Обзор и тестирование видеокарты Nvidia GeForce RTX 2080 Ti19.09.2018 16:06

Оглавление

Вступление

Вот и настал тот момент, когда компания Nvidia решилась на показ долгожданного обновления видеокарт игрового диапазона. В новую линейку войдет три видеокарты: GeForce RTX 2070, RTX 2080 и RTX 2080 Ti. Все они построены на новом ядре Turing, о котором мы и расскажем.

История развития компьютерной графики весьма линейна. Любое отклонение от курса вызывает множество вопросов и обычно не получает должного внимания. Но существует несколько граничных переходов, о которых вы и так знаете. Однако далеко от традиционной модели построения кадра никто не отходит и тут за кадром остается важный вопрос, а долго ли эта модель будет способна развивать саму себя?

Ведь не первый год разработчики бьются со стагнацией производительности ЦП, который сильно влияет на загрузку графического ядра. К этому делу подключается Microsoft, обновляя DirectX, но уже сейчас мы сталкиваемся с сильным дисбалансом между техническими возможностями видеокарты и остальной системы. Можно даже поразмышлять или, лучше сказать, выдумать модель, где центральный процессор будет заменен иным инструментом и не будет слабым звеном. В таком случае текущий прогресс графики был бы заметен сильнее, но, увы, пока это нереализуемо.

А раз остальные, мягко говоря, тормозят, то Nvidia пришлось пойти на риск. Будет ли он оправдан, покажет время.

Время перемен

Таким образом мы плавно подошли к выводу, что менять весь алгоритм отрисовки кадра никто не собирается, важнее немного сменить курс, не радикально и безболезненно, чтобы можно было действительно улучшить качество в играх, но не терять связь с прошлым. И тем самым минимизировать риски перехода.

Здесь на сцену выходят аппаратные решения, такие как тензорные ядра и RT-ядра. Последние отвечают за аппаратное ускорение трассировки лучей, а первые выполняют задачи с применением искусственного интеллекта. Оба звена одной цепочки и занимают немалую часть площади GPU. Однако без них невозможен переход на следующую ступень эволюции. Да, именно эволюционный способ развития, а далеко не революционный, сейчас выбирают многие компании. Как уже писалось выше: риски слишком велики!

Тем не менее, отныне Nvidia вполне официально может гордиться, что привнесла в игровой процесс комбинированную систему рендеринга кадра, когда традиционные методы совмещаются с трассировкой лучей для обработки отражающих поверхностей и теней.

Пока это всего лишь базовые функции (тени, глобальное освещение, отражения), а в скором времени появятся в новых играх и более продвинутые и насыщенные элементы декорации кадра.

Вторым элементом, впервые появившимся в GPU игрового класса, стали RT-ядра. Их мы уже видели в Titan V, но данная видеокарта далека от народа. А RT-ядра понадобились для нескольких целей: первая — новый метод сглаживания DLSS с ИИ, вторая — помощь при обработке кадра, использующего трассировку лучей (а точнее, наложение фильтров шумоподавления).

Все это выглядит убедительно на бумаге и в тексте, но первые результаты производительности все равно будут наложены на классический рендер в уже существующих играх, поэтому делать выводы пока рано. А чтобы оценить нововведения в Turing, мы кратко расскажем о них.

DLSS сглаживание

Несомненно, существующие методы сглаживания либо требуют слишком большой производительности, либо используют всевозможные хаки и ухищрения, дабы снизить нагрузку, но в ущерб качества. DLSS — это очередной метод, но отличающийся от всех остальных благодаря наличию тензорных ядер. Это относительно простые вычислительные блоки, которые работают с операциями FMA.

Но их роль в DLSS так же носит эпизодических характер, так как выполнить всю работу они не в состоянии. Поэтому сервера Nvidia обрабатывают кадры из игр, создавая готовый профиль, которым вы в дальнейшем воспользуетесь. Благодаря этому такой тип сглаживания отнимает меньше ресурсов, но по качество очень близок и идеальному решению. Естественно, для пользователя будет доступно несколько глубин сглаживания, но все они дают действительно потрясающий результат.

Mesh Shading

Новая модель для построения и управлением всей геометрией, вершинами, тесселяцией и многим другим. Идея родилась достаточно давно, но на реализацию потребовалось время. Это одно из способов решений проблемы узкого места системы постоения кадра — CPU. В альтернативной ветке Nvidia предлагает использовать Mesh Shading, дабы максимально исключить CPU и задержки на draw calls. Благодаря ему вершинный конвейер заменяется аналогом вычислительных шейдеров для геометрии.

