NVIDIA GeForce 800

NVIDIA GeForce 800系列，是輝達研發的圖形處理器產品系列，用於筆記型電腦平台。此代顯示核心將採用新的Maxwell微架構（晶片代號將以『GM』開頭），以蘇格蘭理論物理學家詹姆士·克拉克·麥克斯韋的名字命名。2014年初悄然發表的行動型顯示核心GeForce 820M，儘管列入GeForce 800系列，但仍採用GeForce 500系列『Fermi』架構的GF117顯示核心，因此僅僅是舊型號顯示核心更名而已。[1][2]首款基於Maxwell微架構的顯示核心實際為GeForce 700系列上的GeForce GTX 750以及750 Ti。[3][4][5]後來，NVIDIA也陸續發布行動平台的GeForce 800M系列的其他型號，除GeForce 830M、840M、GTX 850M以及GTX 860M的部分批次以外，其餘的均使用舊有顯示核心。NVIDIA宣佈新一代Maxwell核心的首發兩款產品將被命名為NVIDIA GeForce 900系列，分別為GTX 970和GTX 980。[6][7]而預計GeForce 800系列將使用在OEM市場，就像之前的GeForce 100和GeForce 300系列。

NVIDIA GeForce 800系列
发布日期2014年
代号Fermi (28nm)
GF117
Kepler(28nm)
GK104
Maxwell (28nm/20nm)
GM107
GM108
显示卡
入门GPU行動平台：820M、830M、840M
中端GPU行動平台：GTX 850M、GTX 860M
高端GPU行動平台：GTX 870M、GTX 880M
API支持
Direct3DDirect3D 12
Shader Model 5.0
OpenGLOpenGL 4.4
OpenCLOpenCL 1.2
历史
前代产品GeForce 700系列
后继产品GeForce 900系列

概觀

用於GeForce 800系列上的『Maxwell』顯示核心架構，是用於GeForce 600以及700系列『Kepler』顯示核心架構的下一代，將首次在顯示核心上內建ARM架構的CPU核心。[8][9]NVIDIA的CEO黃仁勳稱，這樣做使得GPU更加獨立於主CPU[10]。NVIDIA稱『Maxwell』顯示核心架構對比『Kepler』架構，會有更高的圖形處理效能、更簡化的可程式性以及更好的能效比。[11]

2010年9月NVIDIA宣布下一代顯示核心架構『Maxwell』。[12]首款基於『Maxwell』架構的消費級顯示核心的產品將於2014年早期發賣。[13]稍後將有基於『Maxwell』顯示核心的NVIDIA Tesla運算卡以及NVIDIA Quadro專業圖形卡。最後會有供手持式裝置使用的基於該架構的NVIDIA Tegra系統單晶片出現。[11]

架構特性

初期，Maxwell架構顯示核心，仍採用台積電的28nm製程，核心規模也較為有限。首代Maxwell顯示核心有GM107和GM108，均面向消費級市場，相比Kepler而言僅是多了一些Kepler架構所沒有的附加功能特性，性能、功耗及能效比上與Kepler相去不遠。這些新增的特性主要有：

  • NVENC效能的加強。NVENC是NVIDIA開發的視訊解碼器，在初代Maxwell顯示核心上的效能為1.5倍到2倍於Kepler顯示核心，在6到8倍的回放速率使仍能實時解碼。[14]
  • PureVideo效能加強。NVIDIA提升了Maxwell的視訊解碼快取和記憶體存取效率，稱在Pure Video E功能集視訊解碼時，比以往的有8到10倍效能提升。然而，H.265硬體解碼的支援度仍然不完整，需要軟體以及硬體共同執行。[14]
  • 新增一個電源模式『GC5』。當顯示核心進行視訊解碼作業時，會進入一個新的『GC5』電源模式，只保留視訊解碼所需的電路單元的電力供應，節省電力。[14]

顯示記憶體

GM107的L2快取，由GK107的256KB，大幅增加到2MB，大大降低對顯示記憶體的頻寬需求。相應地，NVIDIA僅為GM107的使用128位元的記憶體控制器位寬，而GM107的效能與kepler的192位元記憶體位寬的GK106不相上下，除此以外，減少了記憶體位寬，還會節省電能。[14]

SMM

Kepler時代，CUDA核心/流處理器陣列被NVIDIA稱作SMX，而Maxwell的設計，則改稱SMM。SMM陣列中，各陣列是分離獨立的，因此陣列中的4個排程引擎控制各自所屬的FP32 CUDA核心、載入/存儲單元以及特殊功能單元，不像Kepler那樣一個排程引擎需要共用資源。不過，紋理單元以及FP64 CUDA核心則仍然是共用的。[14]SMM提供比SMX更細粒度的資源分配，當負載並非為共用資源最佳化時節省電力。NVIDIA稱128個CUDA核心的SMM可以達到192個CUDA核心的SMX的90%的效能。[14]

