Огляд і тестування відеокарти ZOTAC GeForce GTX 580

Нещодавно ми тестували нові моделі відеокарт, в основі яких лежить поліпшене ядро Barts виробництва компанії AMD. Графічні процесори Radeon HD 6870 і Radeon HD 6850 – це представники середнього цінового діапазону нової 6800-ї серії, а ось представлений днями NVIDIA GeForce GTX 580 позиціонується як саме продуктивне одночіповое  рішення. Ці високі «претензії» ми постараємося підтвердити або спростувати, провівши власне тестування можливостей нового відеоприскорювача.

Відеокарти на GPU попередньої серії NVIDIA GeForce GTX 480 протягом півроку були кращими по продуктивності серед одночіпових рішень. Таку перевагу продукту компанії NVIDIA над Radeon HD 5870 від компанії AMD не можна було назвати абсолютною. В багатьох додатках, а особливо в сценах вимогливих до швидкості обробки алгоритмів тесселяції, NVIDIA GeForce GTX 480 дійсно була лідером. Однак інші параметри, такі як енергоспоживання, тепловиділення, ціна і гучність роботи відеокарт на NVIDIA GeForce GTX 480 серйозно поступалися «топовому» рішенню Radeon HD 5870 від компанії AMD. Саме через високе енергоспоживання фахівці компанії NVIDIA досіне змогли випустити двочіпову відеокарту на своєму «топовому» ядрі, виконаному на архітектурі Fermi. Інженери компанії AMD, відібравши кристали з мінімально можливою напругою живлення, а значить і з мінімальним енергоспоживанням і теплопакетом, запропонували двочіпову відеокарту Radeon HD 5970. Її і зараз ще можна назвати самим продуктивним графічним прискорювачем.

Дві головні проблеми, з якими зіштовхнулися інженери компанії NVIDIA при випуску чіпа GeForce GTX 480 - це його високе енергоспоживання та малий відсоток придатних кристалів при виробництві. Не будемо виділяти одну з цих причин як головну, але в результаті користувачі одержали GeForce GTX 480 з неповноцінним ядром архітектури Fermi. Один з 16-ти потокових мультипроцесорів (SM – Streaming Multiprocessors) у ньому був відключений ще на заводі. Такий хід дав можливість збільшити відсоток працездатних, але спрощених чіпів для відеокарт GeForce GTX 480, а також це дало трохи менше споживання енергії і зменшило нагрівання чіпа. Навіть з таким спрощенням відеокарта GeForce GTX 480 забезпечує продуктивність перевищуючу, в переважній більшості додатків, продуктивність її головного конкурента від компанії AMD, прискорювача Radeon HD 5870.

Тепер, після виходу перших прискорювачів нової лінійки Radeon HD 6800 і швидкої появи «топових» відеокарт цієї серії на ядрі «Cayman» і двочіпового рішення «Antilles», NVIDIA завдала попередній удар компанії AMD, представивши ринку ще більш продуктивне рішення GeForce GTX 580. По суті, за деяким виключенням, відеокрта GeForce GTX 580 є доробленою і поліпшеною версією GeForce GTX 480. Вона має повний набір потокових мультипроцесорів (16 штук), незначно зменшеним теплопакетом і енергоспоживанням на фоні збільшених частот роботи. Така сукупність можливостей дає вагому перевагу нової моделі GeForce GTX 580 над її попередницею.

Скорення ринку «топових» рішень компанією NVIDIA сильно залежить від розміщення цін на продукти цієї ніші від прямого конкурента компанії AMD. Відеокарта GeForce GTX 580 пропонується в продаж за ціною в 500$, тоді як вартість на «топовий» прискорювач від AMD Radeon HD 5870 вже знизилася до 330$. Якщо казати про наш ринок, то ціни приблизно можна спрогнозувати: AMD Radeon HD 5870 продається в середньому по 380$, GeForce GTX 580 приблизно буде коштувати 600$ і AMD Radeon HD 5970 у середньому продається по 650$. Цінові сходи цілком відповідає продуктивності наведених відеокарт і їх можливостям.