Но пока это решение остается доступным только через специальный NVAPI. Однако со слов Nvidia, Microsoft готов внедрять его в ближайшем будущем.

Variable Rate Shading

Еще одна возможность для разработчиков повысить производительность в играх благодаря шейдингу с переменным количеством сэмплов. Совсем просто: на одном кадре благодаря оптимизациям время отрисовки без видимого ухудшения картинки снижается на 20–35%. Суть схемы проста: VRS оперирует участками 4×4 пикселя, задавая им различное количество сэмплов закраски.

И вроде бы на этой ноте надо продолжить рассказывать о технических характеристиках, но я бы хотел остановиться вот на чем! Все технологии проходят два пути развития: становление и забвение.

За всю богатую историю 3D мы повидали немало анонсов, обещающих сверхъестественное качество, реализм, погружение, но часть из них благополучно исчезло с рынка, а другой пришлось долго и муторно пробивать себе дорогу на олимп. Вспомнить хотя бы компанию S3 с видеокартой S3 Virge, где был показан аппаратный блок 3D. Ох и давно это было, а пик популярности и расцвета пришелся только через 5 лет. Или полноэкранное сглаживание от 3Dfx. Да и ATi с тесселяцией стрельнула не сразу. Поэтому делать выводы о благополучии технологий или их утопичности пока рано. А сейчас самое время вернуться к характеристикам GPU Turing.

Более подробное описание архитектуры можно прочесть тут.

Список игр с поддержкой нововведений Nvidia

Название	Трассировка лучей	DLSS сглаживание	Turing Advanced Shading
Ark: Survival Evolved		V
Assetto Corsa Competizione	V
Atomic Heart	V	V
Battlefield V	V
Control	V
Dauntless		V
Darksiders III		V
Deliver Us The Moon: Fortuna		V
Enlisted	V
Fear The Wolves		V
Final Fantasy XV		V
Fractured Lands		V
Hellblade: Senua’s Sacrifice		V
Hitman 2		V
In Death			V
Islands of Nyne		V
Justice	V	V
JX3	V	V
KINETIK		V
MechWarrior 5: Mercenaries	V	V
Metro Exodus	V
Outpost Zero		V
Overkill’s The Walking Dead		V
PlayerUnknown Battlegrounds		V
ProjectDH	V
Remnant: From the Ashes		V
SCUM		V
Serious Sam 4: Planet Badass		V
Shadow of the Tomb Raider	V
Stormdivers		V
The Forge Arena		V
We Happy Few		V
Wolfenstein II			V

Технические характеристики

Наименование	GeForce GTX 980 Ti	GeForce GTX 1080 Ti	GeForce RTX 2080 Ti
Кодовое имя	GM200	GP102	TU102
Версия	Maxwell 2.x	Pascal	Turing
Техпроцесс, нм	28	16	12
Размер ядра/ядер, мм2	601	471	574
Количество транзисторов, млн	8000	12000	18600
Частота ядра, МГц	1000	1480	1350
Частота ядра (Turbo), МГц	1075	1582	1635
Число шейдеров (PS), шт.	2816	3584	4352
Число текстурных блоков (TMU), шт.	176	224	272
Число блоков растеризации (ROP), шт.	96	88	88
Максимальная скорость выборки текстур, Гтекс/с	176	331.5	444.7
Тип памяти	GDDR5	GDDR5X	GDDR6
Эффективная частота памяти, МГц	1750	2750	3500
Объем памяти, Гбайт	6	11	11
Шина памяти, бит	384	352	352
Пропускная способность памяти, Гбайт/с	336.5	484	616
Питание, разъемы Pin	6 + 8	6 + 8	8 + 8
Потребляемая мощность (2D/3D), Ватт	-/250	-/250	-/260
CrossFire/Sli	V	V	V
Рекомендованная цена при анонсе, $	649	649	999–1199

Внешний вид и размеры

Модель	A, мм	B, мм	C, мм	D, мм	A1, мм	B1, мм	C1, мм
Nvidia GeForce RTX 2080 Ti	267	100	-	85	267	100	39

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.

Конфигурация портов претерпела изменения. Модели GeForce RTX 2080 Ti и RTX 2080 Founders Edition комплектуются тремя DisplayPort 1.4a, поддерживающими мониторы с разрешением до 8K при 60 Гц, разъемом HDMI 2.0b с поддержкой HDCP 2.2 и одним портом USB Type-C для подключения любого совместимого оборудования, вплоть до жесткого диска. Причем питание подается согласно спецификациям.

