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  • 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决

    到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决

    自从AMD在2009年9月推出第一张DX11的游戏卡时,就已经揭开DX11游戏卡大战的序幕,而NVIDIA的GTX400系列虽然在第一战的推出时程晚了半年才问世,不过在DX11的效能表相当优异。一年过去了,

    AMD再度推出HD6000系列的DX11游戏卡,除了整体效能再提升之外,并且强调DX11的相容性和效能调整,也导入全新的电源管理技术。另一方面,NVIDIA这次也迅速推出GTX500系列,除了强化DX11的效能之外,还修正了供电以及散热的部分!这次两家推出新卡的时间差不多,实力也相当将近,网路上更是引起热烈讨论,所以两虎之争是免不了的,本期将再次进行GTX500和HD6000系列的DX11效能的宿命对决,来看看这一年来两家死对头的游戏显卡在DX11方面进步多少!

      回顾双雄跨入DirectX11的心血之路 各位还记得在2010年10月份的157期封面故事吗?当时小编使用AMD的HD5970和NVIDIA的GTX480这两张旗舰游戏显示卡,分别测试了DirectX11的Tessellation效能,但是很明显HD5970在DirectX11的效能远不如GTX480,这样令人傻眼的结果有玩家对此提出了疑问,认为两家所推出的DirectX11游戏卡时间相差了半年之久,且世代不同的产品无法做比较,所以晚推出的NVIDIA似乎比较吃香!这样的说法小编也认同,就产品推出的时程来看的确无法做比较,不过据小编收集到的情资显示,NVIDIA早在2009年的11月就发表第一代的Fermi核心,虽然说已经準备好应战AMD全线的HD5000系列产品,不过因为开发上不够完善,且当时40奈米製程不够成熟的关係,所以最后还是延迟推出。AMD方面虽然明知到DirectX11公布的规格需求,也领先NVIDIA半年率先推出DirectX11显示卡,而且为了要能运行DirectX11,只在上一代的核心中加入了SM5.0指令集和线路修改,由于没有进一步的针对DirectX11优化调校,所以只要DirectX11的指令运用越多越複杂,效能就会大幅衰退!因为核心架构的设计不够成熟且对于DirectX11的支援度不高,尤其是DirectX11中最重要的关键「Tessellation」透过HD5000系列表现更是显得无力,或许顾虑到当时并没有太多游戏支援DirectX11,甚至在往后的一年内也不会有太多的DirectX11游戏上市,所以就延续用上一代的Cypress架构并加入DirectX11指令集,在HD5000系列推出之后由于NVIDIA并没有相对应的产品,AMD也就称霸独显市场大半年! 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / 这是小编在157期透过微软所提供的Tessellation测试软体所做的测试之一,在图中左下则是GTX480与HD5970的效能差异,当Tessellation的运用越多HD5970相较于GTX480的效能衰退幅度就越大。   NVIDIA也在2010年4月GTX480亮相之后才开始有产品回击,虽然如此,NVIDIA并没有因此顺利通过玩家的考验,除了性价比相当低之外,就如前段文章所提到第一代Fermi的GF100核心在製程上有瑕疵,导致功耗及温度过高,加上特殊的外露散热鳍片设计,有玩家笑称GTX480为「烤肉架」,在国外甚至有玩家用多张GTX480所产生的废热来煮蛋,经过几个小时之后生鸡蛋竟然熟了!直到GTX460(GF104)、GTS450(GF106)这几张效能优异的规格推出之后,NVIDIA的Fermi才开始表现亮眼且受到各界玩家的瞩目。而GTX480所使用的GF100和GTX580的GF110既然架构上并没有什幺改变,那很闷的是NVIDIA一开始在推出Fermi的时候告诉大家Fermi有512个CUDA,但是GTX480却只开启480个CUDA?直到推出GTX580才完整开启512个CUDA,难不成是GF100在製程上有什幺瓶颈? 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / GTX480由于GF100核心设计功耗过高,导致运作时温度过高,即使使用外露的大型散热鳍片还是无法解决温度的问题!  到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / 国外有玩家将2张GTX480组成SLI,并在出风口放置一颗生鸡蛋,再利用GTX480产生的高温废热来蒸蛋!(图片来原为网路)   当开始跨入DirectX11的时代,难免会面临到技术上的种种问题,就像是AMD虽然HD5000系列产品已有支援DirectX11,但是与NVIDIA的GTX400系列产品相比,不禁让玩家们认为HD5000系列的DirectX11是个玩笑,毫无匹敌之力!