无惧挑战【无惧7系挑战】

　　面对AMD咄咄逼人的攻势，NVIDIA当然不会束手就擒，其下一代产品早已开始研发。那么NVIDIA的下一代GPU是否有足够的性能应对挑战?别慌，在回答这个问题之前，请让我们先来追忆―个人――开普勒(Kepler)。我们知道开普勒是德国著名的天文学家，因发现行星运动定律暨开普勒三定律闻名于世。不过，这位伟大的科学家不会想到，在他逝去近400年后，他的名字却出现在了他永远也不会从事的领域――显卡。对，就像NVIDIA上一代GPU的设计架构以美国著名物理学费米(Fermi)命名一样，NVIDIA的下一代GPU设计架构也继承了以科学家命名的传统，它就是Kepler，各类消息一网打尽有关KepIer的爆料总结。
　　在目前要想了解Kepler架构的具体规格、性能非常困难，毕竟这是一款还没发布的产品，毕竟这是NVIDIA反击AMD的王牌武器。同时，NVIDIA也对Kepler的所有资料进行了严格的保密工作。不过世界上没有不透风的墙，通过本刊的努力，我们还是搜集到了不少未经证实、有关Kepler的最新信息。接下来，就让我们通过这些信息，并结合《微型计算机》的专业分析，来看看Kepler能为玩家带来怎样的惊喜。
　　全面导入28nm工艺小核心成首发
　　最早泄露有关Kepler的消息是看似毫无技术含量的产品型号。据悉，NVIDIA Kepler系列GPU产品的代号将全部以GK开头。其中高端产品的代号为GK100，面向中端产品的则是GK104，入门级主流产品则为GK106、GK108，此外还有为中低端笔记本电脑设计的GK107。而后期的一则消息则让人有些意外，该消息指出，NVIDIA在2011年9月就已经生产出了第一款Kepler架构的GPU，但型号既不是顶级的GK100，也不是较强的GK104，而是主流级的GK107。我们知道，NVIDIA在以往总是先生产、发布定位最高端、规模最庞大、性能最强悍的旗舰级GPU芯片，然后再逐渐向下延伸铺开产品线。而NVIDIA在Kepler上的做法却更像AMD近几年的施行的“小核心”策略一先做好主流型号。
　　假如此消息属实，那么我们可以大胆推测，NVIDIA之所以一改故辙主要有两方面原因：
　　一是为了提高Kepler未来的出货速度和出货规模。如果仍然将顶级的“大芯片”作为优先发布产品，那么将面临更长的设计时间、Debug时间、更低的良品率。而且有能力购买这些产品的，也只是那些经济条件很好的少量发烧级玩家。
　　二则意味着Kepler系列GPU将很可能使用全新的工艺。在芯片生产中，为了增加成功的可能性，新工艺往往在面积较小、设计简单的中低端产品上率先使用。由于台积电32nm工艺已经取消，因此NVIDIA Kepler只能直接向更加先进的28nm工艺“进化”。如Kepler全线产品都使用28nm，那么则意味着它将具备更大的集成规模、更低的功耗。但由于台积电的28nm工艺生产技术尚不稳定，良品率还不高，所以在主流芯片上使用这一工艺显然更加明智。这样做不仅可以更早地了解，摸透28nm工艺，也可为后期生产“大芯片”打下基础。
　　此外，从时间上来看，NVIDIA的28nm产品既然早在近半年之前就生产成功，就很可能意味着现在NVIDIA对28nm52艺的掌握成熟度已远远超出人们预计，至少不会再重蹈40nm Fermi的覆辙。联想到之前有苹果未来将“专注”NVIDIA显卡的新闻，苹果新一代笔记本电脑换用Kepler的消息或许并不是空穴来风。
　　最后需要补充的是，在本文截稿时又有新消息称，Kepler的最高端型号不是GK100，而是GK110。据悉，GK110是由GK104这颗中端核心搭建的双芯显卡的研发代号。不过考虑到NVIDIA之前并没有为双芯显卡命名过研发代号，这样的消息还值得商榷。
　　具体规格依旧是迷性能或有大惊喜
　　相信大家最关心的还是Kepler架构的具体技术规格，但在NVIDIA严格的保密措施下，人们还无法获得有关流处理器数量和频率等基本规格的可靠消息。不过，在我们的努力下，本刊仍为大家搜集到了有关Kepler、较为可信的以下三大技术特性：
　　一是Kepler系列将支持PCI－E3.0以及最新的DirectX 11.1。虽然DirectX 11.1在视觉效果上并不会带来太大的改变。但鉴于NVIDIA以往由于对DirectX9.0C、DirectX 10.1的支持不佳，吃过大亏。因此，可以肯定的是，在DirectX 11时代，NVIDIA将紧跟微软步伐，以最快速度支持DirectX11.1。PCI－E3.0则肯定是顺理成章的事情，目前支持PCI－E 3.0的主板已经上市，显卡没有理由不支持。
　　二是显存控制器方面，NVIDIA上一代显卡的显存频率一直落后于AMD，比如AMD最高的显存频率达到5.5GHz甚至更高。NNVIDLA方面，由于显存控制器的问题只能做到4GHz左右。同时，从我们获得的消息来看，高端的GK110的显存位宽并不惊人，只有384bit，中端的GK104则只有256bit。因此这显示在Kepler GPU上，显存控制器的性能很可能已经获得了改良设计，显存频率将大幅提升到至少相当于AMD显卡的水平。否则，在显存位宽并未“加宽”的情况下，仍使用较低的显存频率将无法完全发挥出Kepler GPU的性能。
　　三是频率方面，目前有两种分歧相当大的说法，一种认为Kepler的频率将会延续NVIDIA传统的核心和流处理器分开的设置方法。但另一则消息则指出，Kepler的频率并不会区分核心和流处理器频率，它们将会同时设定在极高的频率上，甚至远超1GHz。目前没有很好的证据来证明NVIDIA究竟是采用了何种设计方式。如果NVIDIA较为保守的话，那么前者的可能性会高一些。不过不排除NVIDIA将大幅度调整现有Fermi的设计架构，并放弃流处理器和核心分频的设计方案。从Kepler需要大幅度提升性能的角度来看，NVIDIA似乎在考虑采用更新的设计方式，因此我们认为核心和流处理器同频的说法更可靠一些。
　　开普勒性能大胆预测
　　说了这么多“小道消息”，那么Kepler到底能带来怎样的性能呢?可能有人会说，流处理器数量、显存频率、位宽什么都不确定，这根本无法推断。但是我们认为，就像“90％的情报来源于公开信息”这句话样，事实上只要注意一些NVIDIA已经公开 的信息，我们就能轻松地推测Kepler的性能。
　　谁在拖上代显卡的后腿?
