰将会导致画面的连接不顺畅。因此，NVIDIA为此推出了Bezel Correction（边框校正）功能。凭借边框校正功能，游戏视图的一部分可以隐藏到显示器边框后面，这样一来，边框似乎就成为游戏的一部分了。这样能够在多个显示器上呈现出更加连贯的图像，为玩家提供更加逼真的体验。它就好像乘客观看座舱窗外的风景一样，窗框挡住了玩家的一部分视线。

◆ 测试平台

◆ 平台介绍

　　测试平台方面我们依然选择了一款技嘉X58主板，测试的CPU则选择了Intel的i7处理器，主频为3.2GHz。而测试内存方面，我们依旧搭配了三条DDR3内存（单条1GB），实际性能测试频率、时序为DDR3-1066 7-7-7-20。搭建这样的平台能够更好的体现显卡之间的性能差距，降低其它设备成为显卡性能发挥的瓶颈。

    显卡方面NVIDIA此次发布的GeForce GTX 480以及GTX 470自然必不可少，同时还加入了竞争对手的两款顶级单核心产品Radeon HD 5870及HD 5850。除此以外，我们还加入了GTX 285的性能测试。

◆ 测试项目

    为了能够全方位的体现出GTX480/470的性能表现，此次测试当中选择了两款基准测试软件3DMark Vantage以及天堂2.0，分别考验DX10以及DX11的理论性能。

    游戏方面则涵盖了从DX9至DX11的共计11款游戏，并且还包括了两款PhysX物理加速游戏，共计13款游戏。

◆ 测试平台

◆ 测试产品

基准测试：3DMark Vantage

　　/3DMark Vantage图形特点/：

　　对于3DMark Vantage我们肯定不能错过。3DMark Vantage基于全新的DirectX 10技术开发，与3DMark06相比，完全采用了全新的测试场景，其中两个GPU测试场景，两个CPU测试场景。在GPU测试场景当中，使用了最新的DirectX 10特效，对于不能够支持DirectX 10的产品来说，3DMark Vantage直接为他们选判了死刑。

    /3DMark Vantage测试设置/：

测试软件：3Dmark Vantage Pro 1.00
支持 API：DirectX 10
测试场景：GT1/GT2/CT1/CT2

基准测试：天堂2.0（DX11）

　　/天堂2.0特点/：

　　游戏3D API：DX11

　　Unigine引擎发布了基于其Unigine引擎的首款DirectX 11显卡测试软件——Heaven。在GTX480发布前再次将其升级，加入了全新的测试场景，并且更加广泛的利用到了DX11当中的特效，对DX11显卡的性能需求更加苛刻。

　　/天堂2.0设置/：

    测试设置为最高画质。

    /天堂2.0方法/：

    游戏自带BenchMark测试程序，运行多次取平均值。