GeForce GTX 680 je nový kráľ High-Endu

Aký je sen náročného hráča počítačových hier? Grafická karta s ultimátnym výkonom, malou spotrebou, nízkou hlučnosťou, s množstvom nových technológií a hlavne priaznivou cenou.

Takýto princ na kremíkovom koni síce zatiaľ neexistuje, ale snaží sa mu vyrovnať práve nová grafika z dielne NVIDIE – GeForce GTX 680. Tá prichádza niekoľko mesiacov po uvedení aktuálneho kráľa, Radeonu HD 7970. Aj keď je nová GeForce niekoľkými svojimi parametrami bližšie skôr k rodine HD 7800, tak výkonom patrí práve k modelu HD 7970. S ním sa snaží súperiť po stránke výkonu, spotreby, hlučnosti a hlavne ceny.

Máme sa teda na čo tešiť? Určite áno, za všetko hovorí vyjadrenie viceprezidenta spoločnosti Epic Games, Marka Reina, ktorý je z karty nadšený – „Holy crap, the GTX 680 is amazing“. Podľa jeho ďalších vyjadrení použije Epic GeForce GTX 680 ako základ pri vývoji nových herných enginov, vrátane očakávaného Unreal Engine 4.

Kódové označenie Kepler

Má označenie GK104, vyrobený je 28 nanometrovým procesom a obsahuje až 3,54 miliardy tranzistorov. NVIDIA ho označuje ako aktuálne najvýkonnejšie GPU, ktoré bolo navrhnuté pre dosiahnutie čo najlepšieho pomeru výkonu k spotrebovanej energii.

Oproti predchádzajúcej generácii Fermi sme sa dočkali výraznejších zmien, ktoré majú veľký vplyv na celkovú energetickú náročnosť, výkon v hrách a aj vo výpočtoch. Počet CUDA jadier narástol z pôvodných 512 až na 1536, čo je ale stále menej v porovnaní s konkurenčným Radeonom HD 7970, ktorý ich má až 2048 (pre informáciu, Radeon má aj vyšší počet tranzistorov – až 4,31 miliardy).

Upravená architektúra

Rovnako ako v prípade Fermi, aj Kepler bude dostupný vo viacerých konfiguráciách, založených na špecifických počtoch výpočtových blokov (Graphics Processing Clusters – GPC), multiprocesorov (Streaming Multiprocessors – SMX) a pamäťového radiča.

Recenzovaná GeForce GTX 680 má jadro založené na štyroch výpočtových blokoch, ktoré obsahujú celkovo  osem SMX modulov a štyri pamäťové radiče. Každý výpočtový blok obsahuje jeden Raster Engine a dva SMX moduly. Celkový počet CUDA jadier je 1536, pričom každý jeden SMX modul ich obsahuje 192.

Kepler dostal aj úplne prepracovaný pamäťový radič, prinášajúci vyššiu efektivitu a umožňujúci dosiahnutie vysokých frekvencií pri použitej GDDR5 pamäti – 6008 MHz je štandardná frekvencia pre GTX 680, pričom to ale nie je horná hranica a pretaktovaním sa dá výkon jednoducho zvýšiť.

Každý jeden pamäťový radič je spojený s vlastnou L2 cache pamäťou o kapacite 128 KB a s ôsmimi ROP jednotkami. To vo výsledku predstavuje  512 KB L2 cache pamäti a 32 ROP jednotiek. V porovnaní s predchádzajúcou architektúrou je Kepler navrhnutý tak, aby dosiahol vyšší hrubý výkon v prípade shader a texturovacích operácií ako jeho predchodca založený na Fermi architektúre – GeForce GTX 580. L2 cache pamäť má teraz dokonca až o 73% vyššiu priepustnosť.

Prepracovanie SMX modulov reflektuje práve túto požiadavku na vyšší výkon v graficky náročných hrách. Trojnásobné navýšenie CUDA jadier bolo možné len pri znížení ich pracovnej frekvencie, čo sa nakoniec ukázalo ako lepšie riešenie v porovnaní so zachovaním dvojnásobnej pracovnej frekvencie a menšieho počtu jadier.

Dvojnásobný nárast výkonu má funkciu FMA (fused multiply-add) pre single a hlavne double precision výpočty. Počet load/store jednotiek, vďaka ktorým dokáže prevádzať výpočty zostal zachovaný. Dvojnásobne sa zvýšil počet SFU (Special Function Units), určených pre použitie transcendentálnych inštrukcií, akými sú sínus, kosínus, či recipročné a kvadratické funkcie.

