GTX 1080全新NVIDIA王者评测

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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。

关于GeForce GTX 1080，三分钟弄懂老黄直播的一小时


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。


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。



测试平台及说明

测试平台的硬件及软件配置如下：

GeForce GTX 1080 VS. GTX 980：1080p及4K性能

从血统上来看，GTX 1080显卡要取代的目标是GTX 980显卡，后者发布于2年前了，基于Maxwell架构的GM204核心。

作为新一代产品，GTX 1080显卡无论频率还是CUDA核心数都碾压GTX 980显卡，1080p及4K下性能提升57%、61%，这个增幅在这几代NVIDIA显卡升级中已经很惊人了。


1080p分辨率性能


4K分辨率性能对比


GeForce GTX 1080 VS. GTX 980 Ti：1080p及4K性能

GTX 1080性能碾压GTX 980其实毫不让人意外，因为它虽然披着GP104的皮，但价位上已经看齐了GTX 980 Ti这种GM200大核心的产品。在GTX 1080发布会上，NVIDIA用来对比的也多是GTX 980 Ti显卡，号称（VR）性能、效率是GTX 980 Ti显卡的2倍、3倍。

这个梗我们之前解释过了，虽然GTX 1080显卡的性能决不可能达到GTX 980 Ti的2倍甚至3倍，但它也确实比GTX 980 Ti显卡更强一些，大部分游戏中领先的幅度都在20-30%之间，算下来平均领先25%左右。

值得注意的是，游戏性能之外的计算性能中，Computemark提升明显，但Luxmark 2.0中提升不大，不论是对GTX 980还是GTX 980 Ti来说都是如此，这意味着显卡的双精度浮点设计变化并不大，有机会的话我们后续还会针对显卡的计算性能做单独测试。


1080p分辨率游戏性能对比


4K分辨率性能对比


GeForce GTX 1080 VS. Fury X：1080p及4K性能

对AMD来说，他们今年的重点并不在旗舰级显卡上，目前的旗舰主力还是去年的Fury X显卡，而上个月发布的Radeon Pro Duo依然是目前最强大的显卡，但与GTX 1080显卡也不在一个级别上。

NVIDIA对付Fury X显卡的话用GTX 980 Ti就足够了，现在GTX 1080显卡出马，只不过是把差距拉得更大而已。


1080p分辨率性能对比


4K分辨率性能对比


散热及噪音测试：还是熟悉的味道

GTX 1080显卡散热器换了风格，不过散热结构并没有变化，而且整个显卡的温控策略实际上跟GTX 980/980 Ti显卡也是基本一致的，依然是我们熟悉的那个味道。

温度测试在室内空调环境下测得，室温24-25癈左右，裸机测试。


GTX 1080显卡温度及风扇转速

从GM204到GM200核心，NVIDIA显卡待机频率有所调整，GTX 980待机时核心/显存频率是135、162MHz，GTX 980 Ti是135、202MHz，到了GTX 1080显卡上，待机核心频率约为139MHz，显存频率则低至101MHz，这个变化可能跟GDDR5X显存的优化有关。

温度方面，待机温度32℃，与GTX 980、GTX 980 Ti显卡基本没差，风扇转速也只有1100RPM左右，相当安静，其实NVIDIA公版显卡也可以引入GTX 950那样的低负载风扇停转技术了。

Heaven 4.0测试中，GTX 1080显卡温度达到了82℃左右，风扇转速在2100RPM，整体温度与GTX 980 Ti差不多，比GTX 980略高。

Furmark拷机时除了Fury X之外的所有显卡都会开启降频保护，GTX 1080显卡从1.8GHz降频到1.5GHz，温度维持在83癈左右，风扇转速也是2100RPM左右。

总之，与NVIDIA自家显卡相比，GTX 1080的温度策略相似，最高温度在80-83℃左右，风扇转速在2100RPM左右，与GTX 980差不多，但低于GTX 980 Ti，所以噪音方面也要比GTX 980 Ti低，最高负载下也只有轻微的风扇声，而GTX 980 Ti的风扇声已经有些吵了。

与对手相比，AMD的公版卡使用的是一体式水冷散热器，在温控方面有先天优势，在这一点上纯风冷的GTX 1080是无法相提并论的。

整机功耗测试：新架构、新工艺的实力证明

每次显卡架构升级，我们除了期待性能提升之外，也希望显卡的功耗进一步降低，特别是这次的GTX 1080显卡制程从28nm提升到了16nm FinFET工艺，跨越了2个等级，再加上帕斯卡架构的改进，功耗是最值得大家期待的亮点之一。


GTX 1080显卡整机功耗测试

待机时，GTX 1080显卡整机功耗比GTX 980、GTX 980 Ti都要低，虽然差距并不明显。

Heaven 4.0负载下，GTX 1080显卡在1.8GHz的频率下整机功耗约为241W，比GTX 980 Ti的272W低了31W，比GTX 980显卡的209W整机功耗高了32W，可以说是介于二者之间。

Furmark拷机时，显卡多数会降频保护，因此功耗只做参考，Fury X因为降频较少甚至不降频，所以在这里会吃亏一些。GTX 1080显卡在降频到1.5GHz左右之后整机功耗与GTX 980显卡差不多，要比降频到873MHz的GTX 980 Ti更低。

