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王者歸來！NVIDIA歷代旗艦級顯卡回顧

2010年03月16日 00:20作者：蔣尚文編輯：蔣尚文文章出處：泡泡網原創

泡泡網顯卡頻道3月16日兩軍交戰，陣前能斬落敵方武將于馬下，則士氣大振，已然勝了一半。而在PC領域，處理器和顯卡等核心產品線的戰場上也是同樣的道理，旗艦級顯卡作為各自最強3D圖形性能的代表，肩負著展示技術、樹立形象、打擊競爭的特殊使命。

NVIDIA和AMD兩大巨頭之間每一次優異產品的對決都可以用驚天地、涕鬼神來形容！對于消費者來說，新旗艦的性能總能給人驚喜，更讓人激動的是那些首次應用的新技術和特效：革命性的架構往往就是從旗艦顯卡開始！

在兩大圖形巨頭日漸白熱化的競爭中，半年更新、一年換代早已成為顯卡領域的“摩爾定律”。而每當新王者登基、改朝換代之時，我們也會于第一時間為大家獻上詳細的評測文章。歲月如斯，顯卡已經伴我們走過十余載，每每想起TNT時代的時光，曾經的感動就涌上心頭，今天我們就來緬懷一下昔日的王者，重新尋找落寞的皇族！

在Riva 128面世之前，NVIDIA還只是一家默默無聞的小公司，處女作NV1是款聲卡顯卡二合一的產品，未能得到眾廠商認可；NV2胎死腹中；而NV3則依靠對微軟Windows系統的完美支持以及Direct3D標準的壯大一舉成名，稱為當時圖形霸主3DFX的強力競爭對手！

● Windows 95和Direct3D開辟電腦圖形新戰場

成就3D圖形霸業！NVIDIA歷代顯卡回顧

Windows 95的震撼力遠大于如今的Windows 7

1995年8月，微軟發布了Windows95操作系統，憑借嶄新的圖形交互式界面設計，很快席卷了全球個人電腦市場。在PC領域，微軟的成功是空前的，幾乎沒有遇到任何可以匹敵的對手。微軟的Windows95操作系統憑借接近90%（PC OS）的市場占有率，直接代動了相關硬件產品的需求，也使得全球的硬件軟件廠商都不得不向其靠攏。由于微軟的Windows95采用圖形交互式界面（GDI），對于顯示芯片有了更高的要求，這也正式揭開了電腦圖形市場的龍爭虎斗！

在之前的1995年2月，微軟收購英國Rendermorphics公司，利用其所有的RealityLab 2.0技術制定了Direct3D標準，整合在其WINDOWS操作系統中，對PC圖形芯片市場產生了巨大影響。

● NV3＝Riva 128，首次大獲成功：

此時的NVIDIA總結了前2款芯片的經驗教訓，在經過細致的市場分析之后，將研發的方向定位于市場前景廣闊的PC圖形芯片市場，并且決定加入對DirectX的支持。這無疑是個非常明智的選擇，在當時由于3DFX的GLIDE的成功，各家顯示芯片公司紛紛效仿，也想推出自己的3D API，例如，3dfx有GLIDE、PowerVR的PowerSGL、ATI的3DCIF，無疑使得微軟Direct 3D的推廣十分緩慢，NVIDIA此時選擇旗幟鮮明的站到了Direct 3D的一邊，這種做法也受到了微軟的賞識，從而有了一個堅強的后盾。

另外，當時在3D FPS游戲市場，獨領風騷的是ID SOFRWARE的QUAKE系列，而其程序設計師JOHN CARMARK明確的拒絕了3DFX采用GLIDE的建議，而是基于公開的OPENGL API開發，這無疑也是NVIDIA得以崛起的另一個因素。而且，經過時間的考驗，至今這兩家公司仍然保持了非常好的關系。后來在Quake3的硬件加速問題上，John Carmack甚至拒絕提供任何形式的MiniGL加速，而要求所有圖形卡運行在OpenGL ICD環境下，使得3DFX相當難堪。

RIVA 128（NV3）

接著，為配合研發方向的轉變，NVIDIA聘請了David Kirk（NVIDIA首席科學家，現已當選美國國家工程院院士），并將其任命為技術總監。1997年，NV3終于面世，被命名為RIVA 128。它也是第一個提供硬件三角形引擎的128 bit圖形芯片，雖然RIVA 128的圖像質量比不上3dfx Voodoo，但是憑借100M/秒的像素填充率和對OPENGL的良好支持，RIVA 128在非GLIDE API的游戲中完全超過了Voodoo，迅速贏得了消費者和一些OEM廠商的青睞。