Oproti Fermi sa znížil počet PolyMorph jednotiek, ktoré sú určené na operácie s teseláciou. Neznamená to ale, že Kepler má polovičný výkon v DX11 hrách. Vďaka ich prepracovaniu a vyššej pracovnej frekvencii jadra je celkový výkon nakoniec až o 30 percent vyšší, samozrejme v závislosti od konkrétnej hry.

Adaptívna vertikálna synchronizácia

Zapnúť alebo vypnúť vertikálnu synchronizáciu? Univerzálne riešenie neexistuje a je individuálne pre každú hru. Niekedy ale nie je vhodné ani jedno z nich a pri hraní sa objavujú nepríjemné chyby obrazu, označované aj ako stuttering.

V prípade zapnutej synchronizácie je problémom hra, ktorá má čo i len jedno fps pod hranicou frekvencie vášho monitora. Naopak pri vypnutej synchronizácii môže byť problémom každé jedno fps nad touto hranicou.

Obidva problémy rieši funkcia adaptívnej vertikálnej synchronizácie, za ktorej pôvodom nestojí nik menší, ako John Carmack. Ten túto technológiu použil v hre RAGE a následne z časti pomohol s jej implementáciou NVIDII.

Nové ovládače tak prinášajú dve možnosti adaptívnej synchronizácie. Jedna je pre hry, pre ktoré má karta dostatok výkonu a priemerné fps sa pohybuje okolo hranice 60 fps. Druhá možnosť je určená pre hry s fps od 25 do 50, kde sa za hraničné riešenie pre zapínanie a vypínanie synchronizácie berie hranica 30 fps.

Fungovanie je jednoduché a je zarážajúce, že s touto technológiou neprišiel nikto predtým. Ak sa počet obrázkov za sekundu dostane nad stanovenú hranicu (30 alebo 60 fps), tak sa vertikálna synchronizácia zapne. A naopak, ak sa výkon dostane pod stanovenú hranicu, tak sa vertikálna synchronizácia vypne. Geniálne jednoduché a zároveň účinné.

Vyhladzovanie hrán po novom

Vyhladzovanie hrán je jednou z najnáročnejších funkcií. NVIDIA ponúka riešenie, ktoré nazýva FXAA. Jedná sa o vyhladzovanie hrán, ktoré využíva samotné CUDA jadrá.  FXAA je funkcia založená na využití Pixel-shader filtra, ktorý sa dá aplikovať spolu s mnohými ďalšími efektami, ako je bloom alebo blur.

Technológia FXAA prináša v porovnaní s bežne používanou technológiou MSAA výrazne vyšší výkon. Oproti režimu 4×MSAA je výkon FXAA až dvojnásobný. FXAA ale nie je novinkou. Prvou hrou, ktorú túto technológiu využívala bol Age of Conan a v súčasnosti ju priamo podporuje ďalších 15 hier.

FXAA je možné použiť dvomi spôsobmi. Prvým je implementácia priamo od vývojárov, ktorí ju do hry zakomponujú. Medzi tieto hry patrí už spomínaný Age of Conan, FEAR 3 alebo Duke Nukem Forever. Druhým spôsobom je vynútenie tohto typu vyhladzovania hrán v ovládacom paneli NVIDIE.

Poslednou zastávkou pri vyhladzovanú hrán je TXAA, čo môžeme označiť za mix hardvérového vyhladzovania hrán a doplnkových výpočtov a filtrov pre dosiahnutie čo najlepšieho výsledku. TXAA je riešenie určené aj pre HDR.

TXAA je dostupné v dvoch režimoch – TXAA1 a TXAA2. Prvý z nich ponúka kvalitu zhodnú s režimom 8×MSAA, pričom výkonnostné nároky sú porovnateľné s režimom 2×MSAA. Druhý režim je kvalitou výrazne nad režimom 8×MSAA, pričom nároky na výkon sú stále nižšie, približne na úrovni 4×MSAA. Priamu podporu pre TXAA vyhladzovanie hrán nájdete v pripravovaných hrách založených na Unreal 4 engine, novom engine od Crytek. Jednou z prvých konkrétnych hier bude Borderlands 2.  

Výrez zo scény obsahujúcej HDR efekt a množstvo tenkých objektov v pozadí. Tento obrázok je bez vyhladzovania hrán.