Архітектура нового ядра GF110 від NVIDIA для GeForce GTX 580

Вже було сказано, що GF110 став поліпшеною модифікацією GF100, і кількість змін досить незначна. Більш докладно про архітектуру GeForce GTX 480 можна довідатися в огляді відеокарти ZOTAC GeForce GTX 480. Кристал обох відеокарт має 40-нм техпроцес виробництва та містить більше ніж 3 млрд. транзисторів.

Головною метою в змінах кристала GeForce GTX 580 стало збільшення його сумарної продуктивності і обчислювальної потужності. Перероблені були тільки дві можливості ядра – подвоєна швидкість фільтрації FP16 і збільшена продуктивність в алгоритмах відкидання невидимих поверхонь Z-cull (були введені нові формати тайлів).

Графічний процесор GF110 одержав можливість робити фільтрацію текстури FP16 протягом одного такту, в той час як його попередник GF100 робив це за два такти. Це дасть гарний приріст у додатках, вимогливих до текстурної продуктивності прискорювача.

Приріст ефективності у відсіканні прихованих об'єктів, дасть GF110 кращі можливості в додатках з надлишковим перемальовуванням, і додасть ефективність використання доступної пропускної здатності пам'яті відеоприскорювача. За заявою NVIDIA, ці дві доробки дадуть сумарний приріст продуктивності на такт, в середньому, до 14%.

Бажання досягти від переробленого чіпа GF110 кращих показників енергоефективності та збільшення виходу робочих кристалів при їх виробництві, змусило розробників чіпа внести зміни в нове ядро на рівні кристала. У конструкції інтегральної схеми були використані транзистори різних типів. У місцях менш вимогливих до продуктивності використовувалися транзистори з малими струмами витоку, але з більшою затримкою, а в інших місцях з підвищеною вимогливістю до продуктивності транзистори з більшими струмами витоку, але з збільшеною швидкодією. Саме ці зміни привели до досить суттєвої економії енергії, що і дало NVIDIA можливість підняти тактові частоти ядра на 72 МГц і задіяти 16-й потоковий мультипроцесор SM, який був відключений у ядрі GF100, використовуваному в оригінальному дизайні GeForce GTX 480. Один потоковий мультипроцесор несе в собі 32 ядра CUDA, чотири текстурні блоки і один движок геометрії Polymorph, всі вони стали доступні в новій редакції ядра на дизайні Fermi. Якщо порівняти частотну формулу відеокарти GeForce GTX 480 (700/ 1401/ 924 МГц) з GeForce GTX 580, то в останньої підняті: частота ядра до 772 МГц, частота блоку шейдерів - до 1544 МГц і частота пам'яті - до 1002 МГц, що становить ефективну частоту 4008 МГц. Також GF110 тепер має 512 функціональних ядер CUDA, 64 текстурних блоку і 16 движків Polymorph.

Решта наповнення ядра залишилося незмінним. Є шість розділів растрових операцій (ROP), 64-бітна шина пам'яті в кожного, що сумарно забезпечує 384-бітну шину пам'яті. За такт кожен розділ забезпечує розрахунки восьми 32-бітних цілочисельних пікселів, це сумарно забезпечує розрахунки 48 пікселів за такт.

Після опису теоретичних можливостей нового ядра GF110 перейдемо до практичної частини нашого огляду, опишемо, що потрапила в нашу лабораторію відеокарту від компанії ZOTAC на відеопроцесорі GeForce GTX 580.

