Огляд і тестування відеокарти NVIDIA GeForce GTX 750 Ti

Задовольняйся тим що маєш, але прагни до кращого.
Сократ

В 2010 році компанія NVIDIA представила нову мікроархітектуру – NVIDIA Fermi, яка стала ще одним великим кроком вперед для індустрії графічних прискорювачів у цілому. Вона привнесла з собою масу інновацій і поліпшень, які дозволили відеокартам на її основі демонструвати небачений рівень продуктивності. Так, велика швидкість роботи флагманського рішення NVIDIA GeForce GTX 480 була порівнянна лише з не менш значним його тепловиділенням і енергоспоживанням. Але й перші електронні цифрові комп'ютери займали величезні приміщення та споживали кіловати енергії. Але якщо світовому співтовариству вчених знадобилися десятиліття, щоб скоротити ці показники до прийнятного рівня для створення персональних комп'ютерів, то інженерам компанії NVIDIA було необхідно лише 4 роки для розробки та реалізації відеокарти із практично тим же рівнем продуктивності, але з 4-кратним зменшенням енергоспоживання та 3-кратним зниженням кінцевої вартості. Інтригуюче, чи не так?

Давайте ж більш детально познайомимося з графічним процесором NVIDIA GM107. Він являє собою перше покоління 28-нм мікроархітектури NVIDIA Maxwell, яка сфокусована на створенні енергоефективних рішень для компактних десктопних і мобільних систем. Пізніше з'явиться й друге покоління, яке вже адресоване в сегмент продуктивних адаптерів для ентузіастів.

Знайомство з новою мікроархітектурою найкраще почати зі структури використовуваного графічного ядра, порівнявши її зі зразком попереднього покоління, що дозволить відразу ж побачити ключові нововведення.

Структура графічного процесора NVIDIA GM107 (NVIDIA Maxwell)

Структура графічного процесора NVIDIA GK107 (NVIDIA Kepler)

Як бачимо, у цілому структура збереглася: є движок GigaThread Engine, представлений ще в мікроархітектурі NVIDIA Fermi; кластер обробки графіки GPC (Graphics Processing Cluster), у якому сконцентрована більшість обчислювальних блоків; ROP-блоки, які традиційно винесені за межі GPC, загальна кеш-пам'ять L2 і два 64-бітні контролери оперативної пам'яті. Ключовими ж елементами кластера GPC знову ж виступають потокові мультипроцесори SMM (Streaming Multiprocessor Maxwell). Саме з них ми й почнемо знайомство із ключовими нововведеннями.

Структура потокового мультипроцесора SMM мікроархітектури NVIDIA Maxwell

Структура потокового мультипроцесора SMX мікроархітектури NVIDIA Kepler

Перше, що впадає в око, це поділ модуля SMM на чотири окремі обчислювальні блоки. Кожний з них має буфер інструкцій, планувальник, 32 CUDA-ядра та ряд інших необхідних для повноцінної роботи конструктивних елементів. Кожна пара таких обчислювальних блоків має у своєму розпорядженні 4 текстурних блоки та спільну кеш-пам'ять L1, яка також використовується в якості кеш-пам'яті текстурних блоків. Таким чином, один модуль SMM поєднує в собі 128 CUDA-ядер і 8 текстурних блоків. Для дизайну SMX характерне використання 192-х CUDA-ядер і 16-ти текстурних блоків з 4-ма загальними планувальниками та загальною кеш-пам'яттю L1. Застосування більш гнучкої структури привело до підвищення енергоефективності роботи кожного ядра CUDA на 35%. До того ж були оптимізовані алгоритми функціонування планувальника. Додатково з'явилася можливість більш гнучкого відключення частини незадіяних CUDA-ядер при роботі з невимогливими додатками, що знову ж веде до підвищення енергоефективності.