一年后AMD推出HD6000系列显示卡,这次不用想大家也都知道HD6000系列最大的改变就是DirectX11的效能,从各大网站及平面媒体的测试报告来看,HD6000系列在DirectX11的进步幅度相当大,原厂也表示对这次的新产品相当有信心,同时间让人吃惊的是NVIDIA竟然继GTX400系列后又再发表了GTX500系列显示卡,此消息一公布让小编忍不住哇呜一声!NVIDIA为了不再让AMD专美于前,迅速推出GTX500系列来应战,这真的太疯狂了!从GTX400推出后到GTX500也不过8个月竟然又推出新产品,玩家们怀疑缩短推出的时程是否也会影响产品的品质呢?但不管如何,AMD和NVIDIA这次新品推出的时程已经相近,理论上算是同一世代的产品,这样就能名正言顺的来场对决!  从DirectX11看到显卡的架构改变 当我们从上一代产品来看,HD5000和GF400都只是DirectX11的开胃前菜,严格说起来技术都还不是真的成熟,实际运行DirectX11的游戏都只能算是堪用,只要遇到DirectX11运用较多的游戏,所得到的画面张数都会让你傻眼,因为在DirectX11的游戏中为强调细緻的画面使用非常大量的光影特效,增加了许多物理效果的反应以及在图形的细节和複杂度,另外也针对多核心架构的处理器优化,毕竟游戏的画质要有所提升就必须增加图型物件的複杂度,如从今年3D运算软体测试公司Futuremark所推出的3DMark 11,这是一款全新的DirectX 11测试软体,测试内容中的场景犹如好莱屋电影般的运镜手法,不论是光线效果或是景深都让人看得目不转睛,但这也表示说接下来的游戏画面将会是如此逼真,不过还是需要藉由显示卡来呈现。 小编在157期提到过DirectX 11主要有五大特点,包含Tessellation(细分曲面)、Multi-Threading(多线程处理)、DirectCompute 11(计算着色器)、ShaderModel 5.0(着色器指令集5.0)、Texture Compression(纹理压缩),期中最重要的一环就是Tessellation,可以称为镶崁图形或细分曲面,但是要构成Tessellation必须要是「顶点相连接」以及「边密合相连接」所组成的多边形,透过Tessellation能在不增加绘图核心的负担下,有效率的产生极多且複杂的多边形,大幅提升画面中物件的立体感。 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决  图 / 左图为Tessellation关闭状态,右图开启Tessellation之后与左图之间的差异甚大,例如图片中龙身上的造型完全不同,右边的楼梯,在右图并没有明显轮廓,但是左图的楼梯呈现立体,包括房屋的屋瓦、地面,甚至画面中的每个物件都会变得更立体!   其实Tessellation技术在多年前就已经问世,但是当时的使用环境需要不大,主要还是显示卡的效能还无法达到水準,所以也就不被看好,但是为什幺需要Tessellation呢?玩家们在玩游戏的时候难免会被细致的画面所吸引,但是玩家们或许不知道以往的游戏画面中的物件几乎都是平面的贴图,只是透过颜色明暗深浅来产生层次,远看还行,但画面一拉近感觉就差多了!因为图形设计师在开发游戏画面的时候必须考量时下硬体的效能,一方面也要减轻开发时的负担,所以较远的场景画面或是次要的物件都会使用较粗糙的构图加上贴图来呈现,但是藉由显示卡来运算Tessellation之后,图形设计师只要在建模时构出简单的图形方块,经由绘图核心中图形引擎的Tessellation加以运算,能在一个多边形区块内添加难以计算的三角形,接下来是重点唷,各为要仔细听!透过Tessellation运算过的物件可以产生拥有难以计算的点、线、面,多边形越多所产生的物件就越平滑,而且还有更大的变形幅度,最后玩家所看到的画面就更逼真立体,地上的小石头保证一定是立体的,不会再是平面的贴图! 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / 游戏中的物件都需要透过3D绘图软体来建模,以点、线、面三种元素形成图形,而Tessellation就是在其中崁入无数三角形让物件变得更平滑立体。   除了Tessellation在整个图形运算中佔有相当重要分量之外,大家或许还不知道DirectX11的另一项革命技术「Ray Tracing光线追蹤技术」,这项技术的特点就是能使图形上的光线和影子更接近真实,我们都知道游戏中很多看似立体的物件其实都是平面的,包括画面中的光影的位子也都是固定不变,但是只要透过Ray Tracing技术加以运算之后,能够真实模拟出现场的光源反射,并且会随着场景的转换呈现即时动态效果,3D电影阿凡达製做过程中就是採用「PantaRay光线追蹤引擎」,让所有的不论是真实人物或是虚拟角色物件都像是真实生活在潘朵拉星球上。上述的这些技术与功能看似酷炫,但实际运作起来是非常複杂的,世代交替的技术对于原厂来说是一大挑战,要如何让改进核心架构的效能更是难题,接下来进一步来分析AMD与NVIDIA如何为了DirectX11而改变核心架构! 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图一  到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图二 图 / Ray Tracing光线追蹤技术可以呈现物件真实的光源反射,像图一中的汽车物件的反光会随着视角改变,而倒影也会印出真实的效果!图二则是物件阴影透过Ray Tracing呈现在不平整的地面上,影子会随着高低起伏而改变造型,达到动态光影效果。  
    第二代DirectX11显示卡战力分析