Diamond Viper 330（RIVA 128）

Riva128支持AGP 1x規范，可以配合Intel的LX芯片組主板使用。1997年底，Dell、Gateway等廠商相繼使用了RIVA 128顯卡。零售市場上，Diamond、STB、ASUS、ELSA和Canopus等也都相繼推出了基于此芯片的產品。不到一年，Riva 128的出貨量就突破100萬顆，NVIDIA終于憑借NV3打了個翻身仗。

總的來看，Riva 128取得成功的因素是多方面的，本身的處理性能固然很重要，但是1998年游戲軟件方面的發展變化也很關鍵：

首先，年初ID開放了QUAKE2引擎的授權，包括VALVE在內的游戲軟件開發商在3月份就獲得了QUAKE2引擎的源代碼，并用于游戲的開發，使得QUAKE2引擎的3D游戲名作諸如《異教徒》、《半條命》等大量上市，Riva 128良好的OpenGL性能得到了充分的發揮。

第二，3DFX的GLIDE API失去了過去在游戲開發領域的統治地位，最著名的兩個例子就當時稱得上是風靡世界的古墓麗影2和優品飛車3，這兩個過去本來是GLIDE的御用游戲，都加入了對D3D的支持，Riva 128等非VOODOO顯卡也可以通過D3D接口很完美的運行游戲。

當時主要3D顯卡規格對比

半年后，NVIDIA又發布了Riva 128ZX，并為它提供了完整的OpenGL支持，在Win95/98和WinNT4.0下都有完整的OpenGL ICD驅動程序。同時，Riva 128ZX還解決了Riva 128的一些BUG，顯存也增至8MB，效能改善比較明顯。

● NV4＝TNT震撼發布，雷管引爆性能

1998年10月，NVIDIA發布了TNT，TNT是TwiN Texel的縮寫。核心架構為2條32bit象素流水線的渲染體系，每條象素流水線有1個TMU，在每個時鐘周期內并行處理兩個紋理。這樣工作在90MHz的RivaTNT最大填充率能達到180M Texels/sec。同時Riva TNT還首次擁有24bit Z緩沖（Z－Buffer）以及8位的stencil buffer。

TNT的設計目標是要達到Voodoo2兩倍的性能，不過由于0.25微米制程在當時沒有完善，NVIDIA只好采用了0.35微米制程，使得RivaTNT只能工作在90MHz下。不過即便如此，RivaTNT還是擊敗了Voodoo2，成為當時速度最快的3D加速卡。超過Voodoo2兩倍性能的任務也就交給了后面的TNT2來完成。

而且NVIDIA也注意到優良的驅動程序對充分發揮顯示芯片性能的重要性，并為RIVA TNT編寫了全新的驅動，并命名為“雷管”（Detonator）。

憑借出色的3D性能，德國的ELSA 、美國的Canopus等四家顯卡生產商宣布加入NVIDIA陣營，著名的CreATIve公司也在第一時間推出了基于TNT顯示芯片的產品。9月，NVIDIA被《個人電腦雜志》評為最有影響力的顯示芯片生產商，而TNT被Mercury研究公司評為速度最快的顯示芯片。同時，NVIDIA還被OpenGL架構委員會吸納為新成員，成為第一個加入OPGL ARB的專業顯示芯片設計公司。

● NV5＝TNT2，性能翻倍，奠定NVIDIA王朝

1999年4月，核心代號為NV5的RivaTNT2發布了，由于采用了0.25 微米制程，TNT2標準版的頻率提高到125MHz，頻率的提升以及核心內部的優化，RivaTNT2的性能有了一個較大的飛躍，性能在當時無人可及。后期RivaTNT2還采用了0.22微米制程，頻率進一步提升。

名稱	RIVA TNT	RIVA TNT2
架構	NV4	NV5
制造工藝	0.35 Micron	0.25 Micron
晶體管數目	7 Million	15 Million
DirectX支持	6	6
頂點管線	1	1
VS版本	-	-
像素管線	2 x 1	2 x 1
PS版本	-	-
核心頻率	90 MHz	125 MHz
填充率	180 MTexels/s	250 MTexels/s
顯存位寬	128-bits	128/64-bits
顯存類型	SDR	SDR
顯存速度	110 MHz	150 MHz
顯存帶寬	1.76 GB/s	2.40/1.00 GB/s

從TNT2開始NVIDIA對產品進行了市場化細分，在高中低端，面向多種不同的用戶，TNT2芯片衍生出TNT2 Vanta、TNT2 M64、TNT2、TNT2 Pro、TNT2 Ultra等不同的型號產品，搭配不同顯存的容量，產品線覆蓋了大部分的市場。