Якщо тепер повернутися до загальної структури, то ми побачимо, що в процесорному кластері NVIDIA GM107 є 5 блоків SMM, тобто максимум 640 CUDA-ядер і 40 текстурних блоків. В NVIDIA GK107 присутні лише 2 блоки SMX, що відповідає 384 CUDA-ядрам і 32-м текстурним блокам. Більше того, інженери компанії NVIDIA оптимізували структуру кожного значимого компонента на транзисторному рівні. У результаті загальна площа графічного процесора збільшилася лише на 25%, тоді як кількість CUDA-ядер зросла на 67%, швидкість обробки текстур підвищилася на 20%, ріст пікової продуктивності склав 61%, а зменшення показника TDP досягнуло 6%.

Ще одним дуже важливим нововведенням у мікроархітектурі NVIDIA Maxwell стало збільшення загальної кеш-пам'яті L2 з 256 КБ (NVIDIA GK107) до 2 МБ (NVIDIA GM107). Це дозволяє суттєво знизити кількість звертань до зовнішньої пам'яті, що приводить до підвищення швидкодії та до зниження енергоспоживання. Загалом, графічний процесор NVIDIA Maxwell дозволяє досягнути 2-кратного підвищення показника продуктивність/Вт при збереженні 28-нм техпроцесу виробництва.

Підсумкова порівняльна таблиця специфікації графічних ядер NVIDIA GM107 і NVIDIA GK107 виглядає наступним чином:

Модель	NVIDIA GK107 (Kepler)	NVIDIA GM107 (Maxwell)
Техпроцес, нм	28	28
Розмір кристала, мм2	118	148
Кількість транзисторів, млрд.	1,3	1,87
Кількість CUDA-ядер	384	640
Кількість текстурних блоків	32	40
Кількість ROP-блоків	16	16
Базова тактова частота, МГц	1058	1020
Динамічна тактова частота, МГц	-	1085
Продуктивність, GFLOPs	812,5	1305,6
Швидкість заповнення текстур, Gigatexel/с	33,9	40,8
Обсяг кеш-пам'яті L2, КБ	256	2048
Тип відеопам'яті	GDDR5	GDDR5
Ефективна тактова частота відеопам'яті, МГц	5000	5400
Розрядність шини пам'яті, біт	128	128
Пропускна здатність, ГБ/с	80	86,4

Відзначимо, що ми вказали лише найбільш значні відмінності, але в процесі створення NVIDIA GM107 була пророблена колосальна робота з оптимізації кожного значимого елемента, починаючи від поліпшень у структурі блоків керування та планування й закінчуючи балансуванням робочих навантажень і більш гнучкою зміною тактових частот залежно від рівня навантажень.

Додатково був поліпшений і модуль NVENC. Він відповідає за апаратне кодування / декодування відео формату H.264 і активно використовується в роботі технології NVIDIA ShadowPlay, дозволяючи геймерам зберігати будь-який ігровий процес. І якщо модуль NVENC у мікроархітектурі NVIDIA Kepler дозволяв прискорити процес кодування H.264-відео в 4 рази, то в NVIDIA Maxwell цей показник уже становить 6-8 разів. Процес декодування прискорений в 8-10 разів. Враховуючи ще й інтеграцію спеціальної кеш-пам'яті для декодування, а також більш ефективну роботу підсистеми пам'яті, ми одержали підвищення продуктивності при одночасному зниженні енергоспоживання та зменшенні навантаження на систему (яке й так було мінімальним).

Ну і наостанок розгляду мікроархітектури NVIDIA Maxwell виділимо ще й імплементацію нового енергозберігаючого стану – GC5. Він відповідає за скорочення енергоспоживання при незначних навантаженнях, наприклад, під час перегляду відео. Чому компанія NVIDIA приділяє так багато уваги саме питанню оптимізації енергоспоживання? Все дуже просто: відповідно до обраної стратегії подальшого розвитку, всі мікроархітектури графічних процесорів (починаючи з NVIDIA Maxwell) розробляються в першу чергу з урахуванням їхньої подальшої інтеграції в мобільних пристроях (смартфонах, планшетах, ноутбуках), а вже потім вони масштабуються для більш продуктивних систем.

