Огляд і тестування відеокарти ZOTAC GeForce GTX TITAN

18 лютого 2013 року компанія NVIDIA представила нову флагманську відеокарту NVIDIA GeForce GTX TITAN. Як бачимо, на відміну від флагманських рішень попередніх років - NVIDIA GeForce GTX 580 і NVIDIA GeForce GTX 680 - новинка не отримала цифрового індексу. Слово Титан (др.-греч. Τιτάν) зустрічається нам не тільки у давньогрецькій міфології, хімії але й останнім часом досить часто використовується для найменування будь-яких значимих продуктів компаній виробників, наприклад згадується флагманський смартфон 2012 року від компанії HTC. Також аналогічну назву носить і комп’ютер компанії Cray Inc, що зайняв перший рядок у листопадовому рейтингу TOP500 суперкомп’ютерів світу по продуктивності на тесті Linpack. Як ви могли здогадатися, між найпотужнішим комп’ютером і новою відеокартою є певний зв’язок. У складі Cray XK7 Titan, окрім 16-ядерних процесорів AMD Opteron 6274 використовується 18 688 прискорювачів NVIDIA Tesla K20X, що базуються на мікросхемі GK110 (архітектура Kepler) який і є, по суті, серцем новинки NVIDIA GeForce GTX TITAN.

NVIDIA GK104

NVIDIA GK110

Як бачимо, NVIDIA GK110 складається з 15 потокових мультипроцесорів, які, як ви знаєте, називаються SMX. Оскільки один блок у новинки відключений, то ми маємо 14 активних SMX, 2688 ядер CUDA і 224 текстурних модуля. Нагадаємо, що NVIDIA GK104 складається з 1536 ядер CUDA і 128 текстурних модулів.

SMX GK104

SMX GK110

Потоковий мультипроцесор NVIDIA GK110 зберіг всі риси архітектури Kepler, за одним важливим винятком. SMX новинки містить 192 ядра CUDA, 32 блоки Load/Store і 32 блоки спеціальних функцій (SFU) та, на відміну від GK104, 64 ядра подвійної точності (FP64). Всього в TITAN виходить 896 активних ядер з підтримкою FP64. Подібна зміна покликана виправити недолік NVIDIA GeForce GTX 680 - обчислювальний потенціал в операціях з плаваючою комою. У складі NVIDIA GK104, в кожному SMX також є ядра FP64 в кількості 8 штук. Відповідно, у зв’язку із співвідношенням між 8 ядрами FP64 і 192 ядрами CUDA, що підтримують виключно FP32, рівним 1 до 24, теоретична продуктивність GK104 в задачах з подвійною точністю становить 1/24 від задач з одинарною точністю, що в порівнянні з флагманським GPU від AMD (на момент написання статті) Tahiti дуже мало. Нагадаємо, що відеокарти на основі даного GPU від AMD здатні обробляти FP64 зі швидкістю 1/2 від FP32.

У новинці ж теоретична продуктивність в задачах з подвійною точністю може скласти 1/3 від швидкості FP32, оскільки ми маємо в одному SMX кількість ядер FP64 і FP32 рівне 64 і 192, що й дає нам співвідношення 1 до 3. Однак не обійшлося без деяких нюансів, зокрема 64 ядра подвійної точності в номінальному режимі працюють на 1/8 від їх максимальної частоти, відповідно на зменшеній частоті ми отримуємо аналогічну GK104 продуктивність рівну 1/24. Але у користувача залишається можливість задіяти ядра подвійної точності на повній «швидкості», для цього необхідно буде активувати відповідну функцію в панелі управління драйвера, однак, в разі активації функції «CUDA - Double precision» зменшиться продуктивність відеокарти у всіх додатках, у тому числі і в іграх, які не підтримують CUDA. Подібне обмеження пов’язане з боротьбою компанії NVIDIA за прийнятний рівень тепловиділення чіпа.

