GeForce 7800 GTX: новое поколение трехмерной графики

Новинка может похвастаться 24 пиксельными и 8 вершинными конвейерами, а по производительности этот чип оставляет далеко позади любые присутствующие на рынке графические ускорители, даже SLI-связку из двух GeForce 6800 Ultra!

22 июня 2005 года калифорнийская компания nVidia представила долгожданный графический ускоритель нового поколения GeForce 7800 GTX (кодовое название G70), вобравший в себя практически все на сегодняшний день достижения в области ускорения трехмерной графики. Даже простое перечисление технических характеристик способно поразить любого человека, мало-мальски разбирающегося в компьютерных видеокартах. Мы не будем стараться привести все спецификации, а постараемся подробнее рассказать о том, что собой представляет этот процессор и какой производительности от него можно ожидать.

Процессор GeForce 7800 GTX состоит из 302 миллионов транзисторов и производится по 0,11-микронной технологии. В презентации приводится забавное сравнение: если сложить число транзисторов в графическом чипе игровой приставки Xbox (60 миллионов), в видеочипе приставки PlayStation 2 (43 миллиона), в чипе Game Cube Flipper (51 миллион), в чипе Game Cube Gekko (21 миллион), в процессоре Pentium III приставки Xbox (9 миллионов), в движке Emotion приставки PlayStation 2 (10,5 миллиона) и в процессоре AMD Athlon FX 55 (105,9 миллиона), то в сумме получится всего 300,4 миллиона транзисторов - меньше чем в одной-единственной микросхеме GeForce 7800 GTX.

Новинка рассчитана на интерфейс PCI Express x16 и поддерживает технологию SLI, которая, напомним, позволяет устанавливать в один компьютер две видеокарты, работающие параллельно. Процессор GeForce 7800 GTX полностью поддерживает программный интерфейс DirectX 9.0c, включая пиксельные и вершинные шейдеры версии 3.0, а также OpenGL 2.0. Технология nVidia PureVideo обеспечивает аппаратное ускорение воспроизведения видео в форматах MPEG-2 и WMV9, предусмотрен встроенный выход на телеприемники высокой четкости (HDTV).

Номинальная тактовая частота графического ядра составляет 430 МГц, частота работы видеопамяти GDDR3 - 600 МГц (эффективных - 1200 МГц), ширина шины памяти - 256 бит, пропускная способность памяти - 38,4 Гбайта в секунду (!). Чип содержит 24 пиксельных конвейера и восемь вершинных конвейеров. Для сравнения, максимальное число пиксельных конвейеров в топовых картах как самой nVidia, так и ATI Technologies достигало шестнадцати, а число вершинных конвейеров - шести.

Благодаря 24 пиксельным конвейерам обеспечивается высочайшая скорость заполнения - до 10,32 миллиарда текселей в секунду. По информации nVidia, в новом чипе полностью переработана архитектура блоков рендеринга, в целях снижения задержек и повышения вычислительной производительности за каждый такт. Конструкция вершинных конвейеров модернизирована с целью ускорения геометрических вычислений, а новый движок обработки текстур позволяет существенно повысить производительность конвейеров. Как утверждают разработчики, теперь каждый пиксельный конвейер за один такт может выполнять восемь операций умножения-сложения (MADD - одна из самых распространенных операций в трехмерной графике), что обеспечивает двукратный рост производительности по сравнению с графическим ускорителем GeForce 6800 Ultra - топового ускорителя предыдущего поколения. Производительность вычислений полигонов (треугольников) на 30 процентов выше, чем у GeForce 6800 Ultra.

В GeForce 7800 GTX реализованы новые технологии сглаживания - "прозрачный" supersampling и multisampling: за счет специальных "флагов", связанных с альфа-каналом текселей, обеспечивается возможность использования прозрачных пикселей при обработке краев поверхностей в пределах карты текстур.

Еще одно важное достоинство новинки - применение рендеринга с широким динамическим диапазоном (High Dynamic-Range - HDR) на основе 16-разрядных операций с плавающей запятой на каждый цвет (в итоге получаем 64-битную обработку). Использование HDR расширяет динамический диапазон изображения: к примеру, темные предметы отображаются действительно темными, ярко освещенные - ярко освещенными, но при этом видно и все прочие объекты, в зависимости от степени их освещенности, что придает естественность изображению. Графический конвейер обеспечивает 128-битную точность вычислений с плавающей запятой (32 бит на цвет). В nVidia подчеркивают, что для программистов не составит большого труда добавить в приложения поддержку HDR, которая позволит добавить множество спецэффектов, которые невозможно реализовать в стандартных 32-битных (по 8 бит на цвет).

