Recentemente, a NVIDIA anunciou seu último lançamento, a GeForce GTX TITAN, placa que promete ser o mais poderoso single GPU (chip gráfico) já fabricado. Baseada no chip gráfico GK110, lançado há alguns meses atrás destinado à série profissional da Nvidia Tesla K20X.
A origem do nome “TITAN”, deriva do super computador mais rápido do mundo, construído pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge, localizado no Tennessee/ Estados Unidos. Provido de 18.668 aceleradores de GPU NVIDIA® Tesla K20X, utilizando o núcleo Kepler GK110, é capaz de fornecer um incrível poder computacional de 17,59 PetaFLOPs, com pico de operação que pode ultrapassar 20 PetaFLOPs (ou 20 quatrilhões de operações de ponto flutuante por segundo) no benchmark Linpack. As principais características desta placa de vídeo são um novo conjunto de recursos, incluindo GPU Boost 2.0 com overclock de monitor (display overclocking), sobre tensão (Overvoltage) e uma nova solução de refrigeração com câmara a vapor.
A recém lançada GeForce GTX Titan é baseada na arquitetura Kepler GK110. O chip ainda é baseado na fabricação de 28nm, como ele tem 7.1 bilhões de transistores, o seu tamanho é bastante grande, são 45 mm × 45 mm e possui 2397-pinos S-FCBGA.
A placa de vídeo tem 26,67 centímetros de comprimento, ocupa dois slots, possui impressionantes 2688 núcleos CUDA (shader) e tem 7.1 milhões de transistores. Obviamente trabalha em PCI-Express 3.0, com TDP de 250W (thermal design power = projeto térmico de força/potência), com consumo de energia ocioso de 15 Watts. O TDP é um indicativo, porém em média, o GPU não vai consumir essa quantidade de energia. Na imagem abaixo você pode ver o die (circuito integrado):
O GK110 é baseado na arquitetura Kepler, e como tal, conta com 15 Clusters SMX, mas apenas 14 estão ativos com 192 processadores de shaders por cluster. Das 15 disponíveis, existem 14 Clusters SMX ativos, então multiplica-se 14 vezes 192 processadores de shaders , levando a um total de 2.688 núcleos CUDA. Se os 15 conjuntos SMX habilitado, teria 2.880 núcleos CUDA o que denota que a placa ainda tem esta folga para o aumento de sua capacidade. A nova GeForce possui uma interface de memória (também conhecido como “bus” ou barramento) de 384 bits, graças a presença dos seis blocos de 64 bits (6 blocos x 64 bits).
No lado da controladora de memória, o clock de referência (taxa de dados eficaz), é de 6 GHz/Gbps. Isto resume-se a uma largura de banda de memória com 288 GB/s, em 384-bits de barramento de memória. Muito parecido com a GTX 680.
As novas placas de vídeo possuem naturalmente o DirectX 11.1, e dispõem de uma vasta compatibilidade com os jogos para aproveitar o DirectCompute, multi-threading, hardware tessellation, e o shader 5.0. Para sua referência aqui está um breve resumo de alguns últimos geração de placas high-end.
Para toda a linha Kepler, a Nvidia manteve a controladora de memória GDDR5. Os 6GB na GTX Titan, contudo pode parecer um pouco excessivo, mas com 6 controladores de memória disponíveis, teria sido obrigatoriamente com 3GB ou 6 GB. Os engenheiros de hardware da Nvidia, reformularam o sistema de memória, permitindo assim velocidades (na verdade, frequência) de clock mais elevados em comparação com a geração de GPUs GeForce anterior. Cada partição de memória utiliza um controlador de memória na GPU, e a TITAN tem um total de 6 GB, que são 24 unidades de 64M x 16 SDRAM GDDR5.
A GTX 580 tem seis controladores de memória (6x256MB) = 1.536 MB de memória GDDR5
A GTX 680 tem quatro controladores de memória (4x512MB) = 2.048 MB de memória GDDR5
A GTX Titan tem seis controladores de memória (6x1024MB) = 6.144 MB de memória GDDR5
Vamos analisar graficamente para ter uma ideia melhor do que representam essas mudanças:
Obviamente há muito mais. Nós sentimos que, para ser capaz de compreender um processador gráfico, devemos dividi-lo em pequenos pedaços, para melhor compreendê-lo. Vamos primeiro olhar para os dados brutos, que a maioria poderá entender e compreender. Se você não está interessado na conversa técnica, por favor, pule essa parte.