Окрім графічного ядра, NVIDIA GeForce TITAN виділяється на фоні інших відеокарт компанії підтримкою GPU Boost версії 2.0. За своєю суттю технологія GPU Boost відповідає за коректування продуктивності відеокарти в автоматичному режимі в залежності від поточних потреб. На відміну від першої версії даної технології, алгоритм роботи GPU Boost 2.0 більше не прив’язаний до ліміту потужності (Power Target), а базується на гранично допустимій температурі графічного чіпа. У випадку з GPU Boost 1.0 частота GPU переставала збільшуватись після досягнення відеокартою певного ліміту енергоспоживання, навіть незважаючи на те, що головний критерій, який позначається на довговічності роботи графічного ядра − його температура – залишався на прийнятному рівні. GPU Boost 2.0 в свою чергу дозволяє частоті і напрузі автоматично збільшуватися до тих пір, поки температура GPU не досягне певного значення (у випадку з NVIDIA GeForce GTX TITAN значенням, встановленим за замовчуванням, є 80 градусів). Відповідно при бажанні користувача вручну розігнати NVIDIA GeForce GTX TITAN, йому буде достатньо збільшити рівень гранично допустимої температури.

Ще однією особливістю GPU Boost 2.0 є функція OverVoltage, яка за замовчуванням відключена. У зв’язку з тим, що робота технології GPU Boost 2.0, в першу чергу, базується на температурі, напруга за замовчуванням не може зрости до такого ступеня, що б температура GPU піднялася до критичних значень і негативно позначилася на його довговічності та працездатності. Якщо GPU Boost 2.0 «вирішує», що температура GPU дозволяє підняти частоту, то відповідно підвищується і напруга, необхідна для досягнення підвищених частот. Активація функції OverVoltage збільшує допустимий максимальний поріг напруги, що допоможе отримувати більш високі результати, однак може негативно вплинути на працездатність GPU і термін його роботи, тому активація даної функції буде затребувана, мабуть, лише оверклокерами, які використовують альтернативні методи охолодження GPU.

Крім розгону самої відеокарти, технологія GPU Boost 2.0 володіє можливістю «розганяти» і монітори. Необхідність наявності даної функції викликана тим, що при активації в налаштуваннях гри вертикальної синхронізації (VSync) частота зміни кадрів у грі обмежується частотою оновлення монітора (60 Гц для більшості сучасних моніторів), відповідно неможливо отримати більше 60 кадрів в секунду навіть на найпотужніших ігрових ПК. GPU Boost 2.0 на NVIDIA GeForce GTX TITAN дозволяє збільшити частоту оновлення монітора до 80 Гц, а відповідно і збільшити частоту зміни кадрів до аналогічного значення.

Пропонуємо перейти безпосередньо до огляду ZOTAC GeForce GTX TITAN і на її прикладі ознайомитися з усіма конструктивними особливостями нової відеокарти.

Модель	ZOTAC GeForce GTX TITAN (ZT-70101-10P)
Графічне ядро	NVIDIA GK110 (Kepler)
Кількість універсальних шейдерних процесорів	2688
Підтримувані API	DirectX 11 (Shader Model 5.0), OpenGL 4.2
Підтримка фірмових технологій	NVIDIA GPU Boost 2.0, NVIDIA TXAA technology, NVIDIA FXAA technology, NVIDIA Adaptive Vertical Sync, NVIDIA S urround technology, NVIDIA PhysX technology, NVIDIA 3D Vision, 3-way NVIDIA SLI, NVIDIA CUDA, PCI Express 3.0
Частота графічного ядра, МГц	837 (876 МГц з урахуванням використання технології GPU Boost 2.0)
Частота пам’яті (ефективна), МГц	1502 (6008)
Об’єм пам’яті, ГБ	6
Тип пам’яті	GDDR5
Ширина шини пам’яті, біт	384
Тип шини	PCI Express 3.0 x16
Максимальна роздільна здатність	Цифрове - до 2560x1600 Аналогове - до 2048x1536
Інтерфейси виведення зображення	DVI-D DVI-I HDMI DisplayPort
Підтримка HDCP і декодування HD-відео	Є
Мінімальні вимоги до блоку живлення, Вт	600
Розміри, мм	267 х 129
Драйвери	Свіжі драйвери можна скачати з сайту компанії ZOTAC або сайта виробника GPU.
Сайт виробника	www. zotac.com

Зовнішній вигляд, частотна формула і елементна база відеокарти ZOTAC GeForce GTX TITAN повністю відповідає еталонному рішенню від NVIDIA і, по суті, є «референсним» пристроєм, випущеним під брендом ZOTAC.