А тепер давайте познайомимося з офіційною презентацією графічного процесора NVIDIA GM107 і перших відеокарт на його основі: NVIDIA GeForce GTX 750 і NVIDIA GeForce GTX 750 Ti.

Вступна її частина пройшла під девізом «Next-GEN PC GAMING». Основний акцент у ній зроблений на те, яким чином компанія NVIDIA змінює підхід до сприйняття комп'ютерних ігор. По-перше, вона постійно працює над розробкою та удосконаленням інструментів і механізмів для створення барвистого й реалістичного зображення, які використовуються в багатьох іграх, включаючи найбільш популярні. По-друге, розроблена апаратно-програмна технологія NVIDIA ShadowPlay для якісного та швидкого збереження будь-якого ігрового процесу.

По-третє, реалізована технологія NVIDIA G-SYNC, яка дозволяє синхронізувати частоту оновлення монітора зі швидкістю рендерингу графічного процесора, поліпшуючи тим самим якість відображення картинки. По-четверте, за допомогою ігрової консолі NVIDIA SHIELD втілена ідея мобільності традиційних ПК-ігор: можна або грати в них безпосередньо на самій консолі, одержуючи необхідні дані бездротовим шляхом із ПК, або ж використовувати її в якості приставки для відтворення ігрового процесу на широкоформатному екрані сумісного телевізора.

Однак ці моменти вже не нові, тому концентруватися на них автори презентації не стали, адже не вони є винуватцями урочистостей, а відеокарти NVIDIA GeForce GTX 750 і GeForce GTX 750 Ti.

Знайомство з ними почалося із ключової мікроархітектурної особливості: поділ SM-модуля на чотири обчислювальні блоки. Це стало однією з причин суттєво збільшених показників продуктивності: на 135% покращилася продуктивність на ядро та в 2 рази зросло значення продуктивності на Вт. Подальшого заглиблення в особливості мікроархітектури NVIDIA Maxwell не було, однак не варто звинувачувати в цьому авторів презентації, адже їхньою метою було освітлення найбільш значимих моментів. До того ж компанія NVIDIA люб'язно постачила всіх бажаючих більш докладною інформацією.

Далі пішли лише об'єктивні цифри та інформативні графіки, які наочно демонструють усю красу втілення мікроархітектури NVIDIA Maxwell у перших її представниках.

Першу розглянемо модель NVIDIA GeForce GTX 750. Рівень її продуктивності зріс на 300%, а споживана потужність знизилася практично вдвічі в порівнянні з моделлю NVIDIA GeForce GTS 450.

Компактні габарити її друкованої плати та системи охолодження, відсутність необхідності підключення додаткового кабелю живлення PCIe і відмінні оверклокерські можливості дозволяють створювати на її основі компактні ігрові станції із прийнятним рівнем продуктивності в сучасних іграх на середніх і високих налаштуваннях графіки.

Модель NVIDIA GeForce GTX 750 відмінно себе почуває й у порівнянні з основним конкурентом – AMD Radeon R7 260, обходячи його за рівнем продуктивності в багатьох популярних іграх. Ще більш красномовними є показники TDP: тут компанії AMD є над чим попрацювати й до чого прагнути.

Наостанок розглянемо технічну специфікацію моделі NVIDIA GeForce GTX 750. Наявність 512 CUDA-ядер свідчить про підтримку лише 4-х блоків SMM замість 5-ти в повній версії GPU NVIDIA GM107, відповідно, кількість текстурних блоків зменшилася з 40 до 32.

При цьому тактові частоти графічного процесора та відеопам'яті залишилися без змін: 1020 / 1085 МГц для GPU і 1400 / 5400 МГц для 1-ого ГБ 128-бітної GDDR5-пам'яті. Підключення додаткових кабелів живлення не потрібне (TDP усього 55 Вт), а для виведення зображення доступні два порти DVI (DVI-I, DVI-D), один mini-HDMI або опціональний DisplayPort 1.2. Еталонний зразок цієї новинки виглядає наступним чином.