Olhando à direita da foto acima, você pode ter uma visão mais atenta sobre o dado GK110 como mostrado acima. Você vai notar os cinco cluster verdes. Estes são os motores de polimorfos do GPC, cada um contendo três agrupamentos SMX, 5 x 3 = 15 aglomerados SMX no total. Na extremidade do die você vai encontrar seis interfaces de 64 bits de memória, o que nos dá um barramento de memória de 384 bits. Isso combinado com uma velocidade de clock de 6 Gbps nos dá 288 GB/s de largura de banda.
Então, acima, vemos o diagrama do GK110 baseado na arquitetura Kepler. A coisa mais importante para focar são os clusters SM (bloco de processadores de shaders) (ou SMX como Nvidia gosta de chamá-lo para a GTX 600 séries, que possui 192 processadores de shaders.
[img]https://img267.imageshack.us/img267/5135/77301284.pngimg]
Quando olhamos detalhadamente em um cluster SMX (192 processadores de shaders), podemos visualizar uma mudança em relação ao GK104 (GTX 680), pois há 64 unidades de dupla precisão matemática.
O SMX da GeForce GTX 680 tinha 192 núcleos CUDA single-precision (SP), e 8 núcleos CUDA double-precision (DP). Como resultado, a operações de DP por clock correu de forma efetiva 1/24 da taxa de SP. A GTX Titan possui um total de 64 núcleos CUDA DP por SMX e os mesmos 192 núcleos CUDA SP.
Em relação à quantidade de unidades de rasterização (responsável por converter vetores em pixels para a construção das imagens), o GK110 possui um total de 48 ROPs, contra 32 do GK104. Essa diferenciação ocorre em virtude da quantidade de blocos ROPs existentes no Gigathread Engine. Assim, enquanto a GTX TITAN possui seis blocos rasterizadores, cada um composto por oito ROPs – totalizando 48 ROPs (6 blocos x 8 ROPs), a GTX 680 possui quatro blocos, explicando-se assim a quantidade de 32 ROPs (4 blocos x 8 ROPs).
O GK110 tem 64KB de cache L1 para cada SMX além de uma unidade especial de memória de 48KB que pode ser utilizado como um cache de leitura. O cache L2 permanece o mesmo em todas as unidades SMX em comparação com o GK104, 1.5MB. A taxa de transferência de textura na Kepler é significativamente maior em comparação com a Fermi, cada unidade SMX contém 16 unidades de textura de filtragem.
GeForce GTX 580 tem 16 SMX x 4 = 64 unidades de textura
GeForce GTX 680 tem 8 SMX x 16 unidades de textura = 128
GeForce GTX Titan tem 14 SMX x 16 unidades de textura = 224
GPU Boost
Desde o lançamento das GPUs Kepler, os SKUs (unidade de identificação do produto) mainstream e high-end, possuem tecnologia de ajuste dinâmico de clock (frequência), e podemos explicá-lo facilmente, sem qualquer complexidade. Normalmente, quando a sua placa de vídeo está em idle (estado original sem utilização forçada), o clock diminui, pois o componente não está sendo requisitado. Naturalmente as placas com arquitetura Kepler fazem isso muito bem, mas agora podem trabalhar de maneira diferente e também em direção oposta. Se em um jogo exige mais da GPU, o clock aumentará automaticamente conforme a exigência do jogo.
Isso tudo é gerido por um circuito de hardware dedicado, que monitora vários aspectos da placa de vídeo. Partindo do consumo de energia do GPU, de sua temperatura real e da utilização da memória. Toda a informação é processada pelo software GPU Boost, a fim de determinar quais alterações, se houver, devem ser feita no processador gráfico.
GPU Boost 2.0
A GeForce GTX TITAN conta com o GPU Boost 2.0, que tem como alvo a temperatura. Basicamente a TITAN monitora a temperatura (que pode ser definida pelo usuário) e irá em busca de sua meta. A temperatura base nominal, é de 80 graus Celsius. Esta é determinada pelo ponto de equilíbrio entre a uma temperatura aceitável e baixos níveis de ruído. Se você configurar o alvo da temperatura em 90 graus, então a TITAN irá aumentar a tensão da GPU e a frequência até atingir as metas de temperatura e potência.