TNT2 Ultra

TNT2 Ultra是系列最高端產品，也是NVIDIA第一次使用Ultra后綴命名高端產品，TNT2 Ultra只是從NV6核心中挑選出的品質優秀的芯片，并搭配了速度最快的顯存，其核心/顯存頻率高達150/183MHz，后期更是提高到175/200MHz，性能上超過了3DFX的VOODOO3 3500以及MATROX的G400 Max，而且支持的特效也很全面（比G400少一個EBM環境凹凸貼圖），成為當時性能之王。當然TNT2 Ultra的售價也很高，當時麗臺、華碩、創新等一線品牌TNT2 Ultra的國內上市售價高達2300元（1999年5月）。

TNT2標準版是高端系列的普及型產品，也是TNT2 Ultra的降頻版，核心/顯存頻率為125/150MHz，但是由于TNT2采用0.25微米工藝，核心普遍可以工作在150MHz左右，所以也造就了良好的超頻能力，于是眾多游戲發燒友更傾向于購買TNT2標準版版超頻至TNT2 Ultra來使用，記得當時甚至還有不少玩家超到了165/200MHz的水平，性能也是也達到了一個新的高度。價格上TNT2標準版也更有優勢，32MB顯存的TNT2國內上市售價為1500-1750元左右，16MB的TNT2 Pro則在1350-1500左右。

● NV6＝NV5工藝改進版，TNT2 Pro/M64/Vanta誕生

后期隨著制程的進步，NV6也使用了0.22微米工藝，并被命名為TNT2 PRO，也被用于部分TNT2 Ultra。由于使用0.22微米制程后，TNT2 PRO的成本、功耗有、發熱有明顯下降，超頻能力更強，性價比進一步提高。除了高中端的TNT2標準版外，NVIDIA同時也利用0.22微米工藝的NV6芯片，推出了針對中低端用戶的TNT2 Vanta和TNT2 M64。

1999年8月，伴隨著微軟DirectX 7.0的發布，引入基于圖形核心的多邊形轉換與光源處理（Transform and Lighting），而且10月上市QUAKE3引擎也采用了這種技術。

● 硬件T&L，首款GPU誕生，GeForce的時代來臨

傳統3D圖形管線

在Direct7時代,多邊形轉換和光照處理是由CPU負責的，大量復雜的數學運算對CPU造成了極大的負擔，而GeForce 256可以支持硬件Transform and Lighting，也成為了第一個GPU圖形核心。

GeForce 256是被作為一個圖形處理單元(GPU)來設計的，GPU是一個單芯片處理器。它有完整的轉換、光照、三角形設置和渲染引擎(分別為:Transform、Lighting、Setup、Rendering)等四種3D處理引擎，一些以前必須由CPU來完成的圖形運算工作現在可以由GeForce256 GPU芯片獨立完成，大多數情況下具有完整的傳輸和光照相引擎的GPU運算速度比CPU快2-4倍，同時也有效地減輕了CPU的浮點運算負擔，減少了對CPU的依賴性。

NV10圖形核心，為0.22微米工藝制造，集成了2300萬個晶體管，在當時已經超過了PentiumIII的數量，本應采用0.18微米的制造工藝，不過為了盡早搶占市場，仍然采用了0.22微米，如此大量的晶體管數量芯片的發熱和功耗也是不小的問題，NVID1A公司只好將其核心頻率定為120MHz，不過憑借創紀錄的有4條象素管線，峰值像素填充率達到480M/s，遠高于TNT2 Ultra。

Geforce 256具有了現代GPU的大部分的初步特征，核心采用了256位渲染引擎，具有4條象素管線，每管線一個紋理映射單元，它也是第一個使用DDR顯存的PC顯卡。Geforce 256核心頻率為120MHz，三角形生成率為1500萬個/秒，峰值像素填充率達到480 M/s，并使用了四紋理（Quad Texel）引擎，相同頻率下，Geforce 256的紋理處理性能是TNT2的兩倍。特效方面，支持立方體環境映(Cube environment mapping）以及頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖等。視頻方面，為了加強為MPEG-2視頻回放性能，NV10中加入了硬件動態補償功能。

GeForce 256 DDR

GeForce 256 DDR的顯存頻率為300MHz，帶寬由SDRAM的2.66 GHz提升至4.8 GHz，也達到了當時PC圖形卡的巔峰，使得GeForce 256像素填充能力進一步爆發，在高分辨率下、32BIT渲染環境中表現趨于完美。由于當時DDR顯存售價也是十分的昂貴，所以GeForce 256 DDR的售價也是高達到2500元以上。

