Обзор и тестирование Nvidia GeForce GTX 960 на примере модели MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G

Оглавление

• Вступление
• Технические характеристики
• Программные улучшения GPU Maxwell
• Технология DSR (Dynamic Super Resolution)
• Фильтр MFAA
• Voxel Global Illumination
• Аппаратные улучшения GPU Maxwell
• Эффективная работа с памятью
• Высокая энергоэффективность
• Обзор MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G
• Внешний вид и размеры
• Печатная плата
• Система охлаждения
• Тестовый стенд
• Методика тестирования
• Инструментарий и методика тестирования 3D
• Исследование потенциала системы охлаждения
• Разгон: теория
• Уровень потребляемого электричества
• Детальные данные
• Результаты Metro: Last Light
• Результаты тестов 3D
• Sleeping Dogs
• Sniper Elite V2
• Far Cry III
• Crysis 3
• Tomb Raider (2013)
• Metro Last Light
• Company Of Heroes II
• Total War: Rome II
• Battlefield 4
• Итоговые результаты
• Соотношение средних кадров
• Тест эффективности
• Заключение

Вступление

«Половинка GM204» или GM206 – так теперь называется графическое ядро Nvidia, предназначенное для массовых решений. В теории GeForce GTX 960 со своей 128-битной шиной не может стать хитом, но инженеры компании готовы доказать обратное.

Появление видеокарт, способных с нормальной скоростью выдавать приличное количество кадров в секунду в разрешении 1920 х 1080, началось с GK107 (GeForce GTX 650, GTX 650 Ti). Правда, на них приходилось выставлять очень низкий уровень качества, потому как сил у GPU не хватало. Между прочим, был еще и GK106, но формально внутри него была разведена 192-битная шина. Хотя модели GTX 650 Ti и GTX 650 Ti Boost унаследовали только 128-битную шину. Впоследствии она также использовалась на GM107 – это ускорители GTX 750 и GTX 750 Ti, относящиеся к первой ревизии архитектуры Maxwell.

На мой взгляд, схожий сценарий разработчики Nvidia подготовили и для GeForce GTX 960. Иначе, зачем на плате разведено шесть посадочных мест? И поэтому в ближайшее время мы надеемся увидеть что-то типа GTX 960 Ti с расширенной шиной обмена данными.

Графическое ядро GM206, пришедшее на смену GK104, серьезно накачало мышцы. Естественно, сотрудники компании Nvidia не раскрывают все секреты архитектуры, иначе в мире постоянно развивающихся технологий не выжить. Журналистам достаются крохи от большого пирога информации: улучшенное кэширование, иная организация и строение CUDA ядер.

Физически GM206 является половинкой GM204, но при измерении площади обеих микросхем нельзя не отметить несколько большую, чем половина, площадь нового ядра. В результате напрашивается теория о будущей видеокарте с 192-битной шиной. Но это всего лишь догадки, которыми мы с вами и поделились.

Технические характеристики

Из схожих по характеристикам видеокарт к GeForce GTX 960 ближе всего сразу четыре конкурента. При рекомендованной цене в $200 или 13999 рублей равнозначным ценником обладает Radeon R9 270X. Хотя стоит отдать должное нашим магазинам, она изрядно растеряла в стоимости, находясь более года в розничной продаже. Большей ценой (если быть совсем точным, то на $50) обладают остальные соперники. Но это не главное, есть еще физические характеристики. И стоит на них взглянуть внимательнее.

У новинки меньшее, чем у конкурентов, количество PS (1024 шт.), меньше и текстурных блоков (всего 64 против 80-112 шт.), но при этом характеристика максимальной скорости закраски Гпикс/с превышает аналогичное значение любой из сравниваемых видеокарт. Текстурную мощность, естественно, зажали, поскольку в нынешних, да и в двух-трехлетней давности играх, этот параметр сильно не изменяется. И впервые в категории Full HD решений появилась 128-битная шина, впредь ее катастрофически не хватало для столь внушительного разрешения. Но благодаря хитрым аппаратным и программным решениям эффективная пропускная способность соответствует 192 Гбайт/с, что уже близко к аналогам.

