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标题: NVIDIA系列连载七：GeForce GTX 280/260显卡实物解析 [打印本页]

作者: iverlin 时间: 2009-8-19 11:59
标题: NVIDIA系列连载七：GeForce GTX 280/260显卡实物解析
　　之前介绍了那么多有关GTX200核心架构和技术方面的东西，理论部分的内容确实比较抽象难懂，现在就从理论回归实际，详细解析基于GTX200核心的两款旗舰级显卡——GeForce GTX 280和GTX 260。
　　8800GTX真正的接班人：GTX280
　　● GTX280的外观、散热器酷似9800GTX

左：GTX280 右：9800GTX

　　第一眼看到GTX280显卡正面，感觉造型方面与9800GTX非常相似：全覆式的散热器外壳将显卡裹得严严实实，风扇位略显凹陷，这种设计的好处就是组建SLI或3路SLI时，即便两块显卡紧紧埃在一块，风扇也能吸入空气进行良好的散热。
　　● GTX280的背面酷似9800GX2

左：GTX280 右：9800GX2

　　显卡背面也安装了外壳，从这个角度看的话跟双核心9800GX2的造型又有些相似，当然这只是表象而已，如果将散热器和外壳拆掉的话，就可以发现GTX280显卡实际上最像8800GTX/Ultra。
　　● GTX280的PCB最像8800GTX

左：GTX280 右：8800GTX

可以看到，GTX280的核心安装了保护盖，输出部分被单独设计了一颗芯片安装在了接口附近，还有供电模快的设计，这些都与8800GTX/Ultra的PCB设计方案如出一辙！看来GTX280才是8800GTX的正统接班人！

　　65nm如何成就14亿晶体管的怪兽核心
　　首先可以很清楚的看到，硕大的GTX280核心上被安装了一个保护盖，与G80采用了相同的设计，这就使得我们无法看清楚核心的硅片到底长什么样，不过输出接口附近那颗芯片倒是似曾相识。
　　● 65nm制造14亿晶体管又是一个奇迹

　　GTX280核心代号为G200-300，拥有高达14亿个晶体管，台积电65nm工艺制造，目前已经是A2制程（当初8800GTX也是A2制程，8800Ultra升级到A3），不过我们拿到的这块还是早期的工程样品。
　　想当初就连ATI内部人员都对NVIDIA表示惊叹：使用老旧的90nm制造出高达6.81亿晶体管的G80核心简直是奇迹！而现在奇迹再次上演，NVIDIA使用成熟的65nm工艺将晶体管数再次翻番，GTX200核心达到了恐怖的14亿个，令人叹为观止！

　　GTX200何不采用最新的55nm工艺？
　　NVIDIA在新工艺的使用方面一直都十分谨慎（尤其是架构发生重大改变的一代），当然也可以说是保守，总之一直落后于竞争对手。新工艺确实有助于减少芯片面积、降低功耗/发热，但往往投产速度慢、产量有限。为了尽快给用户带来新产品，先发制人抢占市场，NVIDIA往往会采用当前成熟的工艺，而不是去冒险尝试新工艺。等到新工艺完全成熟之后，再推出改良版的核心，可以进一步提高频率、降低功耗、发热和成本。从G70到G71、G80到G92都是基于这种设计思路的产品，也就是本文前言中所提到的“架构年、工艺年”概念。
　　GTX200流处理器频率为何如此之低？
　　GTX280显卡的默认核心频率为602MHz，流处理器频率仅1296MHz，甚至比当初8800GTX的流处理器频率（1350MHz）还要低，这就直接导致GTX280的浮点运算能力（933GFLOPS）未能突破1000大关，假如GTX280的流处理器频率为1400MHz的话，那么浮点运算能力正好就是1008GFLOPS！
　　我们知道NVIDIA一直以来都在不断的提高流处理器频率（或者说是流处理器与核心频率的比率），此次GTX280的流处理器频率如此之低，笔者推测要么是在频率提升方面遇到了瓶颈，要么就是为了控制功耗发热的需要。
　　当初8800GTX的A2版本G80核心默认频率为1350MHz，半年后8800Ultra的A3版本G80核心默认频率为1500MHz。这也就意味着未来GTX200核心还有不小的潜力，以后若推出改进的A3版核心、或者是启用55nm甚至更先进的工艺，那么性能将会再创新高！
　　● NVIO二代输出芯片：分久必合，合久必分
　　在8800GTX显卡上，NVIDIA首次将2D引擎与3D引擎分开，把GPU设计成了两颗芯片，其中一颗NVIO芯片就包含了RAMDAC和TMDS，专门负责图形输出。理论上来说，把输出部分和高频率的流处理器分开的话，有助于降低干扰，提升输出画质。