GeForce 256 SDR

GeForce 256 SDR版的售價上有不小的優勢，在國內的售價至少比GeForce 256 DDR要便宜500元。其顯存頻率為200MHz，帶寬2.4GB/S，這樣對NV10核心的性能有了不小的限制，高分辨率、32為色深下的性能下降很大，幾乎和TNT2 Ultra相近，但由于成本下降不少因此銷量也不錯。

● GeForce 2代，您知道GTS的含義嗎？

另外，NV30在寄存器設計（數量及調用方式）、指令存儲方式（讀寫至顯存）等方面也有缺陷。NV30的寄存器數量較少，不能滿足實際程序的需要。而且，用微軟的HLSL語言所編寫的pixel shader2.0代碼可以說NV30的“天敵”，這些shader代碼會使用大量的臨時寄存器，并且將材質指令打包成塊，但是NV30所采用的顯存是DDR-SDRAM，不具備塊操作能力。同時，NV30材質數據的讀取效率低下，導致核心的cache命中率有所下降，對顯存帶寬的消耗進一步加大。

同時，由于NV30是VILW（超長指令，可同時包含標量和SIMD指令）設計類型的處理器，對顯卡驅動的shader編譯器效率有較高的要求。排列順序恰當的shader代碼可以大幅度提升核心的處理能力。NVIDIA也和微軟合作開發了"Shader Model 2.0A"，可以為NV30產生更優化的代碼。在早期的一些游戲中，這種優化還是起到了一定的作用。但對于后期Shader運算任務更為繁重的游戲則效果不大。

● 亡羊補牢之作——NV35，FX5900

NV35芯片采用更加成熟了的0.13微米銅互聯工藝，芯片的良率比NV30大幅度提升。核心面積為40mm×40mm，采用1309針FCPGA封裝，內部晶體管數量達到了1.3億。雖然比NV30又增加了500萬個晶體管，不過通過改進的工藝，NV35的發熱量略有降低，因此沒有搭配Flow FX散熱系統。

新的NV35采用了CineFX2.0引擎，和第1代CineFX相比，NVIDIA對Piexl Shader做出了一定的改進，在保留FX12 combiner的同時增加了兩個可進行浮點運算的miniALU，雖然miniALU的功能有限，但是還是使得NV35的浮點運算能力提高了一倍。

NV30中的CineFX2.0還改進了Intellisample（智能采樣）技術，增加了更多的高級紋理、色彩以及Z軸壓縮算法以提升圖象質量，并重新命名為“Intellisample HTC（高分辨率壓縮技術）”技術。

    顯然由于市場競爭的激烈態勢，GeForce FX 5700 Ultra才是這次發布的重頭戲。GeForce FX 5700芯片的開發代號為NV36，目的是替代GeForce FX 5600和GeForce FX 5600 Ultra。NV36內部集成了8200萬個晶體管，雖然同樣為4X1架構，具有4條像素管線及每管線一個TMU單元，由于繼承了NV35的Cine FX2.0體系架構和Ultra Shadow陰影加速技術，頂點處理能力、特別是浮點性能比NV31提高了200%--300%。顯存方面和NV31相同，使用了兩個64-BIT顯存控制器支持128-BIT的顯存位寬。

    有鑒于在NV31核心的生產遇到的種種意外，這次NVIDIA 將NV36交由IBM 生產，GeForce FX 5700也是IBM與NVIDIA合作的第一款產品。不過GeForce FX 5900/5950仍由TSMC負責生產。和GeForce FX 5600一樣，GeForce FX 5700也基于0.13微米工藝制造，但是IBM采用了低介電系數材料工藝(low-k dielectric)，用來絕緣核心中的導體環路，在不增加功耗的情況進一步提升核心頻率。

    所以GeForce FX 5700 Ultra核心頻率提高到475MHz，比FX 5600 Ultra高出75MHz。顯存方面則搭配了日趨成熟DDR2的顯存，工作頻率900MHz，提高了性能的同時，也減少了功耗。后來，GDDR3顯存的FX5700Ultra，GDDR2跟GDDR3的針腳是兼容的，所以不用重新設計PCB。由于GDDR-3的Latency比GDDR-2要高，所以將其顯存工作頻率升至950MHz 。

在經歷了GeForce FX系列慘痛的失敗后，NVIDIA痛定思痛、吸取教訓，要挽回在高端產品上的失利局面，僅靠架構已完全定型的NV3x系列作一定程度的增補顯然是很難實現的。實際上早在NV3x系列的時代，NV40的研發就一直在進行，并且進展很好。NVIDIA將更大的希望押寶在了這款具有劃時代意義的新產品上。

