王若尘
2015-03-18 16:59
当英伟达发布旗下最新的显卡TITAN X的时候，超高规格的硬件和999美元（约合6230元人民币）的售价吸引了不少眼球，对于追求极致图形性能的人来说，这款当下最强的英伟达图形卡绝对是不可错过的。
新的泰坦X加入了一颗新的Maxwell GPU，GM200（又名Big Maxwell），从宏观上来说，GM200能够看做是将GM204逼至极限的产物，相比G204来说它更大，更快，自然也耗电，共计80亿个晶体管占据了601平方毫米的面积，是英伟达有史以来最大的GPU，这也是相当长的一段时间以来，英伟达首次将每一寸可用的空间都用来逼出最强的性能，如此再加上Maxwell的效率优势，其实力不容小觑。
GM200大体上相对G204来说有个50%的提升——它多出了50%的CUDA核心，多出了50%的带宽，多出了50%的ROP，甚至面积都多了50%，在加入GM200之后，TITAN X共计拥有了3072个CUDA核心和192个纹理单元，搭配96个ROP。回想当时使用GM204的GTX980能够轻松的在性能上超于使用GK110的GTX Titan和GTX 780Ti，而这样的性能优势基本是得益于Maxwell在架构上的改进——在使用Maxwell架构之后，CUDA核心的性能相较于Kepler架构获得了提升，总之，这次新出品的TITAN X的性能超过现有的TITAN和GTX980是板上钉钉的事情了。
为了喂饱GM200，英伟达用上了384bit的内存总线，以7GHz的频率驱动着12GB的GDDR5显存，这一纸面规格反倒是相对于GTX TITAN BLACK还略低一些，不过在考虑到英伟达下大力气在Maxwell上面进行内存压缩技术的研发的前提下，现有的336GB/s的内存带宽是能够传输更多的数据的。至于12GB的显存大小自然也是目前英伟达显卡之中最大的——这很吻合英伟达塞显存的传统，12GB的大小在未来的几年内应当都是相当充沛的。同时在GPU的功能单元和内存总线之间还有一个相对来说也算是海量的3MB L2缓存，保持了和Maxwell 2相同的32K：1的缓存/ROP比值，如此加大缓存，自然也能够减轻内存总线的工作负担。
在频率方面，TITAN X的基础频率被提升到了1GHz（根据英伟达的软件工具测试是1002MHz），最大能够达到1075MHz，相对于GTX TITAN BLACK有100MHz（也就是10%左右）的增加，如此的设定自然也是为了提升性能，只不过相对于总面积更小的GM204（GTX 980）来说频率反而有点下降，所以在最大频率下总体的性能差别会在33%左右。
至于功耗方面，英伟达同样也没有让我们失望——根据英伟达的官方数据，TITAN X的TDP为250W，跟前代的单核心TITAN系列相同，而和GTX980相比，TITAN X的功耗则高了51%，这自然也是情有可原的，毕竟有那么多晶体管放在那里，总的来说，TITAN X的功耗相当大，这也就是获得顶级性能能的代价了。
至于和竞争对手比较嘛，老实来说，TITAN X没有竞争对手，因为AMD上一次发布高端显卡还是2013年的事儿，而GTX 980已经强过R9 290X了，至于TITAN X，只是进一步将英伟达的领先优势扩大了而已，目前市面上根本没有单核心的GPU能够与之相提并论。
所以真正能够威胁到TITAN X的，只有诸如GTX 980 SLI和R9 295X2这样的多核心设定了，尤其是后者699美金的售价更是让TITAN X略感不安，不过就稳定性这一点来说，单核心GPU的设定依旧比多核心强。
英伟达对于这点自然也是心知肚明的，在没有竞争对手的情况下，加上TITAN X本身的超高端定位，TITAN X的价格自然也是相当昂贵，维持着之前GTX TITAN和GTX TITAN BLACK的999美金的上市售价，从我们的角度出发，我们自然是希望TITAN X能够放低一点身价，若是700美刀左右自然是再好不过了，但对于英伟达来说，卖999美金都大把人买买买，有钱干嘛不赚呢？