Aktivovaná technológia vyhladzovania hrán 8×MSAA ponúka lepší výsledok, je ale veľmi náročná na výkon.

Technológia TXAA ponúka najlepší výsledok, pričom je ale menej náročná na výkon hardvéru ako 8×MSAA.

GPU Boost

Dostávame sa k najkontroverznejšej funkcii – GPU Boost.  Tú môžeme najlepšie prirovnať k funkcii Turbo Boost z procesorov rodiny Intel Core. Najjednoduchší výklad je, že karta si podľa potreby zvýši svoje pracovné frekvencie.

Samozrejme to tak jednoduché nie je a celý tento proces je maximálne sofistikovaný, založený na potrebách tej konkrétnej hry, aktuálnom vyťažení  jadier a prevádzkových vlastnostiach. Frekvencie sa upravujú pre dosiahnutie čo najvyššieho možného výkonu, pri zachovaní si stanoveného TDP.

NVIDIA stanovila základnú spotrebu karty na 170 W, čo je o 29 W menej ako je maximálne TDP. Pri tejto spotrebe karta dosahuje optimálne hodnoty pre spotrebu, hlučnosť a produkciu tepla.

Ak sa však spotreba karty pri hraní hry dostane pod túto hranicu, aktivuje sa funkcia GPU Boost. Karta má totiž určitú rezervu a zvýšením pracovných frekvencií je možné dosiahnuť vyšší výkon, pri zachovaní predom stanovených limitov. Zo základnej frekvencie 1006 MHz sa počas našich testov karta pretaktovala najčastejšie na 1,1 GHz, pričom ale neboli výnimkou ani vyššie hodnoty.

Ak by ste potrebovali ešte vyšší výkon, je možné pomocou utlity EVGA Precision X zvýšiť hranicu TDP a frekvencie pre GPU a pamäť. Týmto spôsobom sa nám podarilo pretaktovať kartu až na skoro 1,3 GHz, s čím už ale bola spojená aj vyššia spotreba a pri niektorých hrách sa začala objavovať znížená stabilita. 

Spomínaná aplikácia prináša funkciu, ktorú ocenia hlavne hráči starších, alebo menej náročných hier. Jej základom je totiž udržanie nastaveného počtu snímok, pričom to nerieši ako niektoré podobné aplikácie systémom vynechávania snímok, ale priamo znížením pracovných frekvencií. Počas našich testov táto technológia znížila frekvenciu z pôvodných 700 MHz na 324 MHz. Výsledkom bola zachovaná plynulosť hry pri spotrebe nižšej o vyše 50 W.  

Výzorom klame

Prvé stretnutie s kartou bolo pre nás mierne rozpačité, nakoľko sme sa zľakli, že k nám omylom dorazil starší model GeForce GTX 570. Rozmery karty a jej prevedenie totiž odpovedajú vyššej strednej triede. Neberte to ale ako výčitku, skôr naopak. Je milé vidieť High-End, ktorý sa vojde do väčšiny počítačových skriniek a neváži 10 kíl aj s ponožkami.

Obrazové výstupy sú na karte štyri – dva DVI, jeden HDMI a jeden DisplayPort. Karta konečne umožňuje hranie na štyroch monitoroch, nakoľko až doteraz sme k tomu potrebovali karty dve. Počkáme kým radosťou dokričia tí piati majitelia obrazového Surround systému na Slovensku a pozrieme sa na efektivitu a hlučnosť chladenia.

High-End grafické karty to nikdy nemali pri chladení ľahké. Najvýkonnejšie čipy z danej generácie produkovali veľké množstvo tepla a použité chladiče boli mnohokrát nevyhovujúce a asi najlepším príkladom bola dnes už legendárna karta GeForce FX 5800.

Optimálny stav nebol ani pri poslednom jednočipovom High-End riešení NVIDIE v podobe modelu GTX 580, avšak na obranu treba povedať, že AMD na tom nebola výrazne lepšie. Teraz ale máme na stole dvoch aktuálnych kráľov – Radeon HD 7970 a GeForce GTX 680.

Hlučnosť obidvoch kariet je pri práci v systéme veľmi, veľmi podobná a bežným sluchom rozdiel nie je možné poznať. Všetko sa ale mení so spustením náročných hier, ktoré jadrá vyťažia na maximum. Tu už rozdiel počuteľný je, a to dokonca výrazne.