ZOTAC GeForce GTX 580

Розглянемо більш детально технічні характеристики відеокарти ZOTAC GeForce GTX 580 (ZT-50101-10P), представлені на сайті виробника:

За даними, наведеними у таблиці, можна помітити, що відмінностей між еталонним рішенням ZOTAC GeForce GTX 480 і ZOTAC GeForce GTX 580, не так багато. Як ми вже відзначали, були змінені робочі частоти прискорювача, кількість потокових конвеєрів стала рівно 512, відеокарта одержала підтримку OpenGL 4.1 і її критична температура роботи понизилася до 97 °С . Розміри самої плати, роз’єми задньої панелі і необхідна для роботи цього прискорювача мінімальна потужність блока живлення залишилися точно такими ж, як і в GeForce GTX 480. Відзначимо підтримку відеокартою ZOTAC GeForce GTX 580 додаткових технологій NVIDIA PureVideo HD Technology, NVIDIA 3D Vision Surround, NVIDIA PhysX Technology, NVIDIA CUDA Technology і NVIDIA SLI Technology.

До нас у тестову лабораторію потрапила вже серійна відеокарта ZOTAC GeForce GTX 580, з простим і характерним для цього виробника дизайном коробки.

Упаковка відеокарти оформлена в чорному і жовтому кольорі. На лицьовій стороні картонної коробки зазначена модель відеокарти, об'єм пам'яті, її тип і пропускна здатність шини пам'яті. Є згадування і про підтримку фірмовій технологій NVIDIA PhysХ і наявності роз’єму HDMI. У правому верхньому куті виробник звертає увагу на підтримку фірмових технологій: NVIDIA GeForce CUDA, NVIDIA PureVideo HD, NVIDIA SLI.

На звороті коробки помістився невеликий огляд можливостей даної відеокарти. Описані переваги використання технологій: NVIDIA 3D Vision Surround і PhysХ.

Наповнення поліграфії цілком інформативно, споживач одразу може довідатися про всі переваги і характеристики продукту, що купується їм.

Всередині розмістилася сама відеокарта і додаткові компоненти поставки. Разом з графічним прискорювачем можна одержати наступне:

• Інструкцію користувача;
• Диск з ПЗ і драйверами;
• Диск з ліцензійною версією гри Prince of Persia: The Forgotten Sands;
• Наклейку, що розповідає як підключати живлення відеокарти та застерігає щодо сильного нагрівання прискорювача при навантаженнях;

• Перехідник живлення відеокарти з двох 6-контактних роз’ємів на один восьмиконтактний PCI Express;
• Перехідник живлення відеокарти з двох MOLEX роз’ємів на один шестиконтактний PCI Express;
• Перехідник з DVI на VGA;
• Перехідник з Mini-HDMI на HDMI.

Трохи спантеличила наклейка з застереженням про гарячу поверхню відеокарти в момент її інтенсивного використання. Точно така ж була і в комплекті поставки GeForce GTX 480, але конструкція системи охолодження останньої не закривала пластиковим кожухом більшу частину радіатора, про поверхню якого дійсно можна було обпектися. В GeForce GTX 580 майже все закрите пластиком, що оберігає користувача від неприємних моментів використання прискорювача. Хочеться відзначити, що перехідники живлення, які маємо в комплекті поставки, будуть необхідні при використанні досить потужного блоку живлення, як і було сказано в специфікації не менше 600 Вт. Це може викликати деякі проблеми при доборі конфігурації. Взагалі, комплектація повинна повноцінно заповнити всі нюанси встановлення даної відеокарти в сучасний системний блок.

Сама відеокарта ZOTAC GeForce GTX 580 виконана на темному текстоліті, лицьова сторона якого закрита системою охолодження з кожухом з темного пластику.

Відеокарта GeForce GTX 580 використовує друковану плату точно таких же габаритних розмірів, як і GeForce GTX 480 – її довжина становить 267 мм (10,5"), тобто приблизно на сантиметр коротше прискорювачів на Radeon HD 5870, це може допомогти їй поміститися практично в будь-який сучасний корпус.

