其中AMD推出的RV770 ( HD 4870 / HD 4850 )，已經在之前的文章做過相關的介紹與效能實測，這次則要分二次來介紹Nvidia的新產品，同樣先介紹新產品的架構，後續則是效能實測部分。

[延伸閱讀] AMD與Nvidia交鋒，新一代繪圖晶片各行其道 、ATI Radeon HD 4800系列繪圖晶片--特色介紹篇 、 效能實測篇

GeForce GTX 280是Nvidia新一代的顯示晶片

Nvidia這次推出的晶片代號為D10U與GT200，正式名稱則是GeForce GTX200系列，現在有二款產品，分別是GTX280與GTX260。在Nvidia推出GeForce 9系列產品後，大家都在想下一代產品的命名方式，沒想到數字變小了，讓熟悉Nvidia晶片的人有些不習慣。

GTX200系列晶片與過去的產品相較，其設計、複雜度及晶片尺寸堪稱是Nvidia產品之最。它有幾個主要設計目標，如擁有二倍8800GTX的效能、提升用電效率及更好的電源管理能力、加強CUDA應用與物理運算能力…等等。

總而言之，更高的效能，不論是遊戲3D或是視訊處理，GTX200系列都能提供最好的表現。在這些目標設定下，的確造就了如同怪物般的新顯示晶片。

不管顯示晶片內部架構如何的改變，最主要就是要能滿足使用者的需求，以目前的應用來說，購買高階顯示卡的主要著重點，還是在遊戲軟體的支援上。遊戲效能與購買成本擁有最佳比例時，將會在市場上較為歡迎。

除此之外，附加的視訊處理能力，亦是近來大家所重視。尤其是高畫質視訊所採用的H.264、VC-1等編解碼能力，對於播放藍光影片有很大幫助。至於其它的應用方式，除非是讓一般使用者有用，否則也只能滿足數量稀少的需求。

GTX200的內部架構

▲ GTX200系列晶片內部區塊說明

GTX200是Nvidia第二代Unified Shader架構設計的產品，據官方的資料表示，它所改善的設計，效能將比GeForce 8、9系列產品平均高上1.5倍。GTX200系列顯示晶片目前仍採用台積電65nm製程所製造，內部的電晶體數量高達14億顆。

這個數量到底有多大，雙核心45nm的Core 2 Duo內部為4億1千萬顆，AMD的RV770則將近十億顆，如此就可以知道GTX200的複雜度有多高了吧。只是這麼複雜的設計，竟然還是使用65nm製程製造，使得晶片面積(575mm2)比RV770(260mm2)及45nm Core 2 Duo(107mm2)大了許多，耗電量也很驚人。

▲ GTX280(右)與Core 2 Duo處理器(左)的尺寸比較

還記得以前GeForce 8採用第一代的Unified Shader時的設計嗎？它在處理器內部設計了許多串流處理器(Streaming Processor)以擁有更好的平行運算能力。GTX200既然是第二代Unified Shader，它當然還是採用類似的設計，但是更為強大了。

在GTX200中，其為數眾多的串流處理器(SP)可分為不同的群組，首先是每八個SP組成一組多重串流處理器(SM,Streaming Multiprocessors)，再將三個SM組成一組TPC，在圖形運算時TPC代表Texture Processing Cluster，若是應用於平行計算時，則代表Tread Processing Cluster。

由於Nvidia過往顯示晶片等級的設定，除了工作頻率不同之外，SP數量也有所差別，這與AMD產品僅有頻率差別是有所不同。以下我們就列出GTX200與之前產品在這部分的比較表格。

從名稱的差異上，我們知道GTX200擁有二種運算架構，分別是運用於繪圖計算的「圖形運算模式」，及利用它獨特的架構而做為「平行運算模式」。以下用圖形來表示二種模式時的運用差異。

圖形運算模式

在這個模式下，最上方是三種Shader(Geometry、Vertex、Pixel)控制及Setup/Raster，中間部分即是TPC，下方則是ROP(Raster Operations Processor)與記憶體連接介面。

這個方塊圖與前一代產品類似，因此這次並未在這部分解釋太多，當然內部有做更精細的調整，如浮點數精度提升，更高的記憶體頻寬、提升3倍 ROP效能、提高Shader到Texture比例、材質過濾效能…等等，提供遊戲玩家一個更高速、更真實的視覺效果。

平行運算模式

這是GTX200較特別的應用模式，可說是將繪圖引擎做另一種計算功能。在這個模式下，上方變成執行緒排程器(Thread Scheduler)，中間為TPC，下方則是稱為Atomic(原子能)、材質快取(Tex Cache)及記憶體連接介面。

Atomic能夠對記憶體做快速的存取與修改，能夠有助於平行資料結構管理及運算。至於材質快取在這種模式下，主要是提升記憶體的存取效率及更高的記憶體讀寫頻寬。

在這個模式之下，TPC有了不同的使用方式，其中每個SM中都有其16K記憶體(Local Memory)，可供內部的SP分享資料而不必到外部的記憶體做存取，提升整體的計算能力。

在運算時，TPC運用的是MIMD(Multiple Instruction, Multiple Data)架構，而SM則是採用SIMT(Single Instruction Multiple Thread)，從SIMD改良而來的SIMT擁有更好的效能與更容易的可程式化能力。在這樣的方式下，每個SM可以建立、管理、排程與執行32組稱為Warps群組，而每個Warp又是由32個平行執行緒組成，因此GTX200就擁有極高數量的執行緒平行運算能力。

▲ 每一個TPC內部的構造方塊圖

「平行運算模式」其實是GTX200此次推出特別強調的特性，可讓它當成是通用型處理器(GPGPU)，在軟體的支援下，使用在一些特別應用上，如視覺運算、科學運算等。在某些應用軟體下，將會有比使用中央處理器提高數十倍，甚至上百倍的計算能力。

如此特別的計算能力，一般使用者用到的機會似乎不高，唯一比較常用到的機會可能是在HD視訊的壓縮吧。若是在支援GTX200運算的視訊處理軟體時，就能大幅縮短運算時間。

GTX200的其它特點

在GTX200的架構當中，浮點數精度的提升是一個重大的改變，它採用了雙精度的64位元浮點運算能力，讓高階的科學、工程與金融應用提供高精確度的運算結果。

在其內部中，每個SM可以當作一個雙精度64位元浮點運算處理單元，在GTX200中最高就擁有30個浮點運算處理器。全部的運算能力將相當於一個八核心的Xeon處理器，即90 Gigaflops!

在Nvidia合併了Ageia取得其物理運算技術後，在GeForce 9產品中開始提供PhysX物理運算能力，讓支援這項技術的軟體得以發揮最好的效能。在GTX200系列上，當然還是有提供PhysX的技援能力。至於Direct3D的支援上，它仍然僅支援DirectX 10.0，尚不支援DirectX 10.1。

運算核心效能的提升，當然也要搭配高速記憶體以滿足其資料來源及結果的需求。GTX200擁有高達512位元的記憶體介面，或是說八組64位元的記憶體介面，記憶體容量可達1GB。目前GTX200搭配GDDR3記憶體，工作頻率最高可達1.1GHz。

至於電源管理部分，GTX200擁有更多動態及彈性的電源管理能力，它擁有四種電源/效能模式，分別為：

1. 閒置或是2D運算，大約為25W。
2. 藍光、DVD播放模式，大約35W。
3. 3D全速運算模式，隨著效能改變，最高大約236W。
4. Hybrid Power模式，可完全關閉顯示卡，此時為0W。

GTX200系列兩款晶片的比較表