Печатная плата

К сожалению, видеокарта не разбиралась вследствие дальнейшей передачи в Nvidia, дабы не портить внешний вид и состав термопасты. Согласно заверению специалистов компании, в текущей версии печатной платы используется 13-фазовая iMON DrMOS система питания для графического процессора и три фазы питания для памяти стандарта GDDR6.

Благодаря этому максимальный уровень TDP поднялся до 260 Вт, а питается видеокарта от двух разъемов 8 pin. Штатные режимы работы GeForce RTX 2080 Ti: видеоядро — 1350 МГц (Boost — 1635 МГц), память — 1750 МГц.

Система охлаждения

Применявшаяся ранее эталонная конструкция системы охлаждения поменялась полностью. Увеличилась площадь радиатора, как следствие, из-за размеров испарительной камеры возрос КПД всей системы. Теперь вместо турбины установлена пара вентиляторов, а масса видеокарты существенно увеличилась.

Но все это в свою очередь сделало возможным повысить уровень акустического комфорта. Штатные обороты вентиляторов снизились, а выигрыш в средней температуре достиг 10°C.

Тестовый стенд

Конфигурация:

• Материнская плата: ASUS ROG Strix Z370-G Gaming (Intel Z370, LGA 1151 v2);
• Процессор: Intel Core i7–8086К 4500 МГц (100 МГц х 45);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Оперативная память: DDR4 2×8 Гбайт;
• Накопители:
• • SSD Samsung 850 Evo 250 Гбайт;
  • Samsung 960 Evo 500 Гбайт;
  • Seagate Desktop SSHD 4 Тбайт;
• Блок питания: Corsair AX1500i Digital, 1500 Ватт.

Программное обеспечение:

• Операционная система: Microsoft Windows 10×64.

Перечень контрольно-измерительных приборов и инструментов:

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

Инструментарий и 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 и 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 играх оценивался специальным приспособлением по обеим линиям 8 pin и шине PCI-e. Под нагрузкой видеокарты тестировались программой Unigine Heaven Benchmark v4.0. После 10–15 минут температура и обороты вентиляторов достигали своего теоретического максимума, после чего данные заносились в таблицу.

Игровые тесты

В части игр, где это возможно, использовались встроенные отрезки теста, при необходимости тестирование дополнялось результатами утилиты Fraps v3.5.99. Для данного теста мы полностью пересмотрели уровень качества в играх для видеокарт топ-класса. Теперь в игровых приложениях выставляются максимальные настройки, а сами тесты проходили в трех разрешениях: 1920×1080, 2560×1440 и 3840×2160 (4K).

• 3DMark;
• Ashes of the Singularity;
• Battlefield 4;
• Battlefield 1: Over The Top;
• Deus Ex: Mankind Divided;
• Grand Theft Auto V;
• Hitman (2016);
• Rise of the Tomb Raider;
• Star Wars Battlefront;
• Tom Clancy’s The Division;
• Total War: Warhammer;
• The Witcher 3: Wild Hunt.

VSync при проведении тестов был отключен.

Исследование потенциала системы охлаждения

Пояснения к графикам:

• Синяя линия — в режиме простоя;
• Красная линия — максимальная температура;
• Черная линия показывает уровень издаваемого шума при определенных оборотах вентилятора;
• Пунктирная линия указывает на диапазон регулировки в автоматическом режиме вентилятора.

В процентах указана скорость вентилятора/ов, выставленная в MSI Afterburner, начиная от 0% до 100%, с шагом 5%. Таким образом, чтобы понять, насколько нагреется видеокарта, и как сильно она будет шуметь, скажем, при 50% скорости вентилятора, достаточно провести вертикальную линию через отметку 50%. В местах пересечения получаем три значения: с красной линией — максимальную температуру в нагрузке, с синей линией — температуру в простое, с черной линией — уровень шума.

Все видеокарты тестировались с заводскими частотами. Учтите, что звукозапись в видеоматериалах приукрашает уровень шума.

Температуры графического ядра и обороты вентилятора/ов.

Nvidia GeForce GTX 1080 Ti:

• В простое: 30% от максимальных оборотов, 1500 об/мин, 26.6 дБА, GPU — 52°C, VRM — 59°C;
• Под нагрузкой: 50% от максимальных оборотов, 2400 об/мин, 39.0 дБА, GPU — 85°C, VRM — 90°C;
• В режиме простоя вентиляторы не останавливаются.