Для додаткового живлення (крім шини PCI Express) потрібно підключення одного шестиконтактного і одного восьмиконтактного роз’єму. NVIDIA заявляє, що така карта має тепловий пакет (TDP) 244 Вт, що трохи менше ніж у її попередника GeForce GTX 480 і суттєво менше в порівнянні з Radeon HD 5970, яка ледь поміщається в межу 300 Вт, встановлений групою PCI-SIG. Тому для «топового» рішення NVIDIA рекомендує блок живлення потужністю 600 Вт або вище. Також на зображенні вище можна помітити два порти SLI. Це дозволить об'єднати декілька подібних відеокарт в одну підсистему.

На звороті друкованої плати відеокарти розмістився чіп системи живлення GPU - ШІМ-онтролер Chil Semiconductor CHL8266, що використовує шість фаз. Аналогічний використовувався на платі прискорювача GeForce GTX 480.

На кожну фазу живлення доводиться по три транзистори (один у верхньому плечі і два в нижньому). Такий підхід дозволяє краще відводити тепло від елементів підсистеми живлення.

Пам'ять має живлення через 1+1 фази (1 фаза Vdd + 1 фаза Vddq), ними керує контролер Anpec APW7088. У відеокарті GeForce GTX 580 один двоканальний контролер керує двома напругами відеопам'яті Vdd і Vddq. Таким чином, сумарно одержуємо 6+ 2-фазну систему живлення відеокарти ZOTAC GeForce GTX 580.

Нас трохи здивувало використання гвинтів під шестигранну зірку для кріплення внутрішнього алюмінієвого кожуха відеокарти. При цьому сам радіатор і пластиковий зовнішній кожух кріпиться звичайними гвинтами під хрестову викрутку. Швидше за все, це зроблено як додатковий захист від зняття, що найчастіше досить міцно сидить на термоінтерфейсі внутрішнього кожуха. При необережному його відділенні від плати можна пошкодити її елементи.

Варто відзначити і досить велику кількість використовуваних у наповненні текстоліту плати танталових конденсаторів. Особливу увагу можна приділити чотирьом танталовим конденсаторам, наведеним на зображенні вище, вони поліпшують схему живлення GPU, внаслідок чого знижується температура графічного ядра, у порівнянні з рішеннями на стандартній елементній базі, використовуваній в GeForce GTX 480 .

Плата займає на задній панелі корпуса два слоти. Для досить об'ємної системи охолодження користувачу доведеться звільнити місце і всередині корпуса.

На інтерфейсну панель виведено два порти DVI і один mini-HDMI. Плюс другий слот повністю займе випускну сітку, що забезпечує видув нагрітого повітря з системного блоку. Такий набір інтерфейсів виводу разом з перехідниками комплекту поставки дасть користувачу максимальну універсальність підключення моніторів і інших пристроїв виводу зображення.

Встановлений тут графічний процесор NVIDIA GeForce GTX 580 має маркування GF110-375-A1.

Частотна схема роботи відеокарти та інші характеристики виглядають так:

Даний зразок повністю повторює всі характеристики «референсної» версії прискорювача на NVIDIA GeForce GTX 580. Графічний процесор на ZOTAC ZT-50101-10P працює з частотою 772 МГц, а шейдерні домени на частоті 1544 МГц відповідно. Відеопам'ять одержала 1002 МГц реальної чи 4008 МГц ефективної частоти.

На протестованій відеокарті застосовані мікросхеми пам'яті GDDR5 виробництва компанії SAMSUNG, сумарним об'ємом 1536 MБ. Маркування K4G10325FE-HC04 вказує на те, що дані чіпи забезпечують час вибірки 0,4 нс, що відповідає реальній частоті 1250 МГц чи 5000 МГц ефективній і забезпечує вагомий запас для розгону.

Система охолодження

Розглянемо ближче систему охолодження відеокарти. Вона повністю позбавлена теплових трубок, які використовувалися в GeForce GTX 480.