1.性能之王，NV40核心擁有16條像素渲染管線和6條頂點著色單元，雖然對手的X800也是同樣的配置，但管線效率的不同導致ATI必須使用更新的工藝和更高的頻率才能勉強戰平6800Ultra。因此NVIDIA GeForce 6系列的旗艦產品只有6800Ultra這一款（只有NV40這一顆核心，分為AGP和橋接PCIE的兩個版本），而對手則有X800XT、X800 XT PE、X850XT等很多工藝的核心及很多版本，而且都未能完全擊敗6800Ultra。

2.首款支持DX9C標準的顯卡，而對手的Radeon X800系列僅支持DX9b，正所謂風水輪流轉，ATI經歷了DX9初代輝煌之后，也嘗到了落后就要挨打的滋味；

3.率先推出支持PCI-E的顯卡，NVIDIA采用的是橋接技術，而ATI采用原生方案導致產品推出較晚，NVIDIA在PCI-E時代來臨之際搶得先機；

4.“失傳”多年的SLI雙卡互聯技術重出江湖，NVIDIA依靠SLI技術輕松將圖形性能翻倍，性能大幅領先與對競爭手，這也迫使ATI依靠第三方解決方案開發并不成熟的CrossFire技術。

GeForce 6的成功徹底打亂了ATI的陣腳，以致于頻出昏招，產品線極為混亂，當初奚落NVIDIA的“有路不走何必搭橋”豪言壯語也食言了，正所謂三十年河東三十年河西。

在GeForce 6800Ultra大獲成功的基礎上，NVIDIA并沒有在NV40核心的基礎上改進高端產品，而是選擇了進一步提升核心規模，由此誕生了擁有24條像素渲染管線的G70核心，性能遙遙領先于競爭對手。

既不支持DX9C、交火技術也不成熟、性能方面更無法相提并論，此時的ATI面對GeForce 7800GTX是毫無還手之力，在此后半年多的時間內，7800GTX穩坐性能之王的寶座。而中低端產品6600系列也大獲成功，因此NVIDIA并不急于推出基于GeForce 7架構的主流產品。

7800GTX 512MB由于頻率大增發熱不小，因此散熱器改用雙槽熱管版本

終于在2005年底，ATI推出了首款DX9C產品X1800系列，但遺憾的是其R520核心依然只有16條像素渲染管線，即便依靠90nm工藝獲得了超高的頻率，但性能上還是無法完全擊敗7800GTX。不過未雨綢繆的NVIDIA也預留了一手，在X1800發布之后NVIDIA迅速推出了512MB顯存版本的7800GTX，在顯存容量翻倍的同時頻率也大幅提升，此時的X1800XT根本沒有任何取勝的機會。

在2005年GeForce 7800GTX稱霸圖形市場半年之后，來自48個像素單元R580核心X1900XTX的挑戰終于讓NVIDIA下決心推出醞釀已久的7900GTX。G71核心架構與G70沒有本質區別，可以把它看作是90nm工藝版的G70。但從G71核心上我們可以看到NVIDIA的另一種設計理念——與ATI R580完全相反的成本控制和功耗控制……

48個像素單元的X1900XTX核心實力可不一般，24管線的7900GTX明顯不是對手，雖然它擁有功耗和成本上的優勢，但旗艦產品代表的是性能與實力，NVIDIA不甘心就這么敗給X1900XTX。

于是經過多方面的嘗試之后，在6月份NVIDIA終于亮出了殺手锏——雙核心、1GB顯存的7950GX2顯卡！得益于良好的兼容性和成熟的SLI技術，7950GX2在任何主板上都能發揮出真正實力，兩顆G71聯手就可以輕易的擊敗X1900XTX。

在7950GX2顯卡身上，G71低成本、低發熱、低功耗的優勢再次得到體現：兩顆G71加起來的核心面積同R580相當，雙PCB設計使用了兩塊8層PCB，其成本要低于一塊12層PCB，分離式供電模塊也不復雜。最終7950GX2的售價依然維持在5000多元的價格，在這類“超級顯卡”的陣營里，這樣的價格是極具競爭力的！

X1900XTX性能再強，也不可能是兩片7900的對手，在眾多測試中7950GX2毫無懸念的擊敗了X1900XTX，終于奪回了性能之王寶座！

7950GX2雖然實力強悍，但它也有很多無法回避的缺點，由于7950GX2擁有兩顆G71核心以及1GB顯存，以往N卡在功耗、發熱和噪音方面的優勢不復存在，實際上7950GX2在這方面比起X1900XTX有過之而無不及！另一方面7950GX2是基于SLI技術的產物，一些新游戲、新特效無法有效的利用雙核心，7950GX2的性能自然比較差，所以7950GX2嚴重依賴于驅動的優化！