Unlocked GPU core Voltage
A GeForce GTX Titan é projetada para ser overclockada, isto é, trabalhar acima das especificações de fábrica. A Nvidia tem nos últimos modelos, recebido uma grande quantidade de calor, portanto, a estratégia adotada foi limitar bastante as tensões. É claro que eles têm feito para evitar altas taxas de RMA (defeitos / solicitações de troca em garantia). Na GeForce GTX Titan isso mudou. No padrão, a placa será bloqueada a uma tensão máxima no núcleo de 1,162 mV.
Monitor Overclocking
Praticamente todos os monitores têm um máximo de 60 Hz e, portanto, só pode mostrar 60 quadros por segundo. Mas, na verdade, pode haver maiores taxas de atualização, como 70, 80 até mesmo 100 Hz.
Quanto maior a taxa de atualização do seu monitor, melhor será sua experiência de jogo. Normalmente o que muitos fazem é cortar a informação EDID do monitor e dessa maneira tentar um “overclock” no monitor. EDID (Extended Display Identification Data) é um Conjunto de dados que o monitor envie para a placa de vídeo, a mesma lê essa informação e, em seguida, retorna o sinal de vídeo para a resolução de tela compatível, taxa de atualização e profundidade de cor.
A Nvidia vai agora permitir que você possa fazer overclock no seu monitor fazendo perfis personalizados, para que possa verificar se o monitor pode trabalhar com 70 ou 80 Hz (ou qualquer outro). Se você encontrou uma taxa de atualização compatível você pode aplicá-la e continuar usando ela. Então você supera a limitação padrão de 60 Hz.
Uma nota pessoal, é não sabermos o efeito que isso terá no tempo de vida do seu monitor. Como acontece com qualquer outro tipo de ajuste ou overclock, use-o com cuidado e somente se considerar necessário, bem como avaliar riscos e benefícios.
A Embalagem
Como podemos observar, a caixa da Zotac GTX TITAN é muito bonita aos olhos, cheia de detalhes, na parte da frente é possível visualizar um pequeno decalque sobre os jogos que acompanham a placa, a parte de trás da caixa é bastante rica em detalhes, contém alguns detalhes em vários idiomas, especificações técnicas e outras informações. Dentro da caixa encontramos alguns guias sobre a placa e garantia, CD com drives e software, cabos de alimentação, adaptador de DVI para VGA e também um pack contendo 3 títulos da série Assassin’s Creed.
A NVIDIA fornece o projeto básico para a Zotac fabricar a GTX TITAN. A placa nos lembra muito a GTX 690. Usa praticamente o mesmo design do refrigerador. Grande parte do dissipador de calor é feito de alumínio fundido, e a injeção, de liga de magnésio moldado com janela de acrílico. Ao contrário da GTX 690, há apenas uma única janela, e a ventoinha, foi deslocada para a parte de trás, o que faz muito sentido, já que existe apenas um GPU para arrefecer. O comprimento da placa é de 27 cm, pouco mais curta do que a GTX 690.
As opções de conectividade incluem duas portas DVI, uma DisplayPort padrão, e uma porta HDMI. Você pode utilizar todas as saídas de vídeo ao mesmo tempo no modo Nvidia Surround. A placa de vídeo também inclui um dispositivo de som HDMI. É compatível com HDMI 1.4a, que inclui suporte para filmes com áudio HD e Blu-ray 3D.
Dois conectores SLI estão disponíveis, o que significa que você pode usar configurações com três GTX TITAN em SLI ou até mesmo uma plataforma Quad-SLI, caso você possa pagar.
A placa requer um cabo de alimentação PCI-Express de 6 pinos e um de 8 pinos para o seu funcionamento. Esta configuração de poder é o suficiente para até 300 W de consumo de energia, sendo 150W para o conector de 8 pinos, 75W para o conector de 6 pinos e 75W pelo slot PCI Express.
Os chips de memória GDDR5 são feitos pela Samsung modelo K4G20325F0-FC03. Eles são especificados para funcionar a 1500 MHz (6000 MHz GDDR5 efetivo).