作为TITAN X的核心，GM200自然是值得一看的，并且说实话很有意识，用一句话来概括就是它卓越的地方在于它相当地不卓越。
首先从半导体制程的角度上，GM200维持了28nm的设定，尽管28nm已经步入了它的第四个年头，自然也开始遇到瓶颈，对于瓶颈什么的在此无需多言，对于生产商来说，也就意味着在制程升级之前，他们需要拼尽全力去榨干28nm的最后一丁点性能和效率了。
首先，英伟达使用Maxwell架构来取代Kepler架构，在制程不变的前提下，提升了能效比，英伟达的GM204在增加了晶片面积的前提下并没有增加功耗，于是GK104的294平方毫米和35亿晶体管就变成了GM204上面的398平方毫米和52亿晶体管，并且在增加了面积之后，英伟达还能够放进数量相当可观的高性能Maxwell SMM。
在另一方面，英伟达还做出了GM206（GTX 960），将GM204“一削为二”，虽然GM206的性能相对于GK106并没有太大的提升，但是极大地降低了能耗，同时兼顾了制造成本。
不过对于TITAN X来说，这两条路都走不通了，因为GK110本身面积已经巨大（551平方毫米），像GM204那样强行增加33%的面积显然相当不现实，直接面积不变将架构换成Maxwell的话，性能提升也非常有限，于是英伟达选择了第三条路，而就是这第三条路使得GM200相当有意思。
首先，英伟达选择抛弃高性能FP64单元，因为本身Big Kepler的图形性能就已经相当可观，但其依旧在FP64 CUDA核心上花费了相当一部分晶片面积，这一方面允许英伟达在整个产品线之中使用相同的GPU设计，但这也意味着这样的设计是梧鼠学技，尤其是在面对新一波的28nm产品并且希望将换用Maxwell架构所节省下来的电量用到更有用的地方去的时候，这么做就有意义了，所以在TITAN X上面，英伟达搞出了一个放大版的G204，而不是Big Kepler的后继者。
GM200的总面积是601平方毫米，而这也就是GM200卓越之处——它就是大而已，并没有加入什么让Tesla和Quadro系列用户口水的功能，它就是个增大了50%的GM204，也就是说SMM的设计和GM204相同，每个SMM之中有128个FP32 CUDA核心，一个512Kbit的注册文件和仅仅4个FP64 ALU，换算下来原生的FP64比例仅为1/32，而那些被精简掉的FP64所多出来的空间就塞满了FP32的ALU以及其他东西，至于究竟省下了多少空间，英伟达拒绝公布。
也就是这样的“净化”是的英伟达得以在GK110的基础上维持功耗不变，将性能提升50%，并且晶片面积也仅仅是增大了9%（50平方毫米），而GM200也似乎完成了英伟达多年以来的夙愿——上一款使用这种设计思路的GPU是G80（GeForce 8800GTX），而G80可是完全没有任何FP64相关的硬件，可以算是9年以来最“纯净”的GPU。
如此，GM200在FP32这个范畴上就获得了超强的性能（至于FP64是用FP32来进行兼容的），而我们也蛮确信在将来的相当一段时间之内，英伟达不会再推出性能超过甚至接近的产品。
由此，GTX TITAN X应当不是像当初的那款GTX TITAN一样是一款定位于产消者（产于生产活动的消费者）的产品，当年的TITAN既是英伟达的旗舰，同样也是他们入门级的FP64计算卡，而TITAN X这回肯定是不会有这样的双重身份了，毕竟GM200牺牲了FP64性能以换取图形和FP32性能，简单来说，TITAN X相对于TITAN，更加偏向于娱乐图形卡消费级市场。
不过现在问题又来了，英伟达这种将GeForce/Quadro和Tesla产品线的功能明确区分的做法，到底是受限于制程而不得不妥协，还是整个产品线今后的基本思路呢？也许在今后的Pascal架构之中，英伟达借着16nm FinFET工艺，又会回到之前那种“样样都会”的设计吧，就笔者个人而言，GM200是将来GeForce系列和GTX TITAN系列的基石的可能性相当大。
从TITAN X的外观来看，TITAN X沿袭了TITAN系列的设计，加入了重新设计的，无镁的全金属外壳，和高转速风扇和隔栅式散热片，结果就是这款250W的高性能图形卡比之前的产品更加安静了，外观也更优雅。