Существенный прорыв в области энергопотребления Nvidia начала с появления графического процессора GM204, и теперь все его наработки перекочевали в GM206. Максимальное энергопотребление видеокарт GeForce GTX 960 ограничено 120 Вт, плюс оставлен небольшой запас для разгона. В реальности запас есть даже в случае 120 Вт, а суммарно без поднятия напряжения и расширения Power Limit частоты новой модели достигают 1450-1500 МГц.

Программные улучшения GPU Maxwell

Технология DSR (Dynamic Super Resolution)

Она позволяет достичь качества разрешения 4К на мониторах с разрешением 1080Р. Ранее мы видели аналогичную технологию, но под названием SuperSampling. В этот раз в Nvidia пошли дальше.

DSR – это даже не разновидность SS, а способ умно применить фильтр Gaussian. Вроде бы что-то похожее нам уже встречалось, но теперь качество действительно максимально приближено к 4К разрешениям. Посмотрим на классический пример работы GPU.

Для начала берется геометрическая фигура, разбивается на пиксели и закрашивается (это очень упрощенная схема). В случае с DSR рендер происходит в 4К разрешении, из-за чего используется в четыре раза больше пикселей, но для того чтобы не было эффекта слишком большой резкости, к получаемому изображению применяется фильтр.

В итоге картинка получается четкой с большим количеством деталей, но при этом без чрезмерной резкости.

Естественно, что DSR не появится в настройках старых игр, придется ставить утилиту GeForce Experience и активировать ее. Причем уровень размытия фильтром будет настраиваемым, равно как и эффективное разрешение (от 1.2Х до 4Х).

Фильтр MFAA

Существующий сэмплинг MSAA достаточно красивый, но уж слишком трудозатратный. Особенно, если речь идет о 4х. Новый тип фильтра призван достичь, как минимум, не худшего эффекта.

Четырехкратная выборка позволяет достичь практически идеального изображения, но что делать, если ресурсов не хватает? Тогда можно воспользоваться двумя соседними кадрами с двукратной выборкой, оставляя данные по ней в буфере.

Затраты снижаются в два раза, а результат не хуже, чем с 4хMSAA. Все потому, что соблюдаются условия, идентичные 4xMSAA. В среднем разница между 4xMSAA и 4xMFAA достигает 30%, естественно в пользу MFAA.

Voxel Global Illumination

Пожалуй, наиболее интересное нововведение, которое появилось в Maxwell. Обычное освещение, отображаемое в играх, мало соответствуют реальному. Нет цветовых отблесков, не учтены отраженные источники света, нет понятия преломления лучей и прочего.

VXGI позволяет решить эту проблему и максимально приблизиться к кинематографическому качеству. Суть метода заключается в разбивке геометрических фигур на воксели. При этом изначально учитывается деталировка. Проще говоря, если нам нужна картинка с максимальным качеством, то она разбивается на много вокселей. Если же результат нужен качеством похуже, то их число меньше. Если помните, была такая настройка LoD в игре Q2. Здесь приблизительно аналогично.

После чего рассчитывается количество прямого света, отражаемого вокселями. Подсчитывается информация об отраженном от поверхностей свете. Учитываются все аспекты геометрии согласно математическим формулам: тип объекта, его характеристики, отражаемость, цвет и прочее. Производится заливка цветом из учета участвующего в изображении цвета. Затем все результаты собираются, и появляется финальная картинка.

На словах все просто и элементарно. В реальности обрабатывается масса информации. Вместо слов, лучше посмотреть на работу VXGI рендера.

Как можно видеть, освещение и его отражения действительно очень похожи на то, что встречается в реальной жизни.

Аппаратные улучшения GPU Maxwell

Эффективная работа с памятью

Третья ревизия системы компрессии позволяет достичь очень хороших результатов и существенно разгрузить шину памяти. Цвета кодируются по новому алгоритму, в несколько раз превосходящему по эффективности действующие методы. Не меньшую роль играет и используемая Maxwell кэш-память. Оба эти свойства в среднем на четверть снижают нагрузку, и 7 Гбит превращаются в эквивалентные 9.3 Гбит.