Упаковка і комплектація

Відеокарта ZOTAC GeForce GTX TITAN поставляється в досить великій коробці з яскравим дизайном і оформленням, виконаним у фірмових для компанії ZOTAC кольорах. На лицьовій стороні коробки, окрім стандартної інформації, такої як найменування відеокарти і компанії виробника, відмітках про об’єм і тип використаної відеопам’яті, підтримці DirectX 11 і NVIDIA PhysX ми бачимо дві важливих наклейки. Перша повідомляє нам про те, що на відеокарту поширюється розширена п’ятирічна гарантія, а на другий наклейці відзначено, що в комплект поставки включено три гри з серії Assassin's Creed. На жаль, остання випущена гра цієї серії - Assassin's Creed III в комплект поставки не входить.

На зворотному боці упаковки ми виявили стислий рекламний опис технологій NVIDIA, які підтримує продукт, що знаходиться всередині коробки, а також короткий список ключових особливостей відеокарти на 15 мовах, включаючи російську.

Окремо відзначимо цікаве оформлення кришки, яка відкидається вверх і на її зворотному боці на оранжевому тлі нанесено напис: «Час грати».

Список системних вимог до комп’ютера, в який планується встановлення ZOTAC GeForce GTX TITAN, розташований на зворотному боці коробки. Виходячи з цих рекомендацій, блок живлення в такому ПК повинен мати потужність не менше 600 Вт і бути в змозі видавати не менше 42 А по лінії живлення 12 В, а також містити один 6-контактний і один 8-контактний роз’єм живлення PCI-Express.

У коробці з відеокартою ми виявили наступний комплект поставки: диск з драйверами і утилітами, два перехідники для живлення відеокарти, інструкція з експлуатації, перехідник з DVI на VGA і приємний бонус у вигляді трьох ігор серії Assassin's Creed.

Для виведення зображення на відеокарті ZOTAC GeForce GTX TITAN передбачений наступний набір інтерфейсів:

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

Беручи до уваги, що при бажанні підключити аналоговий монітор, власник може скористатися комплектним перехідником DVI-VGA, подібну конфігурацію відеовиходів сміливо можна назвати оптимальною.

Підтримуються наступні роздільні здатності:

• Цифрове - до 4096x2160;
• Аналогове - до 2048x1536.

Зовнішній вигляд і елементна база

Як ми вже згадували вище, дизайн і розміри друкованої плати відеокарти ZOTAC GeForce GTX TITAN відповідають еталонному зразку від NVIDIA.

Система стабілізації живлення відеокарти виконана за схемою 6+2 фази (для GPU і мікросхем пам’яті відповідно).Не зайвим буде нагадати, що на попередній флагманській «еталонній» відеокарті NVIDIA GeForce GTX 680 застосовувалася більш проста схема, яка включала в себе 4 фази живлення GPU і 2 фази живлення відеопам’яті. Подібне посилення в новинці, швидше за все, пов’язано із збільшеним енергоспоживанням і наявністю іншого алгоритму роботи GPU Boost, який, завдяки функції OverVoltage, дозволяє істотно підвищити напругу на основних компонентах відеокарти.

В якості ШІМ-контролера використовується мікросхема NCP4206 від компанії ON Semiconductor. На жаль, інформація про даний контролер відсутня навіть на сайті ON Semiconductor. Єдине, що можна сказати, що його модифікація нам вже зустрічалася на відеокарті ZOTAC GeForce GTX 690 і жодних претензій до його роботи у нас не виникло.