将外壳打开，可以看见里面巨大的散热器，散热器和GPU之间通过铜质的导热室连接，以获得最佳的导热效率，在最外围被黑色的铝基板覆盖，对内部的所有部件提供支持和保护作用。
进一步深入，我们终于看到了卡身，中央有大大的GM200 GPU，被VRAM芯片环绕，还有其他各种各样的组件，GM200的PCB设计并没有完全沿用GK110的，不过其中的改动也是一只手数得过来，也就是说GPU和VRAM都在正面，其他的组件在背面（TITAN X的背面是完全裸露的），此外还有一些影响气流的小修改以改进散热等等。
和GK110一样，英伟达沿用了6+2相的电压调节模组设计，其中6相对应GPU，2相对应VRAM，这意味着TITAN X同样也有一点超频的空间——英伟达允许的功耗上限是275W，说实话这样对于超频狂人来说并不是个很大的空间，基于我们评测的这块TITAN X来看，最大的高频电压是1.162V，所以在放开TDP限制之后提升电压应当也是可行的，我们这块卡最大能够达到1.237V。
至于接口方面，TITAN X和GTX 980一样，具有一个DL-DVI-I、三个DisplayPort 1.2、一个HDMI 2.0，总共4个口，其中HDMI 2.0就足以驱动一台4K分辨率的显示器了，若是想要同时驱动多个4K显示器，TITAN X也提供了SLI玩法。
接下来，开始性能测试，进行的测试如下：
搭建的系统如下：
战地4：
首先上的是战地4，DICE推出的FPS游戏，以下的帧速是在单人模式下录得的，根据我们的经验，多人模式下帧速应当会是减半的，所以说想要HOLD住多人模式，在单人模式下至少得达到60fps。
在关闭战地4寒霜引擎的抗锯齿之后，4K分辨率下超高画质的帧速达到了58.3fps，虽然没达到60fps的标准，但是差距也不大了，所以说在多人模式下，TITAN X应当能够维持大约30fps的帧速，并且即便帧速下降，也不会太离谱，而若是能够接受中等画质，那么单人94.8fps/多人45fps的成绩自然是非常流畅的。
从成绩来看，TITAN X比GTX 980强了33%左右，这和我们之前预估的性能差距几乎完全一样，虽说TITAN X的执行单元比GTX 980多了50%，但是毕竟频率比GTX 980低了12%；至于和GTX 780 Ti和TITAN相比，4K下的性能优势分别是50%和66%，毕竟在制程相同的前提下，翻倍的性能提升是很不现实的，不过英伟达在保持功耗和不大幅度增加面积的基础上能够如此增加性能，依旧是值得我们钦佩的。
至于和竞品R9 290X/290XU相比，性能优势在50%~60%左右，而在成绩榜的顶端，R9 295X2和GTX 980 SLI则展示了多核心GPU设定的性能优势；最后对于那些满足于1440p的玩家而言，TITAN是唯一一款成绩超过60fps的单核心显卡，你们只需要知道这个就够了。
孤岛危机3：
这款写作孤岛危机3读作显卡危机3的游戏依旧是显卡杀手级的存在，当年孤岛危机1就是未来几年内游戏对性能要求的模板，而到了孤岛危机3，它依旧是。
中土世界·魔多阴影：
这款游戏的特点就是对于显存的高度占用，在这款游戏上面，3GB显存的显卡纷纷倒下，只有4GB以上显存的依旧能够奋战，而多核心GPU在此同样表现一般，对于多核心设定和单核心设定之间性能的一致性区别有着不错的展示。
文明·太空：
龙腾世纪·审判：
塔洛斯的法则：
孤岛惊魂4：
阿提拉·全面战争：
起点房车赛·汽车运动：
合成性能：
计算性能：
功耗、发热和噪音：
首先从电压开始，我们发现英伟达对于电压的设定相当保守，这应当是控制功耗的结果，TITAN X在高频的时候电压只有1.162V，比GTX 980低了不少，对应主频差别的话，这个电压差别其实是情理之中的。
既然说到主频了，那么就对比一下TITAN X和GTX 980的频率区别吧，其中不难发现TITAN X由于功耗和发热的限制，不能够随心所欲地提高工作频率，尽管每个游戏之中各自的最高主频不尽相同，但是总体上TITAN X和GTX 980会有50~100MHz的差距。