Высокая энергоэффективность

На этом пункте хотелось бы остановиться подольше, но, увы, все секреты Nvidia не раскрывает. Заявленное номинальное значение энергопотребления новой видеокарты составляет всего 120 Вт.

Обзор MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G

Внешний вид и размеры

А – длина печатной платы, без учета системы охлаждения и планки портов видеовыходов.
В – ширина печатной платы, без учета контактов PCI-E и системы охлаждения.
С – высота от горизонтальной плоскости печатной платы до уровня верхней поверхности системы охлаждения.
D – диаметр вентилятора/ов по внешнему радиусу.

А1 – длина печатной платы, с учетом системы охлаждения (если выходит за пределы печатной платы) до планки портов видеовыходов.
В1 – ширина печатной платы, без учета контактов PCI-E, но с замером системы охлаждения (если выходит за пределы печатной платы).
С1 – высота, с учетом задней пластины (если есть)/винтов крепления радиатора до уровня верхней поверхности системы охлаждения. Если она ниже высоты задней планки портов видеовыходов, то измеряется высота до верхней точки планки.

Референсная печатная плата, которая так и не появится ни у одного журналиста, копирует размеры эталонной платы GeForce GTX 760. В продаже в основном будут версии собственного производства партнеров Nvidia.

К нам на тест приехало две видеокарты, выпущенные MSI и Palit. Первая из них, MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G, специально для России обзавелась эксклюзивным контентом – это купон на дополнительное оружие в WarFace и красочная упаковка в том же ключе.

Компания MSI разработала специальный дизайн печатной платы, оснастив ее стандартным набором видеовыходов: один DVI, три DisplayPort и один HDMI. Последний порт соответствует стандарту HDMI 2.0 (4К 60Гц).

Печатная плата

Несложная разводка платы вызвана узкой шиной обмена данными. Графическое ядро действительно будто разрезано пополам. Удивляет два пустых посадочных места под память. Возможно, это задел на будущее, когда мы увидим видеокарту с шиной 192 бит.

Из-за 120 Вт номинального энергопотребления больших требований к системе питания не предъявляется. Поэтому новинка ограничивается четверкой фаз для GPU и одной фазой для памяти. Впрочем, такая формула рекомендуется самой компанией Nvidia.

MSI же решила немного помочь пользователю с разгоном и вместо стандартного 6pin разъема питания установила 8pin. С хорошим блоком питания можно рассчитывать на 170-180 Вт с единственного коннектора. Прибавьте еще 75 Вт из разъема PCI-e и вырисовываются неплохие перспективы разгона.

ШИМ-контроллер NCP81174 – это классический выбор для всей линейки графических ускорителей GeForce GTX 9xx. Поскольку он лишен умной шины, то управлять питанием придется через драйвер видеокарты. Номинальное напряжение для всех GTX 960 установлено равным 1.2 В. Предусмотрен небольшой запас, приблизительно 0.1 В.

Четыре микросхемы памяти производства Samsung распаяны с передней и задней стороны. Они рассчитаны на частоту до 1750 МГц (эффективная частота 7000 МГц), ширина шины равна 128 бит.

Графическое ядро Maxwell выпущено на 46-й неделе 2014 года. Номинальные частоты видеокарты составляют 1215 МГц (GPU Boost до 1278 МГц) и 1750 МГц для памяти. Это на 100 МГц больше, чем у референсной версии. В играх частота GPU вообще редко опускается ниже 1366 МГц.

Система охлаждения

Что будет, если взять систему охлаждения, рассчитанную на 200 Вт, и оснастить ею видеокарту с энергопотреблением 120 Вт?

Правильно, получится бесшумная и холодная модель. Так и поступила компания MSI. Большой радиатор и пара 95 мм вентиляторов легко отводят тепло от графического процессора.

Строение основного радиатора бесхитростное: три тепловых трубки (одна 8 мм, остальные 6 мм) проходят сквозь ребра. Расстояние между ними относительно небольшое. Сборка аккуратная с явными признаками пайки в местах контакта трубок с ребрами. В основании присутствует пластина умеренной толщины.

