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[7800GTX專題]核心架構(gòu)解析&專業(yè)測試

    隨著NVIDIA最新GeForce 7800GTX的發(fā)布，人們關(guān)注的焦點再次放到了高端圖形芯片的革新上。在了解了GeForce 7800GTX顯卡的性能和CineFX 4.0引擎的基礎(chǔ)上，想必您對GeForce 7800GTX的芯片架構(gòu)方面產(chǎn)生了更大的興趣，今天我們就再來看看GeForce 7800GTX圖形芯片的架構(gòu)方面有什么改進。

    每一代新的圖形芯片，勢必在架構(gòu)上有重大改變，因為這是提升芯片性能的最重要途徑。僅僅是提升頻率，不能稱之為不同的芯片。在GeForce 7800GTX圖形芯片中，包含了NVIDIA最新的技術(shù)，并且在架構(gòu)上比上一代產(chǎn)品有了更進一步的改進。

    GeForce 7800GTX圖形芯片架構(gòu)上的改進主要體現(xiàn)在兩個方面：

◎ 并行性：GeForce 7800GTX在并行處理能力上有大幅度的提高，相比上一代產(chǎn)品，提供了更豐富的處理管線，從而讓性能得到了大幅的提升。

◎ 管線密度：GeForce 7800GTX圖形芯片并不是上一代產(chǎn)品的管線數(shù)增加的版本，而是真正對管線內(nèi)部進行了改進，每一個管線均有內(nèi)在的改進，提升了單個管線的處理能力。并且在處理數(shù)據(jù)的精度上有了進一步的提升。

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    在了解GeForce 7800GTX圖形芯片的架構(gòu)之前，我們先從微觀的角度來看看這款芯片。

 

    相比GeForce 6800芯片，GeForce 7800擁有了更大的核心，這是因為它的內(nèi)部擁有了更多的晶體管。

 

 

 GeForce 7800GTX圖形芯片核心電路照片（點擊放大）

 

 

    在GeForce 7800GTX芯片上，集成了高達3億200萬的晶體管，可以說是世界上最復雜的芯片了。

 

    這3億200萬個晶體管代表什么意思呢？我們給大家算個加法大家就明白了：

 

芯片	晶體管數(shù)目
PS2 CPU	10.5M
PS2 圖形芯片	43M
XBOX CPU	9M
XBOX 圖形芯片	60M
NGC CPU	21M
NGC 圖形芯片	51M
Athlon 64 FX55	105.9M
合計	300.4M

 

    我們看到，即使將目前市場上非常先進的3款游戲機的處理器和圖形芯片加起來，再加上PC上最快的處理器Athlon64 FX55，總共的晶體管數(shù)目只有300.4M，也就是3億40萬個，還沒有GeForce 7800 GTX圖形處理器的一顆多。

 

 

 GeForce 7800GTX的架構(gòu)圖（點擊放大）

 

    在最新的GeForce 7800GTX的架構(gòu)圖中，我們可以看到，頂點處理管線的數(shù)目為8條，像素處理管線的數(shù)目為24條。

 

    看到這樣的架構(gòu)，還是令我們比較滿意的。因為我們知道，在上一代的圖形芯片中頂點渲染管線是6個，而像素渲染管線是16個。

 

圖形芯片	頂點處理管線	像素處理管線
GeForce 7800 GTX	8	24
GeForce 6800 Ultra	6	16
GeForce 6800 GT	6	16
GeForce 6800	5	12
GeForce 6800 Le	5	8
GeForce 6600 GT	3	8
GeForce 6600	3	8
GeForce 6200	3	4

 

    相對于上一代產(chǎn)品，GeForce 7800GTX的管線數(shù)在頂點渲染管線上增加了33％，在象素渲染管線上增加了50％。

 

    首先我們來看看在GeForce 7800GTX全新的架構(gòu)中VertexShader Unit（頂點渲染單元）的具體架構(gòu)。

 

    從直觀上看，這一代的頂點管線的具體結(jié)構(gòu)和上一代的GeForce 6800芯片的頂點渲染管線的大體結(jié)構(gòu)是一樣的。但是在細節(jié)上卻有著不少改進。

 

1. 在程序流程管理方面進行了進一步優(yōu)化，可以讓Shader程序更加有效的運行，再加之無限長度的程序長度支持，讓軟件的運行更加自由。

 

2. MIMD（多指令多數(shù)據(jù)）的架構(gòu)，兩組并行的32位浮點單元可以同時處理標量數(shù)據(jù)和向量數(shù)據(jù)。

 

3 專門的分支結(jié)構(gòu)處理單元，更快的決定程序的流程。

 

    然后我們再來看看在GeForce 7800GTX圖形芯片中像素渲染管線的具體架構(gòu)。

 

 

    GeForce 7800GTX的象素渲染管線比上一代的GeForce 6800要多50％，但是這并不僅僅是個數(shù)量上的升級，因為在每個單獨的管線上都有著特別的改進。

 

1. 每個管線能夠進行更快的運算，這得益于像素渲染管線增加了數(shù)學運算單元，可以進行更大計算量的操作。

 

2. 增強了高精度運算時的性能，在運算例如HDR效果等需要高精度浮點運算的時候，能夠有更好的性能表現(xiàn)。

 

3. 對各向異性過濾性能有了更大的提升。

 

4. 提供了創(chuàng)新的超級抗鋸齒功能，讓透明貼圖有了前所未有的畫質(zhì)體驗。

    那么經(jīng)過這些改良的GeForce 7800GTX圖形芯片的性能將有多大的性能提升呢？我們特別安排了專門針對Shader性能的測試，首先我們使用3DMark05中自帶的測試功能對VertexShader的性能進行了測試：

 

 簡單測試

 

 

 

 復雜測試

 

    在這個測試中，測試的過程主要是考察處理頂點的能力，所以受分辨率的影響不是很大，通過測試我們也驗證了這一點，所以我們僅僅用一個常用的分辨率來進行這個測試。

    在對Vertex Shader進行了測試之后，我們再來看看Pixel Shader的性能測試。同樣的，我們使用3DMark 05中所提供的測試選項進行測試。

 

 

    和前面我們測試的VertexShader不同，PixelShader的性能很大程度上會受顯示分辨率的影響，所以我們看到，不同的分辨率的性能也有著比較大的差異。

    除了使用3DMark 05中自帶的測試功能之外，我們還使用了更為專業(yè)的Shader測試軟件進行測試，我們使用的是ShaderMark最新的2.1版。

    ShaderMark是一個專門測試3D Shader性能的測試軟件，這個測試軟件其中自帶了實現(xiàn)多種效果的Shader，通過運行這些Shader來測試顯示芯片的性能。

    在最新的2.1版本的ShaderMark中，支持最新的DirectX 9.0中的ShaderModel 3.0。ShaderMark 2.1能夠很好的提供對SM3.0的支持，并且可以表現(xiàn)出ShaderModel 3在畫質(zhì)和性能上的優(yōu)勢。

● 總結(jié)

    GeForce 7800GTX圖形處理器在架構(gòu)上的改變是明顯而且有效的，同時選擇增加管線的數(shù)目和提升管線的能力是一個很好的主意，這樣從兩方面入手，使得在管線數(shù)目增加不到1倍的情況下實現(xiàn)了性能的翻倍。