更强大的架构 NVIDIA GTX 1080显卡评测

2012年，NVIDIA初次推出28nm工艺的开普勒架构显卡GTX 680，以后陆续有GTX 780、GTX 780 Ti、GTX 980及GTX 980 Ti等旗舰显卡面世，GTX Titan系列也推出了三款商品。

这四年中，NVIDIA大核心、小核心GPU交替升级，性能越来越强，能效也越来越好，玩家的认可度也越来越高。

这四年，也是NVIDIA在独显市场份额突飞猛进的四年。

如何在领先的基础上继续保持胜利呢？NVIDIA现在推出了16nm工艺帕斯卡架构的GTX 1080显卡，架构、工艺全面升级的诱惑让人蠢蠢欲动。

过去的一周时间，GTX 1080显卡也在刷屏，不论是官方PPT还是泄露出来的成绩，都在暗示这款显卡在性能、功耗甚至超频方面有惊喜。

GP104核心

今天NVIDIA的GTX 1080显卡正式解禁，此前不管它是带给你惊喜、期待还是不满了，我们都要面对随着GTX 1080发布而来的新一轮洗牌——GTX 980 Ti的高端地位会动摇吗？GTX 980显卡真的要淘汰了？AMD旗舰显卡还有多少竞争力？

最终的结果还得看GTX 1080显卡的实际表现。

GTX 1080显卡规格

详细的GTX 1080显卡规格如下：

尽管此前我们对比过几次GTX 1080显卡的规格了，不过它值得注意的是地方还是很多：

－ 显卡的晶体管数量提升到72亿，但核心面积从前代398mm2降低到了314mm2。

－ 显卡核心频率非常高，起始频率就有1607MHz，加速频率1733MHz。

－ 显存容量翻倍，而且是GDDR5X显存，频率10Gbps。

－ 输出接口全面增强，支持HDMI 2.0b及DP 1.4。

－ 接口从双6pin变成了单8pin。

－ TDP功耗180W，比GTX 980 Ti的250W低，比GTX 980略高。

－ 首次出现2个定价，但你别在意4599这个低价，只看5399元的就是了。

GeForce GTX 1080显卡技术：架构、工艺全面升级

我们早在2年前的GTC大会上就得知了帕斯卡显卡的路线图，NVIDIA当时公布的几大特性就是——NV Link、3D显存（即HBM 2）、模块化及FinFET高级工艺。

不过前面两个新技术主要用在了GP100大核心上，NV Link对GTX 1080来说无用，HBM 2显存虽然让人心动，但目前的问题是产能低、成本高，没法在这么快就用在消费级显卡上。

尽管如此，GTX 1080依然带来了全新的架构、16nm FinFET工艺、GDDR5X显存、散热器及3D渲染技术上等改进。

GTX 1080显卡主要改进

GTX 1080显卡架构简介

GTX 1080显卡使用的也是帕斯卡架构，不过是GP104核心，此前的Tesla P100加速卡使用的是GP100大核心，但是与处处针对高性能加速而设计的GP100核心不同，GP104核心架构实际上更接近目前的GM204而非GP100大核心。

GP104核心拥有20组SM单元，每组SM单元有128个CUDA核心，而GP100核心中每组SM单元是64个CUDA核心，而GP104在这点上跟GM204、GM200核心是一样的，每个SM单元由4部分包含32个CUDA核心的小单元组成。

Maxwell（左）架构与GP104核心的SM单元架构

GP100核心的SM单元不同，同时塞进了更多的DP双精度单元

GP104架构示意图

GM204架构示意图

显存方面，GP104也从GP100核心的HBM 2回归GDDR界面，不过这里有很大不同——GM204核心是4组64bit显存控制器，每组连接16个ROP单元和512KB L2缓存，而GP104核心是8组32bit显存控制器，每组连接8个ROP单元和256KB L2缓存。总位宽是256bit，ROP单元64个，L2缓存2048KB，这三点相比GM204核心并没有变化。

16nm FinFET Plus工艺

早先公布路线图的时候，NVIDIA提到了帕斯卡会使用FinFET工艺，当时并没有明确具体工艺，因为存在着三星14nm FinFET及TSMC 16nm FinFET两种路线，期间也一度有传闻称NVIDIA也要转向三星代工，不过最终这事不了了之，NVIDIA使用的还是TSMC的16nm工艺，而且是其中的16nm FinFET Plus高性能工艺。

目前AMD及NVIDIA的GPU主要使用28nm HPM工艺，根据TSMC的说法，16nm FinFET Plus工艺相比28nm HPM提升了65%的性能或者减少了70%的能耗，同时晶体管密度翻倍，而GP104晶体管数量就从52亿提升到了72亿，但核心面积反而从398mm2减少到了314mm2。

更重要的是，GTX 1080显卡的核心频率大幅提升，此前GTX 980的加速频率是1216MHz，而GTX 1080可达1733Mhz，整整提升了42%，这些都要归功于先进工艺带来的改良。