Дополнительно печатная плата усилена специальной металлической вставкой, соединяющей заднюю панель с одной из сторон видеокарты. А система питания, благо она весьма компактная и маломощная, охлаждается невысоким радиатором. Чтобы хоть как-то скомпенсировать его небольшую высоту, инженеры максимально использовали доступное пространство, поэтому он занимает всю ширину печатной платы.

В целом сложность разборки и общее качество системы охлаждения можно оценить на восемь баллов из десяти. Чуть не забыл, во время работы логотип линейки Gaming (дракон) подсвечивается белым цветом.

Тестовый стенд

Тестирование видеокарты MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G проходило в составе следующей конфигурации:

• Материнская плата: ASUS X99-Deluxe (Intel X99, LGA 2011-3);
• Процессор: Intel Core i7-5960X 4000 МГц (100 МГц х 40, 1.23 В);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Оперативная память: DDR4 Corsair Vengeance 2400 МГц, 4 модуля x 4 Гбайта, (15-15-15-36-1T, 1.65 В);
• Накопитель SSD: Corsair Force Series GT, 128 Гбайт;
• Блок питания: Corsair AX1200i Digital, 1200 Ватт;
• Аудиокарта: ASUS Xonar Essence STX;
• Операционная система: Microsoft Windows 7 x64 SP1.

Перечень используемых контрольно-измерительных приборов и инструментов

• Шумомер: Center 320;
• Мультиметр: Fluke 289;
• Тарификатор электроэнергии: E305EMG.

Методика тестирования

Для корректного замера температуры и шума использовались приведенные ниже условия. Помещение, внутри которого располагается система автоматической поддержки климатических условий. В данном случае уровень температуры был установлен на отметке 24°C +/-1°C. За точностью соблюдения заданных параметров наблюдало четыре датчика, один из которых находился в 5 см от вентилятора системы охлаждения видеокарты и был ведущим. По нему происходила основная коррекция температуры в помещении.

Шум измерялся на расстоянии 50 см до видеокарты. Фоновый уровень составлял менее 20 дБА. В качестве жесткого диска использовался SSD, а блок питания, помпа, радиатор с вентиляторами во время замера находились за пределами комнаты. На стенде отсутствовали иные комплектующие, издающие какие-либо шумы.

Видеозапись системы охлаждения производилась на расстоянии ~10 см от вентилятора. Первые 5-10 секунд без нагрузки в режиме простоя, далее включалась 100% нагрузка с помощью программы Unigine Heaven Benchmark v4.0. Наибольший уровень шума достигается в конце аудиозаписи. Заранее определялся температурный режим и шум, чтобы в процессе записи аудиодорожки вы смогли услышать именно максимальный шум. В процессе просмотра видеороликов можно выделить тембр и характер звуков, издаваемых системой охлаждения. Предупреждаю вас, что звук на них сильно приукрашен, то есть ощущается сильнее, чем есть на самом деле.

Уровень потребления электричества в простое оценивался по показаниям тарификатора E305EMG сразу после загрузки операционной системы. Значения, отображаемые на графике, соответствуют минимально достигнутым цифрам с прибора. Под нагрузкой видеокарты тестировались программой Unigine Heaven Benchmark v4.0. После 10-15 минут температура и обороты вентилятора достигали своего теоретического максимума, после чего данные заносились в таблицу.

Температура силовых цепей измерялась путем установки термодатчика в пространство между радиатором и термопрокладкой в самое нагруженное место, если радиатор отсутствует, то датчик крепился на самое горячее место, определяемое пирометром заранее.

Инструментарий и методика тестирования 3D

В части игр, где это возможно, использовались встроенные отрезки теста, при необходимости тестирование дополнялось результатами утилиты Fraps v3.5.99.

Список тестовых приложений:

• Battlefield 4;
• Company Of Heroes II;
• Crysis 3;
• Far Cry III;
• Metro Last Light;
• Sleeping Dogs;
• Sniper Elite V2;
• Tomb Raider (2013);
• Total War: Rome II.

VSync при проведении тестов был отключен.

Battlefield 4

Версия – последняя на момент тестирования, с обновлениями Origin.
Настройки:

• DirectX 11;
• Разрешение – 1920х1080; 2560х1440;
• Вертикальная синхронизация – выкл.;
• Поле зрения – 90;
• Уровень размытия в движении – 0;
• Разрешение – 100%;
• Качество графики – ультра;
• Качество текстур – ультра.

