GTX680架構解析 GPU版開普勒三大定律

    最后再來看看開普勒架構在其它方面的改進：

● 多形體引擎2.0：

    從GTX480開始，NVIDIA就宣稱只有自己“做對了DX11”，因為GF100核心擁有多達16個多形體引擎，每個多形體引擎內部都有獨立的曲面細分單元，而HD5870整顆Cypress核心只有1個曲面細分單元。通過專項測試來看，GTX480的曲面細分和幾何性能都遙遙領先于HD5870。

    AMD方面當然也意識到了孽弱的曲面細分性能是個瓶頸，一方面強調“曲面沒必要分太細”，另一方面也在新一代產品中不斷的加強曲面細分性能。根據AMD官方的說法，HD6870通過雙超線程分配處理器將中等程度的曲面細分性能提高了2倍；HD6970通過雙圖形引擎又提升了2倍；而HD7970則重新設計了曲面細分單元，在所有等級下都可以達到HD6970的4倍！最終HD7970的曲面細分能力相比HD5870提升了10倍左右！

    在AMD不斷更新架構的同時，NVIDIA的DX11 GPU沒有變化（GF110和GF100是一樣的），顯然HD7970的曲面細分性能已經超越了GTX580。這次該NVIDIA著急了。

    在開普勒架構中，我們看到了多形體引擎2.0版，結構上沒有什么變化，但處理能力翻倍了。NVIDIA稱，Kepler的多形體引擎在同頻率下的性能是Fermi的兩倍，而且新引擎在重度曲面細分情況下的效率更高，性能損失更小。

DX11理論曲面性能性能測試，橫軸為細分級別

    值得注意的是，GK104只有8個多形體引擎，而GF110有16個多形體引擎，但最終GTX680的曲面細分性能比GTX580還要強，看來單個引擎的效能確實翻倍了，超出那部分的性能應該是高達1GHz頻率的貢獻。

    可以看出，NVIDIA的曲面細分單元在重度細分模式下的效率更好一些，低級別模式下HD7970并不差還略占優勢，但級別越高差距就越大。根據目前DX11游戲的發展趨勢來看，“曲面沒必要分太細”的說法已經過時，不然AMD也就成倍的增加曲面細分性能了，未來的DX11游戲會加入高精度曲面細分引擎，屆時N卡的優勢會得到體現。

● 更快的高速緩存：

    GK104的緩存設計與GF100沒有區別，都是一級緩存、一級紋理緩存、二級緩存這樣的層級設計，而且緩存容量的配比也沒有變化，但因為模塊化設計的關系，總容量有所減少。

緩存架構讓各流水線之間可以高效地通信，減少了顯存讀寫操作

    GK104的每個SMX當中配有64KB的Shared Memory/L1，GK104總共擁有8個SMX，所以一級緩存的總容量是512KB。

    GK104的每個光柵單元/64bit顯存控制器配有128KB的L2，GK104總共有4個64bit顯存控制器，所以二級緩存的總容量也是512KB。

    與GF100的1MB一級緩存、768KB的二級緩存相比，GK104的緩存容量確實小了很多，這個可以通過芯片透視圖明顯的看出。

    雖然緩存容量變小了，但速度快了很多，NVIDIA強調GK104的L2帶寬比GF110增加了73%，其中改進的算法提高了30%的緩存命中率，另外的43%則是得益于高達1GHz的核心頻率。此外，原子操作的吞吐量也大增3.5倍，尤其是單一共享地址的原子操作可提升11.7倍之多！

● 更多的紋理單元：

    GK104的每個SMX內部擁有16個紋理單元，8個SMX總計128個紋理單元；GF110的每個SM內部擁有4個紋理單元，16個SM總計64個紋理單元；可以看出GK104這次大幅增加CUDA核心數量的同時，也沒有忘記紋理單元。

    除了數量翻倍之外，紋理存取的限制也放開了，以前因為DX11 API的限制，GPU最多只能對128個紋理進行操作，而現在GK104可以使用超過100萬像素的紋理貼圖，而且可以并行的對多個紋理同時操作，在使用超大紋理時的CPU占用率大幅下降。但由于微軟DirectX API的限制，目前GK104的這些特性還只能在OpenGL API中體現，未來版本的DirectX可能會加入支持。