Uma das principais características da TITAN é o seu refrigerador alto desempenho com câmara de vapor. Construído a partir de cobre, esta câmara de vapor expulsa o calor para fora da placa usando um processo de evaporação semelhante a um heatpipe, só que mais poderoso. Para melhorar ainda mais a eficácia a Nvidia utilizou um material de interface térmica novo a partir de uma companhia chamada Shin-Etsu, que possui 2x mais desempenho do que o utilizado na GTX 680. Com esta nova pasta térmica e uma câmera de vapor feita em cobre, o cooler consegue extrair mais calor do chip GK110, permitindo que a GPU possa trabalhar com temperaturas mais baixas, e assim, aumentar sua frequência de trabalho. Este calor da câmara de vapor, é dissipado por um grande dissipador de alumínio dual slot.
O logotipo GeForce GTX na borda da Titan é iluminado (LED backlit). Este LED funciona como um indicador de carga, iluminando quando a placa está em uso. A intensidade deste LED pode ser ajustada manualmente utilizando ferramentas fornecidas pelos parceiros selecionados pela NVIDIA, você pode até ajustar a intensidade com base na utilização da GPU, de modo que o LED brilha mais com o aumenta do trabalho realizado pelo GPU.
Consumo de energia
Vamos verificar o consumo de energia com esta placa em uso.
Metodologia: Temos um dispositivo, mais conhecido como Kill A Watt, que serve para monitorar constantemente o consumo de energia do PC. Vamos “estressar” apenas o processador gráfico para obter uma melhor noção do consumo, antes e depois, da utilização em carga. Isto nos informará, aproximadamente, o consumo da placa sob carga. .
O nosso sistema de teste é baseado em um Core i7 3930K na recente plataforma X79. Esta configuração está com overclock de 4.6GHz em todos os núcleos. Também temos funções de economia de energia desativadas para esta placa-mãe e processador (isto garante resultados mais precisos). Em média nós usamos aproximadamente 50 a 100 Watts a mais do que um PC padrão, devido ao overclock no CPU, refrigeração a água, etc.
Consumo de energia medido com uma única GeForce GTX Titan
Sistema em IDLE = 134W
Consumo total do sistema com GPU e CPU carregado = 366W
Consumo da GPU = 232W
Adicionar um consumo médio em IDLE de 15W
Consumo de energia subjetiva obtida na GPU = 247 Watts
Lembre-se que a potência do sistema é medida no lado tomada e existem outras variáveis como por exemplo, a eficiência da sua fonte de alimentação. Portanto, este é um valor aproximado.
Temperatura
Aqui nós vamos observar as temperaturas do GPU. Primeiro, IDLE (sem esforço).
Temperaturas em IDLE são sempre um pouquinho complicadas de ler. No geral abaixo de 50 graus Celsius é considerada boa, e abaixo de 40, muito boa, nessas condições.
A temperatura sob estresse em um jogo pesado, estabilizou em aproximadamente 80 graus Celsius. Para isso, consideramos a leitura mais alta do processador gráfico, e não a média.
Estes testes foram realizados com aproximadamente 22 graus Celsius de temperatura ambiente.
Plataforma de teste:
Placa Mãe: Asus Rampage IV Extreme
Processador: Intel Core i7 3930K @ 4.6 GHz Placa de vídeo: Zotac GeForce GTX TITAN Refrigeração: Hidro Cooler Corsair H110
Memória: 16GB Corsair Dominator Platinum2400MHz
Fonte de Alimentação: Corsair AX1200i
Monitor: BenQ 3D XL2420T
Sistema Operacional & Softwares
Windows 7 64-bit SP1
AMD Catalyst 13.2 Beta
NVIDIA GeForce WHQL 314.09 Beta
Benchmark:
Battlefield 3
3DMark 11
Metro 2033
Sleeping Dogs
Teste:
O jogo é um ótimo “benchmark”, pois vem com DirectX11 e características específicas de sombreamento, HD-AO e uso de Direct Compute. Este teste em particular tem as seguintes configurações de qualidade de imagem habilitado:
DX11
Modo de Alta Qualidade
No jogo AA habilitado
No jogo AF habilitado
Metro 2033 suporta um número de características avançadas DX11 com a última geração de placas de vídeo DX11 (Direct X 11, pacote de aceleração de áudio e vídeo para 3D). Usuários com placas DX11 vão experimentar efeitos de profundidade e de campo, bem como Tessellation completo sobre modelos de personagens, de acordo com a THQ.