通用運算

相比GK110/GK208支援CUDA 3.5，GM107可以支援CUDA 5.0通用運算庫。在GK110/GK208上現身的動態並行以及HyperQ，基於Maxwell架構的顯示核心會全面支援。Maxwell架構為32位元整數的原子操作提供原生共用記憶體，支援32位元和64位元的數據比較和交換（compare-and-swap，CAS），可實現其它形式的原子操作功能。

API

Maxwell架構全面支援DirectX 12。[15]

繼任架構

接替『Maxwell』顯示核心架構的，是NVIDIA於2013年3月宣布的代號『Volta』的顯示核心架構。[16]2014年，這個構想的架構被定名為『Pascal』[17][18] 『Pascal』將實現片上堆疊式動態隨機存取記憶體（DRAM），或稱『片上顯示記憶體』，統一記憶體架構以及NVLink。[19][17]

產品介紹

桌上型平台

首款基於Maxwell架構的顯示核心是GM107，但它卻被劃入GeForce 700系列，是為GeForce GTX 750和GTX 750 Ti，均使用28奈米製程，[14]它們均於2014年2月18日發布。GeForce GTX 750和GTX 750 Ti的TDP分別僅為55瓦和60瓦，這樣使得它們都能直接從PCIe插槽中獲取足夠的電能而無需輔助供電連接埠。[14]第二款基於Maxwell架構的顯示核心GM204被劃入GeForce 900系列，是為GeForce GTX 970和GTX 980，它們均於2014年9月19日發布。

行動平台

GeForce 800M的首發產品是GeForce 820M[20] - 使用『Fermi』顯示核心架構的GF117顯示核心，僅支援PCI-E 2.0，但支援DirectX 11.2、OpenGL 4.4、OpenCL 1.1、FXAA以及Optimus雙顯示核心切換，搭載DDR3顯示記憶體。其後發布的GeForce 830M、840M使用規格較低，但基於Maxwell架構的GM108顯示核心。GeForce GTX 850M以及GTX 860M後來推出的批次，採用GM107顯示核心。GeForce GTX 860M早期版本、870M以及880M均使用GK104核心，但各型號的核心配置不一。

晶片規格
条目：NVIDIA顯示核心列表

GeForce 800系列本代僅供筆記型電腦使用，而同架構的桌上型電腦用圖形處理器產品，則為GeForce 900系列以及GeForce GTX 750/750Ti。