У ритмі вальсу переходимо до знайомства з моделлю NVIDIA GeForce GTX 750 Ti, яка побудована на основі повнофункціонального графічного процесора NVIDIA GM107.

Як бачимо, показник продуктивність на Вт для цієї моделі в 4 рази кращий, ніж у її аналога з мікроархітектурою NVIDIA Fermi (NVIDIA GeForce GTX 550 Ti). Як бачимо, в 2 рази зріс рівень продуктивності та практично в 2 рази знизилося споживання електроенергії. Тобто в користувачів є всі передумови для модернізації своїх ПК.

Знову ж, компактні габарити, відсутність додаткового живлення та вражаючий розгінний потенціал (у лабораторних умовах була досягнута частота 1250 МГц) сприяють максимально широкій інтеграції новинки в різноманітних системах, включаючи найбільш компактні.

Конкурентний аналог у вигляді AMD Radeon R7 260X також не може протистояти натиску нової мікроархітектури. І якщо за показником продуктивності ситуація не настільки драматична, то в плані енергоефективності моделі NVIDIA GeForce GTX 750 Ti поки немає рівних. Тепер стає зрозумілий стрімкий анонс графічного адаптера AMD Radeon R7 265 і коректування цін на відеокарти серії AMD Radeon R7 260. Погодьтеся, адже добре, коли йде настільки напружена та безкомпромісна боротьба між виробниками! У підсумку ми одержуємо якісніші продукти за нижчими цінами.

Зведена таблиця технічної специфікації відеокарти NVIDIA GeForce GTX 750 Ti уже нам знайома. У ній залишається лише відзначити наявність 1-ого або 2-х ГБ 128-бітної GDDR5-пам'яті та аналогічного, як і в NVIDIA GeForce GTX 750, набору зовнішніх інтерфейсів.

Завершив презентацію новинок слайд із їхнім позиціонуванням у модельному ряду компанії NVIDIA. Зокрема, вони прийшли на зміну графічному адаптеру NVIDIA GeForce GTX 650 Ti. Також із продажу вже практично пішла модель NVIDIA GeForce GTX 650 Ti BOOST.

Що ж стосується роздрібної вартості нових адаптерів, то в Україні модель NVIDIA GeForce GTX 750 буде доступна за ціною від 1090 гривень, у Росії – від 4490 рублів, а в США – від $119 (без податків). Аналогічні показники для версії NVIDIA GeForce GTX 750 Ti становлять від 1290 гривень, від 5490 рублів і від $149 (без податків) відповідно.

А тепер давайте перейдемо до ще цікавішої частини знайомства з мікроархітектурою NVIDIA Maxwell – огляду та тестуванню відеокарти NVIDIA GeForce GTX 750 Ti. Почнемо ж його за традицією з вивчення специфікації.

Зовнішній вигляд і елементна база

Відеокарта NVIDIA GeForce GTX 750 Ti виконана на досить невеликій друкованій платі чорного кольору, що дозволяє говорити про її відмінну сумісність із більшістю навіть найкомпактніших корпусів. Що стосується елементної бази, то в складі даної новинки використані цілком стандартні компоненти з підвищеним ресурсом роботи. Звичайно ж, партери компанії NVIDIA обов'язково представлять і власні зразки з використанням більш якісної елементної бази.

Живлення моделі NVIDIA GeForce GTX 750 Ti виконане за цілком очікуваною і досить простою трифазною схемою (дві фази для GPU і одна для чіпів пам'яті). Напевно в продажі можна буде зустріти й модифікації з посиленою підсистемою живлення, однак для відеокарти даного класу й трьох фаз цілком достатньо.

У якості ШІМ-контролера використовується мікросхема невідомого виробництва з маркуванням 81172. Оскільки виробник нам невідомий, то й виявити яку-небудь інформацію про нього, на жаль, не вдалося.

TDP новинки знаходиться на рівні всього 60 Вт, тому її живлення здійснюється винятково за допомогою слоту PCI Express 3.0 х16. Також нагадаємо, що для системи зі встановленою відеокартою буде досить блока живлення потужністю всього 300 Вт, що робить її відмінним вибором для мультимедійних HTPC.