Nvidia GeForce RTX 2080 Ti:

• В простое: 41% от максимальных оборотов, 1500 об/мин, 31.0 дБА, GPU — 33°C, VRM — 40°C;
• Под нагрузкой: 53% от максимальных оборотов, 1900 об/мин, 39.0 дБА, GPU — 70°C, VRM — 80°C;
• В режиме простоя вентиляторы не останавливаются.

За счет новой конструкции с двумя вентиляторами достигнут колоссальный прогресс, особенно это чувствуется под нагрузкой. Преимущество GeForce RTX 2080 Ti доходит до 15 градусов Цельсия при схожем уровне шума.

Разгон

С добавлением обновленной версии (четвертой по счету) GPU Boost разгон графического процессора превратился в автоматизированный процесс. Теперь весь процесс проходит самостоятельно, а от пользователя практически не требуется никаких знаний.

И поскольку кривая с промежуточными частотами теперь содержит больше ступеней, то для адаптивного и правильного разгона нужно двигать ее на всем протяжении, и делать это вручную — занятие не для слабонервных. Среди прочих изменений — появился инструмент сканирования стабильных частот.

Включаете его и смело идете пить чай или кофе. Алгоритм настолько продвинутый, что для точного определения позиции новых точек требуется около 20 минут. По завершении процесса вам продемонстрируют новые значения на экране.

С другой стороны, разгон пока никак не влияет на память; точнее, ее по-прежнему приходится разгонять вручную.

Остаются вопросы и к расширенному уровню TDP — использует ли его алгоритм или нет. Судя по результатам, добавление 23% к номинальному значению приводит к чуть более высоким показателям. В целом уровень разгона видеокарты типичен и позволяет ориентироваться на стабильные 2 ГГц под любой нагрузкой.

Для оценки поведения видеокарты в номинальном режиме работы обратимся к более чем часовому тесту стабильности 3DMark, параллельно соберем данные с графического ядра, а также значения частот памяти, энергопотребления и температур. Объединяем полученные данные в единые графики и видим, насколько точно соответствуют заводские характеристики реальным цифрам, и что происходит с важными показателями при разгоне.

Частота ядра:

[11.png]

Обе видеокарты получили похожие настройки. Главным ограничителем частоты графического ядра выступает энергопотребление. На бумаге у GeForce GTX 1080 Ti штатная настройка — 250 Вт. Для GeForce RTX 2080 Ti лимит TDP составляет 260 Вт. Но в рукаве Turing — более эффективная система охлаждения. Впрочем, уровень TDP остается единственным фактором, не позволяющим новинке разгоняться автоматически выше 18хх МГц. Как только диапазон TDP расширяется до 123%, GPU Boost мгновенно задействует кусочек свободы, поднимая частоту вплотную к 2 ГГц.

Отметим приличный запас по частоте памяти GeForce RTX 2080 Ti. Без каких-либо проблем со стабильностью ее эффективную частоту удалось поднять до 8 ГГц; для сравнения — микросхемы GDDR5X на GeForce GTX 1080 Ti достигли лишь 5.8 ГГц.

Напряжение vGPU:

Каким же образом Nvidia смогла втиснуть 18 млрд транзисторов в 260 Вт? Это было сделано путем нахождения компромисса между частотой и энергопотреблением. В заводском виде GeForce RTX 2080 Ti едва задействует напряжение выше 1 В, представьте себе силы тока, проходящие через систему питания! Даже в разгоне мы только приблизились к постоянному напряжению 1 В, но так его и не превысили.

Температура GPU:

Столь крупный графический процессор с высокой частотой должен изрядно нагреваться. Но увеличенная и улучшенная СО справляется с этим превосходно. Увы, вытекающий отсюда недостаток в виде пары вентиляторов, работающих в простое, приводит к повышенному уровню шума. С другой стороны, интересен сравнительный анализ: предыдущая СО была в простое тише, а новая под нагрузкой хоть и шумит на те же 39 дБА, но характер звучания у нее приятнее.

Обороты вентиляторов:

Наглядная демонстрация улучшений в системе питания и охлаждения. Теперь игровой флагман нового поколения не только прохладнее, но и поддерживает более низкую температуру за счет меньших оборотов вентиляторов.

Энергопотребление:

GeForce RTX 2080 Ti во всех смыслах прожорливее GeForce GTX 1080 Ti, однако регулятор на ней работает точнее. В среднем разница между видеокартами полностью совпадает с паспортными значениями — около 10–15 Вт.

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru