开普勒架构全解析 GeForce GTX 680详尽性能评测

开普勒排头兵：GK104架构深入解析（1）

虽然之前有Kepler、GK104零零星星的测试成绩和少量细节曝光，不过作为NVIDIA未来1-2年最重要的新图形架构，鉴于保密协议对外公开的资料非常有限，很多报道都是基于早先费米架构猜想以及延伸推理而来，不够全面也没有丝毫的准确性。如今开普勒正式面世，诸多有关GPU架构的细节和全新特性都已正式公布，所以下面我们会用较大的篇幅，进一步全面系统地介绍一下有关开普勒的点点滴滴，看看它和之前的费米到底有何相同和不同之处。

1、 设计目标

作为NVIDIA两年磨一剑的全新图形架构，Kepler的目标就是继续突破图形计算性能的极限，打造出世界上最有效率的GPU。从架构设计上来看，Kepler是在上代Fermi架构上全面优化而来。众所周知，两年前的Fermi堪称NVIDIA图形架构历史上最重要的变革之一，使得图形渲染和通用计算都到了一个全新高度。而Kepler会在此基础上更进一步，除了更强的性能表现，还将辅以诸多前所未有的新特性，为玩家提供“更快”、“更平滑”、“更丰富”的游戏体验。当然，只有实际表现才能说明一切，我们十分期待。

2、突出能耗比

按照NVIDIA的说法，在设计上一代Fermi架构之时，NVIDIA工程师的主要精力大部分都放在了较Tesla（GT200）的性能提升方面，包括几何处理、曲面细分以及通用计算等DX 11的主要几个部分。尽管功耗管理在Fermi研发过程中同样是一个重要问题，但提升显卡DX 11的性能表现才是主要目标。（ps：的确，性能是大幅提升了，但庞大的核心规模也让我们也见识了GTX 400系列恐怖的功耗和发热量，尽管在GTX 500系列所有改善，但这一点一直是NVIDIA近两代显卡的软肋之一，也是Fermi最为人诟病的地方，看来NVIDIA也非常有自知之明，接着往下说。）

到了最新的Kepler，NVIDIA设计之处选择了一条不同的道路。提供顶级的性能表现依然是主要任务，但Kepler更加着重性能/功耗比，也就是现在比较流行的“能耗比”。降低功耗方面，台积最新的28nm工艺也扮演了重要角色，但在降低功耗的同时提升性能还是要看核心架构。主要是指Kepler吸取了Fermi研发上的经验和教训，从而改进和优化。NVIDIA方面也非常强调，Kepler的每一个硬件单元都是为最大程度地提升能耗比而设计的。

设计方面，对于提升功耗比最为明显的例子就是新架构中的新一代SM（Streaming Multiprocessor，流式多处理器），NVIDIA称之为SMX（Streaming Multiprocessor Extreme，极致流式多处理器），每个SMX有192个CUDA核心，8组SMX为GK104提供了多达1536个CUDA核心，详细内容下文会具体讲解。根据NVIDIA官方提供的数据，基于GK104核心的GTX 680平均能耗比可达上一代旗舰级GF110 GTX 580的2倍。