GDDR5X显存及更高级的内存压缩技术

GTX 1080显卡虽然没有用上HBM 2显存，不过显存方面也不是没变化，因为它用的是GDDR5X显存，是目前GDDR5显存的改良版，数据频率从目前的7Gbps提升到了10Gbps，所以说就算256bit位宽没变，但GTX 1080显卡的带宽也有320GB/s，比GTX 980显卡的224GB/s提升43%，差不多与384bit位宽的GTX 980 Ti的336GB/s带宽看齐了。

GTX 1080显卡率先使用了GDDR5X显存

除了靠GDDR5X高频率提高显存带宽之外，GTX 1080显卡也支持更高级的内存无损压缩技术，以便进一步优化带宽效率，包括改进了2：1压缩效率、新增了4：1及8：1压缩算法，综合下来GTX 1080显卡减少了20%的带宽需求，再加上GDDR5X显存带来的频率优势，官方称总计提升了70%的带宽效率。

异步运算全面改进

AMD、NVIDIA对于异步运算（Asynchronous Compute）的支持程度曾经引爆双方的口水战，特别是在《奇点灰烬》、《杀手》等支持异步运算的游戏中。尽管后来有辟谣称Maxwell硬件是支持异步运算的，问题出在驱动上，但不论什么原因，在异步运算上，Maxwell及之前的显卡确实是落后于AMD的GCN架构的。

AMD非常强调异步运算的优势，不过NVIDIA现在也追回来了

在帕斯卡架构上，NVIDIA填补了这个坑——此前发布新闻中我们就看到NVIDIA强调帕斯卡显卡原生支持异步运算，包括基于GPU的物理加速、音频处理、渲染帧的后期处理以及VR中的异步时间扭曲算法中都可以用到异步运算。

同步多投影引擎（Simultaneous Multi-Projection）

GP104核心虽然在SM单元架构上相比GM204核心变化不大，但前端的多边形引擎单元功能还是有改进的，主要是支持同步多投影引擎（SMP，Simultaneous Multi-Projection）技术，官方表示该技术可以大幅提升游戏特别是VR性能。

SMP技术可以大幅提升游戏及VR性能

如果你还记得NVIDIA官方PPT中GTX 1080显卡性能达到了GTX Titan X显卡2倍的那张图，那现在应该知道了这个成绩靠的其实还是SMP技术的功劳，多分辨率着色（Multi-Res Shader）性能可提升40%，VR性能可提升50%。

全新的VR音频及VR物理加速

VR是NVIDIA、AMD争夺的新市场，NVIDIA在发布会上也带来了新的VR技术，主要包括VR音频及VR用的PhsyX物理加速，这都有助于提升

NVIDIA的VRWorks Audio音频

VRWorks Audio音频其实借鉴了光线追踪渲染的思路，所以NVIDIA说它是Path Traced Audio路径追踪音频，这是首个支持物理基础的VR音频引擎，可以模拟声音在虚拟场景内的互动映射，类似现实中声音碰到障碍物那样，也就是说你听到的声音实际上经过了处理，所以更真实。

VR中也将支持PhysX加速

另一个VR相关的技术就是支持在VR应用中使用PhysX物理加速，后者我们已经很熟悉了，可以在游戏中加速布料、流体、火焰、发毛等物理运动特效，展示更真实的效果。

除了以上架构及技术更新，GTX 1080显卡还支持HDR、新的DP 1.4接口及8K分辨率输出、性能更好的垂直同步、更高级的SLI多卡互联、4K级别的视频解码等技术，亮点还是非常多的，限于篇幅就不一一列举了。

下面我们看下GTX 1080显卡真身。

GeForce GTX 1080显卡外观：从圆润到锋利

GTX 1080显卡目之所及的第一个变化是散热器，目前NVIDIA的公版显卡设计NVTTM源自黑泰坦显卡，之后在GTX 700/900系列显卡上都有使用，黑色logo字体 镁铝合金外壳 透明亚克力板的设计很漂亮。

到了GTX 1080显卡上，NVIDIA推出了两个版本的GTX 1080显卡，其中的Founders Edition被人戏称为信仰版，其实就是NVIDIA的公版，我们测试的都是这个版本。

虽然是公版，不过NVIDIA这次调整了公版散热器设计，这一代的外观如下：

GTX 1080显卡（中）与GTX 980、GTX 980 Ti显卡对比

与GTX 980/980 Ti显卡相比，GTX 1080显卡尺寸方面没什么变化，依然是10.5寸PCB，长度26.7厘米，双插槽，涡轮散热，重量1015克，比GTX 980 Ti重了100克，与GTX 980显卡持平，重量差异主要还是背板的差距。

此外，GTX 1080显卡外观有些细调，LOGO字体从黑色变成了银色，整个散热器的造型也从之前的圆润变得有些锋利。

外观的改变对每个玩家来说很难有统一的评价，GTX 1080显卡的风格更加锋芒毕露，也可能更讨好游戏玩家一些，不过个人感觉GTX 980/980 Ti显卡的圆润外观看着更舒服一些。