Nová GeForce produkuje menej tepla, má lepšie navrhnuté chladenie a je preto aj výrazne tichšia. Tak tichý chladič by sme očakávali skôr pri karte z vyššej strednej triedy a nie v High-Ende.

Pracovné teploty obidvoch kariet sú pri práci v systéme podobné – 39 °C pre GeForce, 44 °C pre Radeon. Podobné to je dokonca aj v záťaži, kedy sa obidve karty pohybovali okolo hranice 83 °C.

Čo sa týka spotreby, je na tom lepšie NVIDIA ... áno, čítate dobre, NVIDIA. Pri práci v systéme sú rozdiely minimálne a naša testovacia zostava potrebovala na beh 158 W pri osadení kartou NVIDIE a 165 W pri osadení kartou od AMD. V prípade zaťaženia sa rozdiel pohyboval od 13 W vyššie (v závislosti od konkrétnej hry).

Len pre informáciu dodávame, že obidve karty sme netestovali na stole s podporným chladením, ale v reálnej prevádzke – osadené v High-End skrinke Silverstone Raven.

Ako testujeme?

Kým pre bežné grafické karty stačia testy vo Full HD  rozlíšení 1920×1080 bodov, tak pri High-End modeloch bez extrémneho rozlíšenia nenájdeme ich slabé miesta. Bežný monitor sme preto nahradili profesionálnym riešením, ktoré pri uhlopriečke 27 palcov dokáže zobraziť rozlíšenie až 2560×1440 bodov. Tu sa už prejavia limity vo výkone jadra, ako aj návrhu celej karty.

Srdcom našej testovacej zostavy sa stal štvorjadrový procesor rodiny Intel Core i7-920, schopný súčasne spracovať až osem vlákien. Nie je to teda žiadny extrémny model, s ktorým by sa dali trhať rekordy, ale klasický zástupca vyššej triedy s výkonom bohato postačujúcim aj pre náročného hráča.

Osadili sme ho do profesionálnej dosky ASUS, doplnili o 9 GB DDR3 pamäte na 1600 MHz, osadili grafickú kartu a nainštalovali operačný systém Windows 7 Home Premium v 64-bit verzii.

Mafia II

Maximálne detaily (vrátane vyhladzovania hrán) pri tejto hre nepredstavovali žiadny problém ani v extrémnom rozlíšení 2560×1440 bodov. V prípade Full HD rozlíšenia je jednoznačným víťazom NVIDIA, ktorá si udržala náskok od 10 až po 20 percent.

Vyššie rozlíšenie rozdiel znížilo. Môže za to širšia pamäťová zbernica a a väčšia kapacita pamäti pri Radeone. Víťazom sa aj tu stala NVIDIA, aj keď to pri aktivovanom vyhladzovaní hrán bolo len veľmi tesné.

Karty sme pre porovnanie otestovali aj pri aktivovanej technológii PhysX. Tá sa v prípade AMD kariet počíta len pomocou procesora a preto nás rozdiel neprekvapil – 31,6 verzus 10,5 fps pre NVIDIU.   

Batman: AC

Aj druhá hra umožňuje využitie technológie PhysX, ktorú sme ale nechali vypnutú, aby zbytočne nezaťažovala procesor v prípade karty od AMD. Najvyššie grafické detaily karta zvládli karty aj s vyhladzovaním hrán pri extrémnom rozlíšení.

Radeon sa aj napriek väčšej kapacite pamäte nevyhol prepadom minimálnych fps a s celkovým výkonom zaostal za GeForce až o 20 percent.

Rozdiel rýchlosti pri maximálnom rozlíšení bol síce len 10 fps, avšak pri AMD sme zaznamenali väčšie prepady minimálneho počtu zobrazených snímok. Dojem z plynulosti bol aj preto výrazne lepší pri hraní s kartou NVIDIE.

HAWX 2

Táto hra si pri svojom uvedení vyslúžila slušnú kritiku za nadŕžanie NVIDII – výsledky tu boli diametrálne odlišné od iných hier a právom na ňu recenzenti rýchlo zabudli. Po niekoľkých aktualizáciách je ale situácia rozumnejšia a hru sme preto do testov zaradili.

Obidve karty si s hrou poradili aj pri nastavení maximálnych detailov vrátane teselácie. Extrémne rozlíšenie nebolo žiadnym problémom a priemerné fps sa dostalo až cez hranicu 100 snímok. Treba však pripomenúť, že pri tomto type hier je nutné dosiahnuť priemerné fps aspoň 50 a minimálne by určite nemalo kolísať.