Высочайшая скорость вычислений с плавающей запятой найдет применение не только в компьютерных играх, но и в приложениях, требующих высокой производительности в параллельных вычислениях, в частности, в компьютерной графике, симуляции жидкостей, расчетах сил тяготения, вычислительной геометрии, прочих вычислениях. Максимальная производительность GeForce 7800 GTX достигает 165 Гигафлопс, в то время как теоретическая производительность Pentium 4 с тактовой частотой 3,0 ГГц составляет всего 12 Гигафлопс.

Данные о производительности получены следующим образом. Инструкции умножения-сложения MADD в GeForce 7800 GTX реализованы таким образом, что за один цикл выполняется две 32-разрядных операции с плавающей запятой - сначала умножение, а затем сложение. Если использовать 24 пиксельных конвейера в чипе с тактовой частотой 430 МГц, получаем 24 пикселя за такт, умножаем на восемь операций MADD за такт - получаем 192 операции MADD за такт, умножаем на 0,43 ГГц и получаем 82,56 миллиарда операций MADD в секунду или 165 миллиарда операций с плавающей точкой в секунду. В материалах nVidia после этого описания следует ехидное замечание: дескать, некоторые другие компании заявляют еще большую производительность, однако советуем вам попросить показать их расчеты.

Что касается производительности в реальных приложениях, то чип GeForce 7800 GTX опережает GeForce 6800 Ultra на 30-60 процентов в таких играх, как Far Cry, Half Life и Halo. Некоторые игры, в частности Unreal Tournament 2004 и Flight Simulator 2004 чрезвычайно чувствительны к производительности центрального процессора системы, поэтому при прямом сравнении рост мощности при использовании нового чипа менее заметен. Более того, одна видеокарта GeForce 7800 GTX превосходит по производительности две карты GeForce 6800 Ultra, работающие параллельно в режиме SLI. При этом мы получаем возможность ограничиться блоком питания мощностью 350 Вт, более дешевой материнской платой с одним слотом PCI Express, и, наконец, имеем куда более тихую систему за счет меньшего количества кулеров.

По оценкам специалистов nVidia, производительность двух карт GeForce 7800 GTX, работающих в режиме SLI, превышает производительность SLI-связки двух GeForce 6800 Ultra примерно на 30-50 процентов, в зависимости от приложения.

Приведем результаты тестирования нового графического процессора, полученные специалистами nVidia. В качестве тестового стенда для одиночных карт использовалась машина на процессоре Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц c материнской платой Intel 925XECV2, оперативной памятью DDR2 Corsair CM2X512A-4300C3 объемом 1 Гбайт, жестким диском Western Digital WD400KS, а также установленными операционной системой Windows XP SP2, программным интерфейсом DirectX 9.0c и драйвером nVidia Reference Driver 77.61. Для тестирования карт в режиме SLI применялся компьютер на процессоре AMD Athlon FX55 (2,6 ГГц) c материнской платой Asus A8N-SLI Deluxe, оперативной памятью DDR Corsair CMX512-3200XL объемом 1 Гбайт, жестким диском Western Digital WD400KS, а также установленными операционной системой Windows XP SP2, API DirectX 9.0c и драйвером nVidia Reference Driver 77.61. Все тесты прогонялись в разрешении 1600 x 1200 пикселей с 32-битной глубиной цвета с четырехкратном полноэкранном сглаживании и восьмикратной анизотропной фильтрацией.

Как видим, графический процессор GeForce 7800 GTX даже при работе в одиночном режиме обеспечивает беспрецедентную производительность и оставляет далеко позади все прочие присутствующие на рынке ускорители трехмерной графики. При этом ориентировочная цена карт на базе нового чипа составит порядка 400-500 долларов США - столько же, сколько топовые видеокарты предыдущего поколения. С выходом GeForce 7800 GTX компания nVidia оставляет далеко позади своего основного конкурента - ATI Technologies. Вряд ли в ATI будут долго терпеть такое положение, так что в обозримом будущем нас ждет, как минимум, не менее мощный графический ускоритель от этой канадской компании.