NVIDIA系列连载七：GeForce GTX 280/260显卡实物解析

iverlin

　　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。

iverlin

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

znyh001

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

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。

天天无聊

LS的好鸡动

我是大虫

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

hman2002

拜读了～学习了～

Xcar

传道授业解惑~

yy_ppdog

先用先享受嘛，280和285也差不了多少

zzzkkk777

后悔买280了 热得不行 早知道多等等285了

ace_zhangwei

太热了 不考虑了 穷人路过

recruitbj

简单看看评论，路过了。。

iverlin

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

cvcvvbvb

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

苯苯小哥

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

iverlin

　　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。