As configurações de qualidade de imagem foram as melhores possíveis, ou seja, estamos em modo DX11 com AAA Anti-Aliasing ativado, jogando em qualidade máxima.
Um dos lançamentos mais jogados de 2011 foi Battlefield 3, um jogo de combate muito envolvente. Também usamos esse título para avaliar o desempenho em DX11 da Zotac GTX TITAN.
DX11
Modo Ultra
4xMSAAAA Habilitado
16x AF Habilitado
HBAO Habilitado
Missão: Operation Swordbreaker
3DMark 11 é provavelmente um dos mais populares benchmarks projetado para medir o desempenho do seu PC. O 3DMark 11 faz uso extensivo de todos os novos recursos do DirectX 11, incluindo pavimentação, compute shaders e multi-threading. Testamos ele no modo Extreme.
Resultados “Extremos”
A GTX Titan quebrou todos os recordes mundiais de performance em 3D. Os resultados alcançados foram realmente impressionantes e não podíamos deixar de mostrar o trabalho realizado pela equipe brasileira, que foi responsável por grande parte deste feito.
Logicamente foi necessário realizar modificações físicas na placa, porém esta demonstrou uma “elasticidade” espantosa para uma placa desta capacidade, sendo que foi alcançada a frequência de 1750 Mhz para o processador gráfico e 1850 Mhz (7400 Mhz) para a grande quantidade de memória instalada.
Deixamos abaixo algumas fotos e registros dos recordes mundiais obtidos pela equipe de Overclocking da Corsair, o 3DTeam X5, pelos overclockers Ronaldo Buassali (rbuass) e pelos irmãos Schenckel (schenckel bros.)
3DMark Vantage – Recorde Mundial
Unigine Heaven
3DMark 11
Considerações finais
A ZOTAC GTX TITAN permaneceu à frente em todos os nossos testes. Inclusive em jogos onde geralmente as placas AMD Radeon que se destacam. Mesmo que por uma pequena margem. A placa tem como foco gamers e entusiastas que utilizam, ou desejam utilizar, múltiplos monitores (Nvidia Surround), graças aos seus 6GB de memória com barramento de 384 bits. A tecnologia de overclock automático, mais conhecido como GPU Boost passou por melhorias significativas, agora mais preciso, monitora a temperatura para definir os ajustes de voltagem e clock e também conta com a possiblidade de aumentar a tensão do funcionamento do chip, o que ajuda no ganho de FPS, um novo recurso e por sinal muito interessante em comparação com a versão anterior. O design muito bonito, e à primeira vista, nos faz lembrar a GTX 690. O logotipo GeForce GTX iluminado por LED que está localizado na parte lateral da placa contribui para um visual ainda melhor, e sua janela de acrílico nos dá a possibilidade de ver o dissipador de calor da GPU, onde grande parte, é fabricado em alumínio. Em nossa opinião, é uma das placas de vídeo mais bonitas já fabricadas e no quesito visual realmente ela impressiona, apesar de esta observação ser bastante pessoal. Seu consumo de energia não é alto para o seu desempenho. Manteve-se em aproximadamente 247 Watt, praticamente o mesmo que uma GTX 580 lançada a dois anos atrás, porem com o aproximadamente o dobro de desempenho. A GeForce GTX Titan é uma placa de edição limitada? Bem, diríamos que “em parte”. Para exemplificar nossa observação, a ASUS ARES II, que custa aproximadamente 1500 USD nos Estados Unidos, limitou em 1000 unidades para todo o mundo a sua fabricação. Isto é o que consideraríamos limitado. A TITAN está disponível em milhares de unidades, seu preço é aproximadamente 1000 dólares nos Estados Unidos e encontramos no Brasil com um valor médio de 3800 Reais.
Conclusão
A Zotac GTX Titan é uma placa fantástica. Nos quesitos desempenho, beleza e consumo, demonstrou ser realmente a “Titan” dos dias de hoje. A placa foi projetada pela NVIDIA pra ser placa single GPU mais poderosa do mercado. O único item que acreditamos estar em desacordo para tornar a GTX Titan uma placa perfeita, é seu preço, mas também, em nosso ponto de vista, acreditamos ser uma placa voltada para quem busca o máximo, mas não para quem procura por custo x benefício.