静态耗电量方面，TITAN X的表现相当出色，即便是塞进了80亿个晶体管，静态的耗电量依旧向当低，不过相对来说还是比其他的单芯卡要高些。
在工作能耗之中，TITAN X的表现基本符合预期，电量的消耗和GTX 780Ti大体相当，相对于GTX 980，则有一定的增加，毕竟从数据上面看，TDP差了85W，而我们实测的结果几乎和数据完全一样，同时，TITAN X的功耗跟R9 290X UBER相近，也就是说英伟达在功耗相当的情况下，4K性能高了44%，展现出了N卡效率上的优势。
而既然TITAN X和TITAN在散热设计和功耗上都没有什么区别，那自然发热情况也是相当的，静态下32℃的成绩表现不错。
在处理图形时，TITAN X的原生温度上限是83℃，再往上就会触发过热降频，不过所降低的频率也不会太多。
最后是噪音水平，得益于TITAN的散热设计，TITAN X静态下37分贝的成绩表现令人满意，实际上TITAN X是这次测试的显卡之中静态状态下最安静的了。
至于工作噪音方面，TITAN X和780Ti的成绩再次出人意料地温和，虽然比GTX 980噪音高了不少，但是对于这个等级的性能，我们觉得这样的噪音控制依旧是优秀的。
总体而言，从功耗、温度、噪音三个方面，TITAN X表现令人印象非常深刻，得益于Maxwell架构和TITAN的散热设计，英伟达在保持功耗和噪音水平不变的情况下压榨出了更强的性能，干得漂亮。
超频：
从基础设计上来说，TITAN X基本已经达到了目前设计下的极限，英伟达设定的最大功率限制是275W，就和早前说的一样，没什么往上的空间了，不过既然原厂的电压不高，那么通过加压的方式进行超频应当也是可行的，不过不管是提高TDP还是提高电压，最终都没有达到超频玩法最精髓的地方——不改变电压而只是通过增加频率设定将整个频率曲线推高。
即使是在塞进了80亿晶体管的前提下，GM200依旧有着不错的超频空间，总体上超频的幅度能够达到200MHz，显存超频的幅度能够达到800MHz，在超频之后TITAN X的最大频率能够达到1.45GHz，虽然TDP的设定使得这样的频率无法长时间维持，不过至少看见TITAN X有这样的潜力，还是让人高兴的。
超频的代价自然就是功耗和噪音上升，并且上升的幅度还不小，在功耗上升25W，噪音达到55分贝的情况下，超频获得了16%的性能提升，至于值不值得嘛，这个再说了。
结语：
总的来说，TITAN X自然是目前市面上最强的游戏图形卡，总体相对于GTX 980提升了33%，英伟达将现有的设计也确确实实推到了极限，和GTX 780Ti和TITAN相比，TITAN X也有着50%~60%的性能提升，并且最重要的是这样的性能提升并没有以大幅度增大功耗和噪音为代价。
另一方面从技术上来说，TITAN X代表了英伟达高端GPU设计思路的一个转变，通过增大GM204并且将性能定位向图形上偏移，造就了最强的游戏图形卡，601平方毫米的GM200也是英伟达有史以来最大的GPU，同时也将目前的28nm制程推到了极限，但是英伟达在今后到底会不会沿用这样的设计思路，则还要以观后效。
从市场方面来说，TITAN X维持TITAN当初999美金的售价也不是什么出乎意料的事情，TITAN系列的图形卡本来就定位很高端，而缺乏竞争对手，也就意味着英伟达完全可以漫天要价。
至于多核心图形卡方面，GTX980SLI和R9 295X2虽然展现出了非凡的实力，但是说实话多核心GPU只是在无法提升单核心性能的前提下的一条出路罢了，R9 295X2的性价比很高，但是对于性能的稳定性和持久性，我们还是偏向于单核心GPU设定，当然前提是不差那点钱啦。
最后，如果将TITAN X看做是TITAN系列图形卡脱离入门级双精度计算卡的信号也不为过，此次脱离了产消者的定位的TITAN X最终的定位不外乎就是玩物，也许英伟达今后还会改变，也许后续还会继续推出入门级的FP64计算卡和高性能图形卡的跨界产物，但TITAN X，就是这样了。
原文、图片来自 Anandtech