Зворотна сторона відеокарти примітна хіба що кріпильними гвинтами системи охолодження. Також відзначаємо наявність чотирьох посадкових місць під мікросхеми відеопам'яті, що дозволяє збільшити їхній загальний обсяг до 4-х ГБ.

Для виведення зображення на графічному адаптері NVIDIA GeForce GTX 750 Ti передбачений наступний набір інтерфейсів:

• 1 х DVI-I;
• 1 х DVI-D;
• 1 х mini-HDMI.

Підтримуються наступні роздільні здатності:

• цифрова - до 4096 x 2160;
• аналогова - до 2048 x 1536.

В основі тестованої новинки лежить графічний чіп NVIDIA GN107 (Maxwell) у модифікації GM107-400-A2. Він виготовлений за 28-нм техпроцесом та складається з 5 активних SMM-блоків, 640 універсальних шейдерних конвеєрів (ядер CUDA згідно з термінологією компанії NVIDIA), 40 текстурних блоків (некоректно зчитується утилітою GPU-Z 0.7.6) і 16 блоків растеризації. Як ми вже говорили, у номінальному режимі роботи частота графічного ядра становить 1020 МГц, а завдяки підтримці розглянутим продуктом технології GPU Boost 2.0 у турборежимі його швидкість в середньому становить 1085 МГц.

Пам'ять героїні нашого огляду, загальним обсягом 2 ГБ, набрана за допомогою 4-х чіпів ємністю 512 МБ кожний, виробництва компанії SK Hynix. Мікросхеми мають маркування H5GC4H24MFR T2C і, згідно з документацією, їхня номінальна частота становить 5 ГГц. Обмін даними між графічним ядром і пам'яттю здійснюється через 128-бітну шину, яка здатна пропускати 86,4 ГБ інформації за секунду.

Система охолодження

Відеокарта NVIDIA GeForce GTX 750 Ti зі встановленою системою охолодження займає два слоти розширення та має загальну довжину всього 159 мм (згідно з вимірами в нашій тестовій лабораторії).

Оскільки графічне ядро NVIDIA GM107 має досить низьке тепловиділення, то для його охолодження використовується дуже компактний кулер, який складається із круглого суцільнометалевого радіатора з оребренням та одного вентилятора з діаметром лопатей 55 мм.

На жаль, чіпи відеопам'яті та елементи підсистеми живлення GPU позбавлені якого-небудь охолодження, що може негативно позначитися на розгінному потенціалі.

При автоматичному регулюванні швидкості обертання вентилятора, у режимі максимального навантаження графічне ядро нагрілося до 68 градусів, а кулер, судячи з показів моніторингу, працював при цьому на 49% від своєї максимальної потужності. Рівень шуму можна суб'єктивно охарактеризувати як «нижчий середнього». При цьому він є абсолютно комфортним для тривалої роботи за комп'ютером і практично не відрізняється від показників у режимі простою.

Після примусового збільшення частоти обертання лопатей до максимального рівня, температура GPU опустилася до 58 градусів. Звичайно ж, при 3780 об/хв зріс і рівень шуму, який можна охарактеризувати як «вищий за середній», однак навіть у такому режимі роботи кулера відеокарта усе ще не привертає до себе надмірну увагу користувача.

При відсутності навантаження частоти графічного ядра та пам'яті автоматично знижуються, що приводить до меншого їхнього енергоспоживання й тепловиділення. Охолоджувач у такому режимі працює практично безшумно, а температура графічного ядра не перевищує позначку в 31 градус.

Підводячи підсумки тестування кулера відеокарти NVIDIA GeForce GTX 750 Ti, відзначимо, що завдяки низькому тепловиділенню графічного ядра навіть настільки компактна СО відмінно впоралася з його охолодженням. Окремо виділимо той факт, що навіть у випадку розгону та збільшення частоти обертання вентилятора до максимального рівня, рівень видаваного шуму усе ще залишається цілком комфортним для тривалої роботи за комп'ютером.

Тестування