总之，GTX 1080显卡的TDP功耗是180W，介于165W的GTX 980及250W的GTX 980 Ti之间，其实际功耗也是如此表现，站在GTX 980继任者的角度来看，其功耗是有一定增加的，但这么对比显然不公平，因为GTX 1080显卡在性能超过了GTX 980 Ti的情况下功耗其实比后者还要低了，这才是帕斯卡架构及16nm工艺应有的表现。



GTX 1080显卡超频测试：2GHz已经不是事儿了

早在28nm Kepler架构的GTX 680发布时，当时超频玩家挑战的一个极限目标就是2GHz频率，后来多次尝试之后终于有超频玩家实现这个目标了。极限超频破2GHz对普通玩家来说没什么用，因为我们不可能拥有那样的超频条件，但在GTX 1080显卡上，风冷2GHz已经变得轻松如常了。

从之前GP100核心发布之时，小编就惊讶16nm GPU的频率可以如此之高，Tesla P100这样的高性能加速卡频率都有1480MHz，而GTX 1080显卡基础频率就有1607MHz，加速频率1733MHz，实际运行中频率基本上维持在1800MHz了，比GTX 980显卡至少提升了500MHz。

那么留给玩家的超频空间还有多少呢？

GTX 1080显卡的超频结果

最终的超频结果是核心频率增加了400MHz，显存频率增加了500MHz。这些数值是超频软件显示的，不过与GPU-Z监视的不太一样，后者监视的最高频率是2062.5MHz，显存频率1377MHz（默认是1251MHz，），也就是11Gbps了。

3DMark FireStrike Ultra总分从之前的4987分提高到了5511分，GPU分数从4967提高到了5532分，分别提升10.5%、11.1%。

这次的超频超频还只是初步的，考虑到散热及供电的限制（超频软件解锁温度到92℃了，但监测最高还是83℃），非公版上市之后GTX 1080显卡的超频潜力还可以更高，预计水冷以及液氮环境中还能创造更高的记录。



GeForce GTX 1080：新王者来了，但更贵了

GTX 1080显卡是一次架构、工艺全面升级，那么它到底给我们带来了什么升级呢？

－ 全新的散热器外观，金属背板回归，锋芒毕露，更讨游戏玩家喜欢。

－ 更强大的游戏性能，比GTX 980显卡提升60%，比GTX 980 Ti提升25%。

－ 更高的8GB显存，而且是GDDR5X显存，带宽提升40%。

－ 更低的功耗，性能比GTX 980 Ti强的同时功耗更低。

－ 温控表现优异，最高温度维持在83℃，但噪音比GTX 980 Ti更低。

－ 极强的超频能力，风冷2GHz已经是小菜一碟。

NVIDIA在发布会上把GTX 1080显卡成为New King新王者，从上面的优点来看它确实值得这个称号，但是封王称霸对NVIDIA来说已经没什么意义了，即便不出GTX 1080显卡，GTX 980 Ti依然可以承担这个重任。

对玩家来说，我们更要关注的是伺候一位新王者所需要付出的代价——GTX 1080显卡的价格已经公布了，普通版是4599元，NVIDIA的Founders Edition，也就是公版是5399元，这价格直逼目前非公版GTX 980 Ti显卡，显然不便宜。

不过，我们对比下Kepler以来历代NVIDIA旗舰显卡的定价再来说：

这里以GTX 680显卡的性能作为基准（为便于表格观看，基准设置在1000点上），对比了GTX 680、GTX 780、GTX 780 Ti、GTX 980、GTX 1080显卡的建议价，除了GTX 680和GTX 980是GK104、GM204小核心之外，GTX 780/780 Ti/980 Ti这种大核心GPU显卡的价格都不低，而GTX 1080显卡则是以GP204小核心站上了大核心显卡的档次。

所以你说GTX 1080显卡贵吗？不仅贵，而且相当贵，公版就要5399元了，这是有史以来非Ti后缀显卡中售价最高的一款了，其定位将直接取代GTX 980 Ti显卡，因为价格相近的情况下GTX 1080显卡在性能、功耗、噪音及超频上全面领先，消费者根本没必要再选GTX 980 Ti显卡了。

还有一个疑问就是4599元的GTX 1080显卡的命运如何，因为NVIDIA这一次的策略很奇怪——Founders Edition版给人的预期本来是加强版，但实际上是公版，而4599元的价格是给非公版的。

但是非公版GTX 1080在供电用料、散热器以及频率参数上显然是要高过公版的，厂商不可能把定价低于公版的5399元，所以这就可能导致一个尴尬的问题——尽管NVIDIA给出了4599元的价格，但自己和厂商开卖的价格都不会低于5399元，只可能更高，这个4599元的GTX 1080显卡更像是个镜中花水中月，你看得到，但得不到。

很多人还在期待AMD的爆发吧，不过可惜的是AMD今年的Polaris显卡定位不是GTX 1080级别的，二者并不在一条战线上，Polaris显卡无论性能或者能效多优秀，很难说能影响到NVIDIA降价。

虽然除了NVIDIA之外没人希望看到这样的结果，但下半年的格局恐怕就是这样了，除非AMD真的能提前推出HBM 2显存的Vega 10显卡。

最后，无论你觉得GTX 1080显卡售价偏高还是合理，定价并不影响GTX 1080显卡在架构、工艺上的领先，作为帕斯卡架构在消费级市场的首次尝试，GTX 1080显卡强大的性能、优秀的温度、功耗控制以及值得期待的超频能力理应得到正视。