　　首先让我们纵观一UNVIDIA最近几代GPU的发展趋势，第一代是G80和G92、第二代是GT200，第三代则为GF100。从单个流处理器效率来说，G92以及其所代表的各种产品效率是最高的。比如1GB显存、192个CUDA流处理器的GeForce GTS450的性能相比公版512MB、128个流处理器的GeForce GTS 250性能只高出不到20％，而512MB版本的GeForce GTS 450的性能相比公版的512MB、128个流处理器的GeForce GTS 250综合来看最多只强了15％。
　　在流处理器数量多了50％，频率更高的情况下，相比早期G80架构的产品，Fermi架构的性能胜出幅度严重不足。甚至人们有理由怀疑，如果在同样流处理器数量的情况下，Fermi架构的产品有可能不是G80架构产品的对手，比如GeForce GT 440、GT430对比GeForce 9600 GSO，两者都是96个流处理器，但前者在频率更高(甚至高出60％)的情况下，绝对3D性能并不见得比后者高多少。
　　因此，我们可以看到，NVIDIA在进入统一流处理器架构以后，在架构本身自由度、通用计算发展方面做得非常出色，HPC排行榜上屡次出现Telsa的身影，但是在性能特别是单个CUDA流处理器的效率方面，NVIDIA的产品似乎没有明显提升。出现这样的原因其实不难理解，因为更多的功能和更高的效率很难兼得，就像专用、功能少的固定渲染管线的效率远远高于自由、可编程的流处理器单元一样，这点并不令人意外。
　　性能提升的秘诀效率制胜
　　那么，Kepler的目的就呼之欲出了，那就是在进一步发展并行计算的基础上，大幅度提升效率，其实之前NVIDIA公布的一张路线图(本页右下角)早就透露出这一点了。在图中架构为Tesla的T10每瓦特单精度浮点性能的效率为1，架构为Fermi的GF100产品效率提升不到40％，大约在1.3～1.4倍左右，但是Kepler架构会达到4.1倍左右，相比前代产品提升了大约2.92倍。
　　单精度浮点性能是影响显卡基础性能的一个重要参数。它的性能和3DMark这样的理论3D测试软件有很好的相关性，基本呈正比态势。这样一来，NVIDIA公布的数据就很有参考意义了。当然单精度浮点性能只是GPU性能的一部分，在实际游戏和测试中，考虑到架构更换的因素，在功耗相同的情况下，Kepler能达到到目前Fermi的2～2.5倍左右就已经相当不错了。因此不难推断，在最乐观的情况下，Kepler的顶级产品成绩将比目前的Fermi有大幅度提升：250W左右的单核心顶级Kepler的3DMark 11 Extreme成绩最高将有可能接近X5000分的水平，至少也能达到X4000分的高度，而这一成绩已远远超出目前Radeon HD 7970X2700多分的表现；中端显卡则可能从目前X1500分的水平提升至X2500分甚至X3000分左右，也就是说中端显卡就有可能达到目前AMD顶级显卡的水准；低端显卡则可能达到X1000～1500分左右的水平，这将是一次大幅度的性能跃进。
　　所以，如果和估计相同的话，Kepler籽成为NvIDIA又一个胜利的“6”――回想当年的GeForce 6800 Ultra，在性能上直接达到了前代顶级产品GeForce FX 5800 Ultra两倍，就连中端显卡GeForce 6600 GT的性能也了超越了GeForce FX5800 U1tra，在新游戏中的表现甚至更为优秀。那么Kepler是否能再次上演这一奇迹?它又是通过怎样的方法，将效率大幅提升的呢?或许我们在2012年的第二个季度就能得出答案，请各位继续关注《微型计算机》为您带来的最新报道。