雖然7950GX2奪回了單卡性能之王的稱號，而且兩片7950GX2能夠組建四核心Quad SLI，但NVIDIA的Quad SLI驅動一直都不夠成熟，直到被8800GTX所取代都沒能發布一款令人滿意的驅動，所以7950GX2雙卡還是不敵ATI CrossFire，ATI之后發布的X1950XTX就是針對7950GX2而來的！

NVIDIA雖然依靠7950GX2重奪單卡性能之王的寶座，但在雙卡方面Quad SLI很難取得突破，而且陳舊的GF7架構無法支持HDR+AA，事實上7950GX2只是權宜之計。而全新架構的G80才是NVIDIA更新產品線，從根本上擊潰對手的重型武器，毫不夸張得說：GeForce 8800GTX的發布帶領NV進入了一個黃金時代！

G80核心的橫空出世宣告了DX10時代的來臨，8800GTX先于微軟的Vista和DirectX 10發布，雖然當時沒有任何一款DX10游戲（半年后才陸續面市），但8800GTX強大的DX9C性能已經給大家留下了深刻印象，雙核心的7950GX2在8800GTX面前無地自容。

8800GTX強大的實力源自于多方面：從規格不難看出，G80是相當恐怖的一款GPU，核心擁有6.81億個晶體管，是G71的2.5倍之多！這就奠定了G80龐大的渲染能力；其次顛覆傳統Shader架構的標量流處理器，最大限度的提升了核心的執行效能；當然384Bit顯存位寬也充分保證了數據吞吐能力；革命意義的架構以及強大的性能足以人為之瘋狂！最后，由于發布時間很早，游戲開發商為NVIDIA新一代架構的鼎力優化與支持，也成就了其強大的DX10游戲性能。

當然G80也并非完美：它依然使用臺積電90nm工藝制造，因此核心面積非常大，功耗以及發熱也是再創新高，

優異顯卡自然是不惜成本、最高頻率的配置，8800GTX超長的體形表明了自己的與眾不同。8800GTX之所以這么長久是因為功耗太大使得供電模塊變得非常復雜。8800GTX使用了12顆16M×32Bit規格的顯存，組成了768MB 384Bit的配置，雖然沒有使用GDDR4顯存，但帶寬已是再創新高。

由于之前我們對G80的架構以及核心引擎都進行了非常詳細的分析與介紹，所以此處不再贅敘，感興趣的朋友請看“為王位而生 GeForce8800全面解析測試”一文。

在得知競爭對手將會與5月份發布R600核心的HD2900XT之后，NVIDIA適時地放出了基于G80核心的高頻版8800Ultra，當然這也是為了實現自家產品線半年更新的承諾。

嚴格來說8800Ultra并非全新產品，它只不過是將G80的制程從A2升級到A3，這樣良品率和沖擊高頻的能力會好些；顯存由1.0ns升級到0.8ns，另外散熱器風扇作了些改進，雖然PCB沒有任何變化，但是由于核心/流處理器/顯存頻率都提升不小，8800Ultra性能和GTX8800拉開了不小差距，順理成章的成為新一代旗艦顯卡。

G80強大的性能讓GTX8800和8800Ultra難逢敵手，但是功耗也成倍增加，這一軟肋從根本上阻止了它的平民化，于是G92核心應用而生。作為G80的改良版，G92工藝從90nm進化到65nm使得它功耗、發熱、成本大幅下降。但是NVIDIA對于G92的定位并非旗艦，因此使用了256Bit顯存來進一步控制成本。雖然G92核心的紋理單元和高清單元比G80強很多，而且核心頻率大幅提高，但顯存位寬限制了它的性能表現，基于G92單核的9800GTX未能超越一年前的8800GTX。難道NV在高端不思進取么？當然不是，原來NVIDIA另有打算，當年雙G71核心的7950GX2靈魂附體，雙G92核心9800GX2震撼登場！

擁有7.54億晶體管的G92核心本身功耗發熱就不低（相對G80是好些），做成雙核心顯卡自然對供電和散熱提出了很高要求，所以9800GX2顯卡的結構和散熱系統都是比較獨特的復雜，全密封式設計完全就像是一塊板磚。