    到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决

    到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决

    规格表中的显卡就是AMD与NVIDIA上下两代最高阶的单晶片产品,一样都是支援DirectX11特效技术,但新一代的规格在效能上都有提升,像AMD的记忆体更是从HD5870的1GB跳升到2GB,提升效能是件好事,不过提升功耗就还挺怪的,正常都希望效能比上一代更高但要更省电、更低温,GTX580功耗有比GTX480还低,小编实际测试后满载两者的差距更大,但HD6970的功耗比HD5870高了112W,这个差距有点大,毕竟功耗提升工作温度也会跟着上升,这部分下面会有测试,还是继续往下看吧! 话说AMD这次在HD6000系列的核心算是下了很大的功夫,为了提升DirectX11的运算效能,也将核心的运算架构进一步的修改,这部分我们在162期的本月焦点就有提到,HD5000系列除了SIMD阵列的排列方式没有改变之外,最明显的就是Graphics Engine图形引擎的配置,但在HD6800系列Barts核心架构虽然SIMD阵列排列依旧没变,不过Graphics Engine中的Tessellator提升已经使用比Cypress更高等级的Tessellator Gen7,虽然提升为第七代,不过还是只有一组Tessellator,另外在线程控制器也提升为两组,其余配置则维持不变,理论上和上一代的核心相比已经有大幅提升运算速度,这就是HD6800系列的核心设计重点! 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / AMD在上一代的RV870核心架构中开始加入了Tessellator,不过效能表现不彰。  到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / 此为HD6800的核心架构图,可以明显看到Tessellator还是只有一组,不过提升为Tessellator Gen7,线程控制器也分为两组来运算。  到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / HD6900的架构产生明显变化,Graphics Engine已经分为两组来处理,当然Tessellator也就增加为2组,并且提升到Tessellator Gen8。   不过在之后AMD再推出更高阶的Caman绘图核心,相较于Barts的架构,Caman的Graphics Engine图形引擎做了相当大的变动,为了再提升Tessellator的运算效能,AMD将Caman的Tessellator 提升为第八代的Tessellator Gen8,甚至乾脆将Graphics Engine分为两个运算模组,Graphics Engine中所有的Geometry Assembler、Vertex Assembler以及Rasterizer也就分为两组独立运算,Tessellator 也理所当然从一组增加为两组,这样的改变的确有利于Tessellator的运算速度,但是我们实际了解这次AMD在HD6000系列的核心设计之后,似乎对于Tessellator运算效能还是没有很投入,不过以整体的DirectX11效能来看,HD6000系列比起上一代的产品成长幅度很大! 相较于AMD的核心架构,NVIDIA在DirectX11的支援度的确比较高,从GTX400系列开始NVIDIA就一直强调Tessellator的优异效能,当NVIDIA开始着手开发第一代Fermi的时候就已经将Tessellator的效能列入设计重点,从Fermi架构图中可以清楚看到有4组的Graphics Processing Clusters(GPC为GPU的核心),每一组的GPC都包含有4组的Polymorph引擎(NVIDIA将Tessellator调整后命名为Polymorph引擎),所以Fermi架构中的Tessellator总数就高达16组,不过像是GTX580和GTX570除了减少一组Streaming Multiprocessor (SM阵列)所以CUDA的核心数量不同之外,也会减少一组Polymorph引擎,简单来说规格越低Polymorph引擎的数量也就越少,不过AMD的Barts和Caman都各只有1和2组的Tessellator,这就是为什幺AMD的对于Tessellator运算比较吃力。 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / 图为GF100的核心架构线路图,NVIDIA花了一段时间修改了内部走线,才得以顺利推出完整512个CUDA的GF110。   