TDP відеокарти дорівнює 250 Вт і, відповідно, окрім слоту PCI-Express, який здатен забезпечити не більше 75 Вт, живлення подається через два додаткові роз’єми на бічній стороні: 6-контактний і 8-контактний.

ZOTAC GeForce GTX TITAN володіє підтримкою технології NVIDIA SLI і, цілком логічно, що на платі присутні два роз’єми для відповідних містків, які дозволяють об’єднати до трьох відеокарт для спільного розрахунку графічних ефектів.

Зворотна сторона плати примітна, хіба що, наявністю на ній дванадцяти з двадцяти чотирьох мікросхем відеопам’яті.

В основі ZOTAC GeForce GTX TITAN лежить графічний чіп NVIDIA GK110 (Kepler), виготовлений згідно норм 28 нм техпроцесу. Як ми вже знаємо, він містить 2688 універсальних шейдерних конвеєра (або ядер CUDA по термінології NVIDIA) і 32 блоки растеризації. Частота роботи графічного ядра, як ми вже згадували, відповідає рекомендованій NVIDIA і становить 837 МГц. Завдяки підтримці розглянутим продуктом технології GPU Boost 2.0, в турборежимі частота графічного ядра може досягати 876 МГц. Обмін даними між графічним ядром і пам’яттю здійснюється через 384-бітну шину.

Пам’ять відеокарти ZOTAC GeForce GTX TITAN, загальний обсяг якої складає вражаючі 6 ГБ, набрана за допомогою 24-х мікросхем ємністю 2 Гбіт виробництва компанії Samsung. Чіпи мають маркування K4G20325FD-FC03 і згідно документації їх номінальна частота дорівнює 6 ГГц. Завдяки 384-бітній шині пропускна здатність досягає 288,4 ГБ/с.

Система охолодження

Система охолодження ZOTAC GeForce GTX TITAN аналогічна рішенню, запропонованому інженерами NVIDIA. Практично на всіх представлених (на момент написання огляду) версіях NVIDIA GeForce GTX TITAN застосовується одна і та ж «референсна» версія системи охолодження, яка складається з одного невеликого радіатора з випаровувальною камерою в основі та невеликого вентилятора. Кожух кулера складається з двох частин: рамки вентилятора, а також накладки з алюмінію і оргскла, через яку можна розглянути ребра радіатора.

В основі системи охолодження знаходиться масивна металева кріпильна пластина, яка також виступає в ролі охолоджувача для мікросхем пам’яті і елементів системи живлення, що контактують з нею через спеціальні термопрокладки.

За своєю суттю перед нами система охолодження турбінного типу, відповідно її конструкція передбачає викид нагрітого повітря за межі системного блоку через вентиляційні отвори, які розміщені поруч з відеовиходами. Частина повітря забирається через спеціальний виріз в задній частині кожуха. 

Пропонуємо приступити безпосередньо до тестування системи охолодження відеокарти ZOTAC GeForce GTX TITAN.

При автоматичному регулюванні швидкості обертання вентилятора, в режимі максимального навантаження графічне ядро нагрілося до 80 градусів, а кулер, судячи з показів системи моніторингу, працював при цьому всього на 59% своєї потужності. Система охолодження в подібному режимі працює практично безшумно і абсолютно не виділяється на фоні інших компонентів ПК.

У режимі максимальної швидкості обертання вентилятора температура GPU знизилася на 20 градусів. Шум, що генерується системою охолодження на близьких до максимальних обертів вентилятора можна охарактеризувати як «високий».

При відсутності навантаження частоти графічного ядра і пам’яті автоматично зменшуються, що приводить до нижчого енергоспоживання і тепловиділення. Кулер в такому режимі працює практично безшумно, а температура графічного ядра не перевищує позначку в 29 градусів.

У підсумку варто зазначити, що продемонстрований при близьких до максимальних обертів вентилятора результат в 60 градусів теоретично говорить нам про хороший розгінний потенціал, який, як ми знаємо, безпосередньо залежить від температури і алгоритмів роботи GPU Boost 2.0, описаних нами раніше.

Тестування