性能方面單顆G92可以達到接近于8800GTX的水平，雙核心性能提高80%，9800GX2自然完全超越8800Ultra成為毫無爭議新王者。雙核心本身的效率不容置疑，但其弊端就在于組建Quad SLI之后四核心效率不高，當年的7950GX2完勝X1950XTX，7950GX2 Quad SLI卻不敵X1950XTX CrossFire。好在DX10時代NVIDIA重新設定了渲染模式，在驅動優化方面下了大功夫，隨著更多新游戲對多GPU系統提供優化支持，9800GX2 Quad SLI系統的性能還是令人相當滿意的，四顆G92核心將3D圖形性能提升到了新的境界！

雖然NVIDIA和AMD的旗艦顯卡性能差距較大，但雙方的產品策略居然驚人的相似：G80和R600核心都是采用較老的成熟工藝，將晶體管堆到極限的產物，也就是通過暴力手段、不惜成本（512/384Bit）制造超強性能的顯卡；而G92和RV670則是采用新工藝、向成本（256Bit）妥協之后的產物，因為功耗發熱得到了有效控制，這就使得雙核心方案成為可能，雙方不約而同地發布了基于G92和RV670的雙核心顯卡及其3/4路并聯系統，在單GPU性能原地踏步的情況下，通過多核心并聯的方式大幅提升了3D性能上限，為發燒玩家提供了更強悍的解決方案。

然而四顆GPU已經達到了電腦系統可以承受的極限，繼續提升3D性能又遇到了瓶頸，現在就必須重頭來過，想方設法繼續提升單GPU的實力。沉寂許久之后，新一代怪獸級GPU誕生了，它就是擁有14億晶體管的GT200！

第一眼看到GTX280顯卡正面，感覺造型方面與9800GTX非常相似：全覆式的散熱器外殼將顯卡裹得嚴嚴實實，風扇位略顯凹陷，這種設計的好處就是組建SLI或3路SLI時，即便兩塊顯卡緊緊埃在一塊，風扇也能吸入空氣進行良好的散熱。

顯卡背面也安裝了外殼，從這個角度看的話跟雙核心9800GX2的造型又有些相似，當然這只是表象而已，如果將散熱器和外殼拆掉的話，就可以發現GTX280顯卡實際上最像8800GTX/Ultra。

可以看到，GTX280的核心安裝了保護蓋，輸出部分被單獨設計了一顆芯片安裝在了接口附近，還有供電模快的設計，這些都與8800GTX/Ultra的PCB設計方案如出一轍！看來GTX280才是8800GTX的正統接班人！

GTX280實力雖強，怎奈雙拳難敵四手，3D圖形性能寶座被HD4870X2無情的奪走。當時業界普遍認為此次NVIDIA根本沒有機會反敗為勝，因為龐大的GT200核心功耗發熱太大，加上512Bit顯存布線過于復雜，不可能使用兩顆GT200核心制造雙核心顯卡來與HD4870X2相抗衡，但NVIDIA卻做到了……

GTX280登上加冕還沒有多久，AMD就推出了雙核心的HD4870X2，將GTX280從性能寶座上逼了下來。雖然說用雙核心與單核心對陣并不公平，但是性能寶座的名頭卻無法改變。2009年01月，NVIDIA以牙還牙，推出了雙核心的GTX280顯卡——GTX295，目標很明確：讓HD4870X2下課！

GTX295和上一輩雙核心顯卡一樣，都采用了雙PCB雙核心的結構，下圖就是GTX295結構的立體圖。

從圖上可以看出，這個結構有點類似于三明治的結構，兩片PCB將碩大的散熱器夾在中間，結構看起來有一些怪異，但是但從兩顆核心之間來說，避免了兩顆核心距離太近引起的高溫。

同時從另一個方面來講，這樣的設計正好可以只是采用一個散熱器，就能滿足兩顆核心的散熱，散熱器的正反面都被兩片PCB僅僅夾住，核心與散熱器接觸的部分采用純銅材質，更加有利于導熱，而兩片PCB上的顯存也都有相應的散熱措施。這樣的設計有效利用了散熱器、顯卡的面積，同時也減小了顯卡的體重。但是，這樣的設計對于散熱器與顯卡PCB的工藝要求相當高，而且這也是純粹的專用散熱器，成本勢必高出很多。

和9800GX2類似，GTX295仍然是通過一個類似于SLI橋的排線讓兩顆核心進行數據交換，而將兩顆核心的數據進行運算、任務分配等都是由一顆橋接芯片來完成。

GTX295的兩張PCB一張為主PCB，另一張為副PCB，主PCB上包含一顆核心和一顆IO芯片、一顆橋接芯片，并且帶有SLI接口，用戶可以使用此SLI接口組建Quad SLI；而副PCB上則沒有橋接芯片，只有一顆核心和一個IO芯片。