到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决    到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决 图 / Fermi的核心架构排列相当整齐,每一组SM阵列都配置一组Polymorph引擎,所以CUDA全开的GTX580就有16组,但是随着隐蔽SM阵列之后Polymorph引擎数量也会相对减少,例如GTX570(右图)就只有15组Polymorph引擎。   GF100和GF110在核心架构的部分并没有多做变化,一样是4组GPC、16组SM阵列和6组64bit总合为384bit的记忆体控制器等等,GF110的重点只是针对DirectX11的效能进行小细节微调和优化,修改了内部线路并改善了每个环节的沟通和连结速度,如此一来提升核心的处理速度,因此也能降低工耗与温度,经过一段时间的改良之后,让Fermi的完全解禁开启512个CUDA,从GTX480到GTX580不只是时脉更高,也更省电、工作温度更低,整体改变的幅度相当大! 
    有数据有真相,进步多少一看就知道! AMD的HD6000系列和NVIDIA的GF500系列都算是第二代的DirectX11显示卡,核心经过一段时间的修改后,理论上效能应该要比上一代明显提升,尤其是DirectX11运用比重较高的Tessellator,所以最后我们就来比较一下AMD和NVIDIA前后两代的DirectX11效能到底进步多少,这次的测试着重在Tessellator的运用,测试软体也挑了几款玩家们比较熟悉的游戏,有LOST PLANET2(失落星球2)、HAWX 2(鹰战2)、Metro 2033(地铁深邃)和一款效能测试软体开发商Unigine所推出的Heaven,这几款游戏都有支援DirectX11特效技术,使用大量的光影特效及景深的效果使得画面相当逼真,就以Heaven这款测试软体来说明好了,这款软体的测试过程使用非常大量的DirectX11特效来製做,其中透过Ray Tracing光线追蹤技术在画面中的物件都能有相当逼真的光源反射,当太阳光照射到金属物件的表面时会产生令人刺眼的反光,而且会依照场景转换适当呈现动态效果,例如从清晨到白天或是从黄昏到黑夜不同的时间都有不同的环境光源变化,另一个重点就是小编一直强调的Tessellator曲面细分。 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决    我们都知道半导体最怕的就是高温的问题,晶片温度只要一上升效能就会锐减,这也是为什幺各家板卡厂多年来一直想尽办法改良散热器并降低功耗。从温度表现来看,NVIDIA GTX580比上一代的GTX480表现优异许多,除了GF110核心製程成熟以及管线经过修正,另外导入动态电源管理技术,有效控制核心功耗之后温度也随之下降,相较于GTX480有降低约15℃已上的差距,加上GTX580使用全新设计的高效率均温板散热器,在散热方面的确比以往更加进步,光是这点就值得鼓励。 所以看起来GTX580似乎已经修正了缺失,反倒是AMD的HD6970表现让人相当讶异,原因很简单,HD6970是AMD全新推出的单晶片旗舰产品,HD5870也是上一代的单晶片最高阶,不过如果不看产品型号而光看两者的温度表现,我应该没有人会觉得HD6970是新产品,就像当时的AMD也曾提出GTX480的功耗和温度都比HD5870高,如今玩家们看到NVIDIA的进步,却看到AMD的退步…,不过也许也有可能是驱动的问题,在AMD发布下一版新的驱动之前公板温度过高这方面应该是无解,不过市面上很快就能看到改装版的HD6970,在温度上有一定程度的改善,这样也就避免高温影响核心效能的发挥! 到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决    Heaven这款测试软体玩家应该有印象,自从推出以来就成为显卡的效能杀手,因为Heaven运用了大量的DirectX11技术呈现内容,效能不够高的显卡一但测试就有可能呈现幻灯片张数!整个测试的重点就是看绘图核心对于Tessellator的运算能力,所以这边就分为四个等级测试,从成绩上看来,不论是GTX580或是HD6970与上一代的成绩的有明显拉开差距,不过由于GTX480所搭载的Fermi配有10几组的Polymorph引擎,并有加强DirectX11的处理速度,所以GTX480的表现就比HD5870好很多,但不知道各位有没有发现一点问题呢?HD6970和GTX580在没有开启Tessellator的情况下张数差不多,当Tessellator运用设定最高之后HD6970的张数降到与GTX480差不多,明显表示HD6970虽然将Tessellator运算引擎和线程控制器增加为两组,但是只要Tessellator的运用越多且管线都塞满的时候,效能衰退的幅度就越大,但是相反的GTX580拥有16组Polymorph运算引擎,所以Tessellator运用越效能衰退的比例就越小。 