Нова конструкція системи охолодження відеокарти GeForce GTX 580 для ефективного відводу тепла від GPU використовує випарну камеру. Тепло виходить від графічного процесора і передається на мідну основу, що є стінкою герметичного відсіку, у якому знаходиться рідина з низькою температурою кипіння. Після досягнення певної температури, рідина змінює свій агрегатний стан і переходить у газоподібний. Рівномірно розподіляючись по всій внутрішній порожнині подушки, молекули газу передають тепло до всіх її віддалених частин. З мідної подушки тепло передається до алюмінієвого радіатора системи охолодження. Втративши необхідне для газоподібного стану тепло, газ перетворюється в рідину, конденсуючись на стінках подушки, і по спеціальних порах у мідних стінках стікає до початкового пункту випаровування. Потім цикл повторюється знову. Встановлений у системі охолодження вентилятор турбінного типу жене холодне повітря крізь нагріті ребра алюмінієвого радіатора і видуває тепло за межі корпуса.

Від системи охолодження GeForce GTX 480 тут залишилася лише додаткова пластина радіатора. Вона закриває верхню частину плати відеокарти і забезпечує відведення тепла, через спеціальний термоінтерфейс, від мікросхем пам'яті і транзисторів системи живлення.

Для зменшення енергоспоживання в режимі простою частота графічного чіпа GF110 знижується до 50 МГц, а частота пам'яті – до 67,5 МГц. Одночасно з цими діями відбувається і зниження напруги живлення на графічному процесорі до 0,95 В. Взагалі, виходить досить суттєво знизити рівень енергоспоживання під час бездіяльності системи. На нашому тестовому стенді енергоспоживання відеокарти ZOTAC GeForce GTX 580 було приблизно таким же, як і у відеокарти ZOTAC GeForce GTX 480, тобто на рівні 145 Вт. Звісно ж, логічно, що по енергоспоживанню в режимі простою настільки потужний відеоприскорювач не може суперничати з відеокартами середнього або молодшого класу. Тому в середньому відеокартам NVIDIA GeForce GTX 460 1GB GDDR5 потужний NVIDIA GeForce GTX 580 програє близько 20 Вт.

Ефективність системи охолодження

В режимі максимального навантаження графічного прискорювача NVIDIA GeForce GTX 580 загальне енергоспоживання системи склало 445 Вт. Для створення подібного стрес-режиму ми використовували утиліту OCCT GPU, а не більш звичну FurMark. Оскільки при використанні останньої через півхвилини спостерігалося спрацьовування нового захисту по перенавантаженню, яке впровадив виробник. В результаті, енергоспоживання системи знижувалося від 445 Вт до 340 Вт. Як видно, дана технологія ще не до кінця відпрацьована, бо при роботі в схожій по характеру утиліті OCCT GPU ніякого зниження енергоспоживання не відбувалося.

Завдяки унікальній системі охолодження з випарною камерою нагрівання відеокарти ZOTAC GeForce GTX 580 вдалося знизити в порівнянні з відеокартами «референсного» дизайну на чіпі GeForce GTX 480. Якщо на відеоприскорювачах GeForce GTX 480 у режимі стрес-навантаження температура піднімалася аж до значень в 100ºС, то на GeForce GTX 580 температура збільшується тільки до 90 ºС, що вже здається досягненням. За рахунок того що ефективність нового кулера вдалося на порядок наростити, це дозволило вентилятору працювати на більш низьких обертах з меншим рівнем шуму. Незважаючи на в цілому «гарячу вдачу» відеокарти, рівень шуму ZOTAC GeForce GTX 580 навіть при максимальному навантаженні не дуже великий, а знаходиться в області середніх значень. Більш того, у відеоіграх, які навантажують відеокарту менше, ніж стрес тест OCCT GPU, рівень шуму можна зовсім охарактеризувати як нижче середнього. Тому в більшості геймерів шум турбіни нової відеокарти точно не викличе незручностей.