Итоговые результаты

Легче всего сравнить средние результаты по итогам двух разрешений в процентном соотношении. Для этого по горизонтали отложите требуемую видеокарту, а по вертикали определите сравниваемую модель. На пересечении получите процентную разницу между ними.

Соотношение средних кадров

Среднее количество кадров в секунду и их стоимость

Чтобы понять, какую производительность считать приемлемой, стоит выяснить, на что необходимо обращать внимание. Стендовый набор игр и настроек выбран с учетом корректности сравнения всех участников, от начальных моделей до самых дорогих.

Условно степень сложности отрисовки сцен в играх можно разделить на:

• Минимальное качество;
• Минимально среднее;
• Среднее;
• Среднее максимальное;
• Максимальное;
• Ультра.

Данный тест проводился со следующими настройками качества: «Среднее максимальное» и «Максимальное». Чем выше качество, тем в большей степени результат зависит от видеокарты, а не от системы в целом.

По этой причине даже 30 кадров в секунду условно можно считать минимальным порогом для вхождения в группу видеокарт, подходящих для большинства игр. В конце концов, для нормальных показателей достаточно сделать несколько движений и снизить качество.

Еще один важный момент с моей точки зрения – показатель соотношения цены к скорости, чем он ниже, тем дешевле обойдется производительность графической подсистемы в играх. Но при этом не стоит забывать и о среднем количестве кадров в секунду.

Тест эффективности

Новую видеокарту Nvidia сразу после появления первых слухов о наличии 128-битной шины стали подозревать в недостаточной пропускной способности. Для проверки этой теории, а также чтобы подтвердить или опровергнуть догадки, мы взяли GeForce GTX 960 и игру Tomb Raider (2013). Тест проводился с различными уровнями качества.

Tomb Raider (2013)

Глобальные настройки:

• DirectX 11;
• Разрешение – 1920х1080; 2560х1440;
• Вертикальная синхронизация – выкл.

Настройки качества:

Становится понятно, что GeForce GTX 960 создана для игр на низких и нормальных графических настройках, именно при их использовании она раскрывается на все сто процентов. Ближе к высоким установкам качества новинка теряет все свои преимущества и сравнивается с конкурентами – Radeon R9 270X, R9 285 и GeForce GTX 760.

Для наглядности сравним, на сколько процентов падает производительность при переходе от легких к более тяжелым режимам качества рендера в игре.

Ничего критичного с GeForce GTX 960 не происходит, а значит, все внедренные технологии вкупе с оптимизацией пропускной способности работают не хуже, чем банальная 256-битная шина.

Заключение

Появление Nvidia GeForce GTX 960 обязательно разделит лагерь компьютерных энтузиастов на две категории.

Первую составят пессимисты, которые увидят в видеокарте равнозначную замену GeForce GTX 760. Несмотря на то, что с июня 2013 года прошло больше полутора лет, новая модель не только не прибавила в скорости, но и обладает меньшей пропускной способностью памяти. Пусть она и дешевле в производстве, но ее ценник в первое время вряд ли будет меньше, чем у GTX 760.

Ну а оптимисты, которые войдут во вторую категорию, увидят в GeForce GTX 960 применение новых технологий, меньшую на $50 рекомендованную стоимость и сократившееся на 50 Вт энергопотребление. Для них новинка может стать почти бесшумной видеокартой с хорошим частотным потенциалом и доступной ценой.

Что касается рассмотренной в данном обзоре модели MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G, то она оснащена всеми достоинствами GM206. Сниженное энергопотребление позволило создать почти пассивное графическое решение, с едва заметным нагревом и высокой базовой частотой работы, с мягкой регулировкой оборотов вентиляторов и едва отличимыми на общем фоне звуками дросселей. А единственный кабель питания позволит не менять блок питания, ограничившись 300-400 Вт для всей системы в целом. Не стоит забывать и о небольшом подарке от MSI.

Выражаем благодарность:

• Компании MSI за предоставленную на тестирование видеокарту MSI GeForce GTX 960 Gaming 2G.