    虽然HD6970在Tessellator的效能上的确进步很多,从测试各种软体的成绩看来,HD6970比起HD5870的Tessellator效能提升约2倍左右,不过像执行Heaven这种大量使用Tessellator的类型游戏效能就显得非常薄弱,接下来小编整理了一些测试数据给各位参考,测试的项目大概也都是DirectX11或Tessellator为主,不过和Heaven不一样的是接下来的测试软体都是游戏的Benchmark,测试过程会模拟实际执行游戏的动作,所以包括物理运算也会包含在测试中,但为了看出DirectX11或Tessellator的效能差异,测试时也会设定不同的Loading等级,以便各位玩家比对差异性。

    到底是进步还是退步?显卡双雄DirectX11宿命对决

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    测试成绩不会是显卡的绝对效能 看完一堆测试数据之后各位应该很累了吧?小编弄到这里也是快趴了,不过再累最后还是要做个总结!先送给各位读者一句话:显卡买回去不是用来跑测试软体的!意思就是说虽然小编测试了那幺多组成绩数据,各位也都能因此清楚看出两家的显卡进步多少,这都只是可以当作选购显卡的参考值,而不会是效能的绝对值,因为显示卡的效能不单只是核心本身的设计规格,还牵扯到PCB板的用料配置,最重要的一点是驱动程式影响的因素相当广,包括核心效能、温控和功能等等,像这一次AMD的HD6900系列显卡虽然在DirectX11的测试成绩不是很亮眼,在部份成绩显示HD6970与上一代HD5870的差距并不大,但是也有可能因为驱动程式的关係导致某方面的控制有问题,加上小编测试时还是无法挂上较新的10.12版本的驱动程式,无奈只能挂回10.11来测试,在还没推出新版本的驱动程式以前效能不彰与温度过高的问题还是没有答案,但玩家也别为此感到失望,只要能解决核心温度及功耗过高的问题,效能是必会比目前高!反观NVIDIA在GTX480推出之后因为GF100核心製成不够成熟受到各界的批评,当时小编也一度质疑过为什幺GTX480的CUDA数只有480个,而不是512个?其实原厂本身知道问题出在哪,毕竟羊毛出在羊身上,反正推出的产品有问题就是要改进,而改进当然要越改越好,所以从刚推出的GTX580就可以看到NVIDIA在修正了GF100之后排除功耗问题,将Fermi所有的512个CUDA全部开启并推出GF110核心,论效能、功耗都有提升,这就是进步!等过阵子两家都推出新的驱动程式时应该小编会在安排重新测一次,届时或许会有和现在不一样的结果。
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