GTX 1080显卡又多了金属背板

GTX 1080显卡背板

GTX 980显卡的金属背板

此前NVIDIA在GTX 980公版卡上用了金属背板，但GTX 980 Ti上又取消了，这次的GTX 1080显卡又回归了金属背板设计，而且与GTX 980的有明显不同，多了“GeForce GTX 1080”的logo字样。

GeForce GTX 1080显卡赏析：散热器及接口

外观说完了，再来看下GTX 1080显卡的散热器及接口。

GTX 1080显卡散热器

早在GTX 1080还是各种曝光时期，大家就注意到了它使用的是Vapor Chamber真空腔均热板散热器，实际上NVIDIA公版散热器使用VC散热技术已经很久了，至少GTX 580显卡时代就有了。

GTX 1080显卡接口

SLI金手指

关于GTX 1080显卡的SLI多卡互联，此前说只支持2-Way SLI，实际上并不是这样，它还是可以支持3-Way或者4-Way SLI技术的，不过官方更建议使用2-Way SLI，目前的SLI HB桥也只有2-Way的。

从NVIDIA的态度来看，他们对3-Way及4-Way SLI的支持不那么积极了，玩家要想获得3/4路SLI支持可能会比较麻烦，需要Enthusiast Key，也就是说用户需要从NVIDIA官方下载密钥，然后才能解锁3/4-Way SLI功能。

此外，发布会NVIDIA还宣布更有信仰的SLI HB桥，目前只有2-Way SLI。与之前的SLI桥相比，SLI HB桥的接口频率从之前的400MHz提高到了650MHz，可以支持5K或者环绕多屏了。

听着很不错，问题是这个SLI HB桥要单独买，而且售价不会便宜，这简直是赚钱的新方式啊，信仰真的能卖钱了。

不过NVIDIA并不会限制传统的SLI桥，只不过接口频率就只能用之前的400MHz了。

视频输出接口

视频接口方面，还是DL-DVI、HDMI 2.0及DP*3的组合，不过实际上有升级，HDMI支持到2.0b标准，DP接口完全支持DP 1.3标准，还支持DP 1.4，不过没认证而已。

在这一点上，NVIDIA又领先了一点点，AMD新一代Polaris显卡确定支持HDMI 2.0及DP 1.3，不过没有NVIDIA这么激进。

供电接口

供电接口也是一大改变，以往的高端卡接口多是8 6pin或者6 6pin供电，这次的GTX 1080显卡使用的是单8pin接口，供电能力其实跟双6pin是一样的，都是150W，再加上PCI-E供电的75W，可以提供225W的供电能力，而显卡的TDP功耗是180W。

GeForce GTX 1080显卡PCB：5+1相供电

现在再来看下GTX 1080显卡的PCB供电设计。

GTX 1080显卡的PCB设计

GTX 980 Ti显卡的PCB设计

GTX 980显卡的PCB设计

与4 1相的GTX 980、6 2相的GTX 980 Ti显卡相比，GTX 1080显卡的供电设计介于二者之间，是5 1相供电，对TDP功耗只有180W的GTX 1080显卡来说是足够用的，但不如GTX 980 Ti那样略显豪华。

不过跟GTX 980显卡类似，GTX 1080显卡也留下了空焊位，核心供电显然是可以做到6相的，MOSFET芯片也可以更多。

另外，整个PCB的布局并不是那么紧凑，多余的空间还是挺多的，其实GTX 1080显卡完全可以把PCB做的更小，整个显卡的长度也能缩小一圈，但NVIDIA并没有这么做，可能是为了兼容现有的散热器吧。

背部PCB设计

PCB供电设计

供电用料

GTX 1080显卡输入端是全固态电容、钽电容、R22贴片电感、1上1下MOSFET，输出端则是聚合物电容。

整体用料规格还算不错，但如果你以5000元的价格来看，供电用料确实不够豪华，达不到发烧级别，这个只能靠非公版去弥补了。

8pin电源接口

PWM主控芯片了

GTX 980及GTX 980 Ti使用的是安森美的NCP81174 PWM主控，支持3/4相供电管理，GTX 1080显卡上使用的则是uP9511P主控，台湾力智半导体出品，资料不明。

GP104-400核心

美光GDDR5X显存

GTX 1080显卡虽然没用上HBM 2显存，不过它用的也不是普通GDDR5显存，而是美光的GDDR5X显存，我们之前介绍过GDDR5X的特色，它是GDDR5显存的改良版，没有提高实际运行频率，但数据预读位宽翻倍，总带宽大幅提升。

目前目前量产的GDDR5X显存编号是MT58K256M32，速率10Gbps，电压1.35V，核心容量8Gb（1GB），GTX 1080只需要8颗就能实现8GB大容量。