8800GTX显卡上的NVIO一代芯片

　　实际上，分离式设计也是受到了制造工艺的限制不得已而为之，我们知道G80的改进版——G92就没有NVIO芯片，因为65nm允许GPU容纳更多的晶体管，所以G92把NVIO整合在了芯片内部。显然，两颗芯片不但制造成本高，而且对显卡PCB和后期加工提出了更高要求，单芯片才是最优解决方案。

GTX280显卡上的NVIO二代芯片

　　“话说天下大势，合久必分，分久必合。”在GTX200芯片上，NVIDIA又把输出模块分离了出来，这就是上图中的NVIO二代芯片。二代相比一代作的改进主要有：

支持HDMI输出
兼容DisplayPort输出
支持10Bit色Dual-Link DVI输出（一代仅支持10Bit色模拟输出）
支持PureVIDEo-HD，双流硬件解码加速

　　1GB 512Bit显存彻底消除瓶颈
　　在以上章节中介绍过，NVIDIA为了实现512Bit总线的确付出了不小的代价，GPU内部的显存控制器就需要消耗不少晶体管，现在就来看看外部的显存颗粒：

GTX280与HD2900XT的显存分布大体相同

　　在显卡PCB正反两面的GPU周围，均布着多达16颗显存，这些显存的分布位置与HD2900XT基本相同，两款显卡都是512Bit，虽然内部控制器架构不同，但外部物理显存颗粒组成实际上是没有区别的。

　　这次NVIDIA在旗舰显卡上使用了现代显存颗粒，编号为H5RS5223CFRN2C，是16M×32Bit 0.8ns规格，16颗正好组成1GB 512Bit的规格。
　　令人纳闷的是，之前NVIDIA高端显卡一直都采用三星显存颗粒，8800Ultra和9800GTX使用的就是三星0.8nsGDDR3显存，默认显存频率分别为2160MHz和2200MHz。三星显存一直都以良好的稳定性和超频能力而著称，当然成本高于其他品牌。
　　而此次GTX280破天荒使用现代0.8ns颗粒，而且默认频率达到了2214MHz，要知道颗粒越多就越难冲击高频率，看来现代最新出品的0.8ns GDDR3显存实力不可小视，毕竟在这种旗舰显卡上面是不会考虑成本因素的。

　　N卡史上最豪华的数字供电模块
　　为了解决TDP高达236W的GTX280供电，NVIDIA不惜代价设计了非常复杂的供电模块，无论用料还是规模都超过以上任何一款N卡：

　　上图就是GTX280显卡的供电模快，我们很容易数出来总共有9颗电感，也就是9相供电。在这9相供电中靠近供电接口部分的两相使用普通三洋固体聚合物电容，这两相专门给8Pin和6Pin外接电源的12V电流滤波，剩下的7相才是最关键的GPU/显存供电。

　　GTX280采用了顶级电源芯片厂商VOLTERRA的数字供电解决方案，主控芯片为VT1165MF，它下辖5颗VT1165SF芯片为GTX200核心提供5相供电。

　　VT1165SF是内部整合了驱动芯片及传统多颗MOS管的高度集成芯片，也常被称为数字供电，这种整合芯片可以大大降低PCB面积占用，而且芯片自身的损耗非常小，其开关频率达到了1.5MHz，内部阻抗仅为1mΩ，所以整体转换效率可高达89.3%。由于VT1165SF开关频率超过了普通电解电容的忍耐，因此必须配套使用陶瓷电容。
　　VT1165SF单颗最大可提供30A电流，5路并联就是150A。ATI在HD2900XT上使用的也是VOLTERRAVT1165MF主控芯片数字供电，并且搭配了PAULSE为数字供电定制的多胞胎并联电感，这样供电模快的集成度更高。由于GTX280分别使用了单独的电感，因此布局显得比较分散。

　　剩下的两相供电就是显存的，它并没有电源主控芯片，因为这颗VT238AW的集成度更高，它将主控芯片、驱动IC电路和MOS管全部整合在了一起，因此看上去VT238AW比VT1165SF的芯片面积要更大一些。
　　这次GTX280拥有1GB容量的显存，而且频率创下了GDDR3的新高，因此NVIDIA使用了两颗VT238AW芯片，分别为显卡正反两面共计16颗显存供电。每颗VT238AWF可提供30A电流，共计60A，单颗显存在超频时所需电流可能达1.5-2.0A以上，因此两相供电更加保险一些。

　　大家来找碴：GTX280和GTX260外观上有何异同？
　　一颗核心不可能只有一款产品，对于全新的GT200核心来说，除了全规格的GeForce GTX 280之外，NVIDIA同期发布了规格稍加精简的GeForce GTX 260。GTX280与GTX260的外观设计极其相似，您能找出那些区别？