在絕大多數游戲中，GTX295的性能表現都凌駕于HD4870X2之上，兩片GTX295組建的Quad SLI平臺性能也非常強悍，但是在部分游戲中還是因為驅動程序不完善，導致成績不正常。不過總體來說，因為驅動程序所導致的問題還是要比AMD的HD4870X2 Quad CrossFire少一些。實際上，對于這種多核心顯卡平臺，驅動程序是至關重要的。

在GTX295的身上，我們看到的不僅僅是當今最強大的單卡，也給我們帶來了更多的新技術，如文章前面介紹的通過一塊顯卡做3D渲染、一款顯卡做PhysX物理加速就是非常重要的一個方面。同時，64xQ FSAA與遮光屏蔽功能也同樣值得稱道。

另外，GTX295所采用的55nm工藝也讓顯卡的功耗大幅度下降。大家知道，GTX280的單卡設定功耗就高達236w，而雙核心的GTX295，設定功耗僅289w！

GTX295的發布，標志著NVIDIA再一次坐上了性能王者的寶座。此前NVIDIA被HD4800系列低價上市打個措手不及，不得已只能通過殺價來維持市占有率。中端市場，被HD4850、HD4870鉗制，而高端市場被HD4870X2奪走了“單卡之王”的稱號。雖然當時發燒友迫切希望NVIDIA推出雙芯GTX280領銜市場，但受限于工藝發熱等原因，遲遲不見蹤跡。而現在，隨著55nm工藝的成熟，那個熟悉的綠巨人NVIDIA又回來了，工藝進步帶來的熱量大幅下降，將發燒友的夢想——雙芯GTX280成為了現實。

如今GTX295這個怪獸已經是老樹黃花，DX11時代來臨ATI搶得頭籌，HD5000系列風光無限，AMD已經提前布陣好了全線DX11產品，就等NVIDIA前來應戰。可惜而NVIDIA方面的GF100依然是猶抱琵琶半遮面。GF100核心之所以延期這么久，一方面是因為NVIDIA遭遇了40nm新制程良率不足的困擾，另一方面GF100在核心架構方面的改進非常巨大，NVIDIA力圖打造一顆在DX11和GPU計算方面都趨于完美的核心。

如果說Cypress是“雙核心”設計的話，那么GF100的流處理器部分就是“四核心”設計，因為其raster units（光柵化引擎）是以GPC（線程處理器簇）為單位的，一式四份。而raster units的功能就是以流水線的方式執行邊緣/三角形設定(Edge/Triangle Setup)、光柵化(Rasterization)、Z軸壓縮(Z-Culling)等操作。上頁我們介紹過Cypress的Rasterizer和Hierarchial-Z雙份的，而GF100則是四份的，雖然命名有所不同但功能是相同的。

另外，GF100擁有更多的PolyMorph（多形體引擎），是以SM（流處理器）為單位分配的，擁有多達16組。多形體引擎則要負責頂點拾取(Vertex Fetch)、細分曲面(Tessellation)、視口轉換(Viewport Transform)、屬性設定(Attribute Setup)、流輸出(Stream Output)等五個方面的處理工作，DX11中最大的變化之一細分曲面單元(Tessellator)就在這里，因此GF100的理論Tessellation性能將會遠超Cypress，因為Cypress只有一個Tessellator單元。

至于流處理器核心部分，則是經過了重新設計，與GT200/G92/G80相比是煥然一新，因此NVIDIA將其稱為CUDA核心而不再是流處理器。

GF100的512個CUDA核心都符合IEEE 754-2008浮點算法(Cypress也是如此)和完整的32位整數算法，而后者在過去只是模擬的，事實上僅能計算24-bit整數乘法；同時全面引入的還有積和熔加運算(Fused Multiply-Add/FMA)。此外雙精度浮點(FP64)性能大大提升，峰值執行率可以達到單精度浮點(FP32)的1/2，而過去只有1/8，AMD從R600開始到現在的Cypress核心都是1/5，沒有做任何變化。

至于顯存控制器方面的改進，還有顯存ECC等外圍功能就不多做介紹了。總而言之，GF100核心是GPU自從進入DX10時代以來，架構變化最大的一次，在GPU圖形架構和并行計算架構方面都有了革命性的進步，因此備受玩家和業界期待。

NVIDIA對于尚未發布的新品一直都比較低調，但整個業界還有玩家對于GF100都抱有很高的期望，因此不斷的有相關產品技術資料還有產品實物圖被曝光。現在據可靠消息表明GF100架構的GTX480顯卡將在本月26日準時發布，屆時我們將會為大家獻上全方位的架構分析及性能評測，讓我們一同期待吧！■<

王者歸來！NVIDIA歷代旗艦級顯卡回顧

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