  • 1 統一渲染器/流處理器數量 : 紋理映射單元數量 : 渲染輸出單元數量
  • 2 畫素填充率的估算：ROP的數量乘以基準核心時脈速率（時脈單位Hz），單位畫素數每秒（P/s）
  • 3 紋理填充率的估算：TMU的數量乘以基準核心時脈速率（時脈單位Hz），單位紋理數每秒（T/s）
  • 4 全系列可支援Direct3D 12，但功能層級會是更低的Feture Level 11_0
  • 5 單精度浮點數處理效能的估算，由著色器時脈乘以CUDA核心/流處理器數量和每時鐘週期CUDA核心/流處理器指令數；雙精度浮點數處理效能的估算：核心代號「GMxxx」的為單精度浮點數的1/32，核心代號「GKxxx」的為單精度浮點數的1/24
  • 6 時脈資料與實際使用的可能有差別，核心代號「GFxxx」的核心時脈分為兩部分：CUDA核心時脈/著色器時脈
型號 推出年分 晶片代號 製程
(奈米)		 電晶體數
(百萬個)		 晶粒面積
(平方毫米)		 匯流排介面 核心配置
SPs:TMUs:ROPs1		 時脈配置 填充率 顯示記憶體配置 API支援（版本）4 運算效能
（GFLOPS）		 熱設計功耗
(W)
預設
(MHz)6		 加速
(MHz)		 記憶體
(MT/s)		 像素
(GP/s)2		 材質
(GT/s)3		 容量
(MiB)		 匯流排類型 匯流排寬度
(位元)		 頻寬
(GB/s)		 DirectX OpenGL OpenCL Vulkan 單精度浮點數5 雙精度浮點數5
GeForce 800M[21][22] 2014年3月17日 GF117 28 585 116 PCIe 2.0 x8 48:8:8
（1 SM）		 738/1476 N/A 1800 1.476 5.9 2048 DDR3 64 14.4 11.0 4.5 1.1 未知 141.7 未知 15
GeForce 810M (GF117)[23] 2014年3月24日 GF117 28 585 116 PCIe 2.0 x16 48:8:8
(1 SM)		 738/1476 N/A 1800 1.576 5.9 1024
2048		 DDR3 64 16 11.0 4.4 1.1 未知 141.7 未知 15
GeForce 810M (GK107)[24] 2015年3月21日 GK107 28 1270 118 PCIe 3.0 x16 384:32:16
(2 SMX)		 810 未知 1800 6.48 25.92 1024
2048		 DDR3 128 28 11.2 4.5 1.2 未知 622.1 未知 45
GeForce 820M (GF117)[20][25] 2013年11月27日 GF117 28 585 116 PCIe 2.0 x16 96:16:4
(2 SM)		 625/1250～775/1550 N/A 1800 2.5～3.1 10～12.4 1024
2048		 DDR3 64 14.4 11.0 4.4 1.1 未知 240～297.6 未知 15
GeForce 820M (GK107)[26] 2015年3月21日 GK107 28 1270 118 PCIe 3.0 x16 384:32:16
(2 SMX)		 810 未知 1800 6.48 25.92 1024
2048		 DDR3 128 28 11.2 4.5 1.2 未知 622.1 未知 45
GeForce 825M[27] 2014年3月12日 GK208 28 未知 87 PCIe 3.0 x16 384:32:16
(2 SMX)		 850 未知 1800 6.8 27.20 1024
2048		 DDR3 64 14.4 12.0 4.5 1.2 1.0 652.8 未知 33
GeForce 830M[28] 2014年3月12日 GM108 28 未知 未知 PCIe 3.0/2.0 x16 256:16:8
(2 SMM)		 1082 1150 1800 8.66 17.31 2048 DDR3 64 14.4 12.0 4.5 1.2 1.0 554 未知 33
GeForce 840M [29] 2014年3月12日 GM108 28 未知 未知 PCIe 3.0/2.0 x16 384:24:8
(3 SMM)		 1029 1124 2000 8.2 24.7 1024
2048		 DDR3 64 16.02 12.0 4.5 1.2 1.0 790.3 未知 33
GeForce 845M (GM107)[30] 2015年2月7日 GM107 28 1870 148 PCIe 3.0 x16 512:32:16
(4 SMM)		 863 未知 2000 13.81 27.62 1024
2048		 DDR3 64 16 12.0 4.5 1.2 1.0 883.7 未知 45
GeForce 845M (GM108)[31] 2015年8月26日 GM108 28 未知 未知 PCIe 3.0 x16 384:24:8
(3 SMM)		 1071 1176 5000 17.14 34.3 1024
2048		 GDDR5 64 40 12.0 4.5 1.2 1.0 822.5 未知 33
GeForce GTX 850M[32] 2014年3月14日 GM107 28 1870 148 PCIe 3.0 x16 640:40:16
(5 SMM)		 936 未知 5000 14.4 36.1 2048 GDDR5
DDR3		 128 80
32		 12.0 4.5 1.2 1.0 1198.1 未知 45
GeForce GTX 860M (GK104)[33][34] 2014年3月10日 GK104 28 3540 294 PCIe 3.0 x16 1152:96:16
(6 SMX)		 797 915 5000 19.13 76.5 2048 GDDR5 128 80 12.0 4.5 1.2 1.0 1836.3 未知 75
GeForce GTX 860M (GM107)[33][35] 2015年2月5日 GM107 28 1870 148 PCIe 3.0 x16 640:40:16
(5 SMM)		 1020 1085 5000 16.32 41.2 2048 GDDR5 128 80 12.0 4.5 1.2 1.0 1317.1 未知 75
GeForce GTX 870M[36] 2014年3月12日 GK104 28 3540 294 PCIe 3.0 x16 1344:112:32
(7 SMX)		 941 967 5000 30.1 105.4 3072 GDDR5 192 120 12.0 4.5 1.2 1.0 2529.4 未知 100
GeForce GTX 880M[37] 2014年3月12日 GK104 28 3540 294 PCIe 3.0 x16 1536:128:32
(8 SMX)		 954 993 5000 30.53 122.1 4096
8192		 GDDR5 256 160 12.0 4.5 1.2 1.0 2930.7 未知 122

參見

參考資料
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  2. . pconline.com.cn. [2014-02-10]. （原始内容存档于2014-02-21）.
  3. Details on Nvidia's GeForce GTX 750 Ti, GTX 750 cards leak （页面存档备份，存于） - techspot.com
  4. GTX750Ti、GTX750长这样：规格也定了 （页面存档备份，存于） - mydrivers.com
  5. 新Maxwell显卡GTX750 Ti居然开放预定 （页面存档备份，存于） - inpai.com
  6. . gamersky.com. [2014-09-06]. （原始内容存档于2014-09-06）.
  7. . 网易. [2014-09-06]. （原始内容存档于2014-09-06）.
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  10. Nvidia Maxwell Graphics Processors to Have Integrated ARM General-Purpose Cores. （页面存档备份，存于）, xbitlabs.com （页面存档备份，存于）
  11. Nvidia: Next-Generation Maxwell Architecture Will Break New Grounds.. （页面存档备份，存于）, xbitlabs.com （页面存档备份，存于）
  12. NVIDIA reveals upcoming GPU architectures. （页面存档备份，存于）, hexus.net （页面存档备份，存于）
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外部連結
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