左：GTX280 右：GTX260

　　GTX260和GTX280的外观几乎完全相同，散热器和PCB都是相同规格的，只是Logo的颜色有所不同，GTX280是灰色GTX260是银白色。

左：GTX280 右：GTX260

　　GTX280和GTX260外观上最大的区别就在供电方面，GTX280的TDP高达236W因此使用了8+6Pin供电接口，而GTX260的TDP为183W使用双6Pin就够了。另外，GTX280在输出接口部分设计了一个LED小灯，如果玩家没接8Pin供电就会亮红灯，当然GTX260就无需这种设计了。
　　单纯讨论外观其实没有意义，接下来就将GTX260显卡拆解，看看在PCB设计和做工方面与GTX280有何差别。

作者: iverlin 时间: 2009-8-19 12:00
　　GeForce GTX 260精简了2颗显存和2相供电
　　● GTX260的核心架构屏蔽示意图
　　GTX260是GTX280的简化版，通过之前的规格介绍可以知道，GTX260的GPU内部被屏蔽了2组TPC（48个SP）和1组64Bit显存控制器（绑定的相关ROP和L2也被屏蔽），这样GTX260的规格就是192SP 896MB 448Bit：

GTX260核心架构屏蔽示意图

GTX280核心架构屏蔽示意图

　　对于GTX200这样超级复杂的芯片来说，出现瑕疵是在所难免的，由于流处理器和显存控制器所占芯片面积最大，很多坏芯片的问题就出在这两部分，只要屏蔽这些瑕疵模块的话就能变废为宝。这种屏蔽概念在CPU和GPU中屡见不鲜，实际上GTX280→GTX260的屏蔽方式与8800GTX→8800GTS的如出一辙，8800GTS也是被屏蔽掉了2组TPC外加1组64Bit显存控制器。

　　拆开显卡后就可以看到，GTX260的核心代号是G200-100（GTX280是G200-300），NVIO2代芯片与GTX280相同，显存颗粒的规格也不变，同样是现代0.8ns GDDR3，只不过数量少了：
　　● GTX260少了两颗显存、两相供电

　　GTX260与GTX280的PCB设计完全相同，只是GTX260少了两颗显存，也就是128MB 64Bit的规格，这样GTX260就是896MB 448Bit的规格。
　　由于核心频率和规格的下降，GTX260的TDP从236降至183W，核心供电模块的负担减小不少，就没必要使用原来那么豪华的供电模块了。通过上图可以看到GTX260的GPU供电部分有两相被空焊，而显存供电和控制芯片的供电保持不变。这样虽然核心供电仅剩3相，但数字供电还是能够提供充足的电流。

作者: 苯苯小哥 时间: 2009-8-19 12:23
GTX280公版：5块VT1165SF+2块VT238AWF，8+6pin供电。
GTX260公版：3块VT1195SF+2块VT238AWF，6+6pin供电。（P651版）
1165是30A 1195是40A

作者: cvcvvbvb 时间: 2009-8-19 13:04
260+和285才真正的大卖，毕竟耗电与性能，还有最后总的价格都成熟了

作者: iverlin 时间: 2009-8-19 13:07

260+和285才真正的大卖，毕竟耗电与性能，还有最后总的价格都成熟了
cvcvvbvb 发表于 2009-8-19 13:04

单卡之王 285还是米人门的选择

作者: recruitbj 时间: 2009-8-19 13:19

简单看看评论，路过了。。

作者: ace_zhangwei 时间: 2009-8-19 17:11
太热了不考虑了穷人路过

作者: zzzkkk777 时间: 2009-8-19 21:07
后悔买280了热得不行早知道多等等285了

作者: yy_ppdog 时间: 2009-8-19 22:28
先用先享受嘛，280和285也差不了多少

作者: Xcar 时间: 2009-8-19 22:30
传道授业解惑~

作者: hman2002 时间: 2009-8-20 22:52
拜读了～学习了～

作者: 我是大虫 时间: 2009-8-20 23:07
能不能把这类枪文直接毙掉啊
广告性质太严重了，nv还真舍得发工资
论坛很多的nv枪手

作者: 天天无聊 时间: 2009-8-20 23:21
LS的好鸡动

作者: znyh001 时间: 2009-8-20 23:41

能不能把这类枪文直接毙掉啊
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论坛很多的nv枪手
我是大虫发表于 2009-8-20 23:07

普及显卡知识，以后少中JS的招。
你不愿看，可以不看啊。又没有逼你看。

作者: iverlin 时间: 2009-8-21 00:27
本帖最后由 iverlin 于 2009-8-21 00:29 编辑

能不能把这类枪文直接毙掉啊
广告性质太严重了，nv还真舍得发工资
论坛很多的nv枪手
我是大虫发表于 2009-8-20 23:07

这算是科普吧方便大家了解发展历史和每一代显卡的革新内容架构差异用料构成等

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