Víťazom je tu opäť NVIDIA s náskokom od 14 do 18 percent. Na obidvoch kartách si ale zahráte vynikajúco a bez akýchkoľvek problémov.

Hard Reset

Tie najvyššie detaily dokázali potrápiť obidve karty. Kým nastavenie typu High zvládne vo Full HD aj karta za 100 Eur, tak Ultra detaily, vyhladzovanie hrán a extrémne rozlíšenie skončí na približne 50 fps.

Veľmi tesné víťazstvo si odniesla znova NVIDIA, jednalo sa ale len o rozdiely rádovo v pár percentách. Nové ovládače môžu tento rozdiel zmeniť v prospech jedného, alebo druhého výrobcu.

Saint Row: The Third

Hra je na prvý pohľad graficky skôr priemerná, to jej však nebráni vo vysokej náročnosti na hardvér. Prvotné problémy s množstvom chýb nie sú už teraz tak kritické, k bezproblémovému hraniu to ale má ďaleko.

Problémy sa prejavili aj pri našom testovaní. Karta od AMD tu výraznejšie strácala a rýchlosť sa pri najvyššom nastavení pohybovala okolo hranice 30 fps. NVIDIA je na hru lepšie pripravená a chyby v engine hry zvládla s výkonom až 63 percent vyšším.

Witcher 2

Kvalitné RPG so slušnými predajmi je veľmi náročné na výkon hardvéru, množstvo pamäti a šírku zbernice. Kto by očakával víťazstvo Radeonu, mal by z polovice pravdu.

GeForce totiž vyhráva len vo Full HD rozlíšení, kde má náskok až vyše 30 percent. Pri testoch v rozlíšení 2560×1440 bodov jej ale došiel takpovediac dych a štafetu prevzal Radeon.

Deus-Ex: HR

Jedna z najlepších hier minulého roka vsadila skôr na hrateľnosť ako na grafickú stránku. Výsledkom je dobre vyzerajúca hra s rozumnými hardvérovými nárokmi, ktorých sa nezľakne ani priemerný hráčsky počítač.

Obidve karty tu podali veľmi vyrovnaný výkon, pričom hrateľnosť bola vynikajúca aj pri maximálnych nastaveniach vďaka výsledným 72 snímkom za sekundu aj pri aktivovanom vyhladzovaní hrán.

Battlefield 3

Jedna z najlepších akcií minulého roka je pri maximálnych detailoch slušnou výzvou pre obidve karty. Víťazom je znova GeForce, pričom rozdiel sa pohyboval v priemere na 15 percentách.

Karty sa na hranicu plynulosti dostali až pri extrémnom rozlíšení s vyhladzovaním hrán, kedy sa priemerné fps dostalo na hodnotu 40 pri Radeone a na 46 pri GeForce.

Alien vs Predator

Jedna z prvých hier využívajúcich teseláciu je známa svojou náročnosťou a lepšou optimalizáciou pre AMD grafické karty.

Kým vo Full HD rozlíšení si obidve karty viedli dobre, tak spojenie toho extrémneho s vyhladzovaním hrán slušne znížilo počet zobrazených snímok za sekundu.

Lepšie na tom skončila karta od AMD, ktorá ponúkla vyšší výkon vo všetkých testovaných rozlíšeniach.

Unigine 3.0

Veľmi pekne spracovaný benchmark dopadol o trochu lepšie pre NVIDIU. Rozdiely do 12 percent síce na prvý pohľad nie sú veľké, ak sa však aktivuje extrémny stupeň teselácie, tak AMD rýchlo stratí dych.

Kartami zamieša cena

Kto je jednoznačným víťazom? Podľa dnešného stavu NVIDIA, nakoľko ponúka grafickú kartu s vyšším výkonom, menšou spotrebou, nižšou cenou a s podporou viacerých nových technológií. Ak by sme sa mali rozhodnúť medzi GeForce GTX 680 a Radeonom HD 7970, tak by to bolo jednoznačné. Radeon so svojou cenou začína na hranici 510 Eur, GeForce by sa mala dať kúpiť už za 460 Eur.

V najbližšom období môžeme očakávať zníženie cien karty od AMD, pre ktorú to je jediná možnosť ako zostať v stredobode záujmu. Cenový rozdiel 50 Eur je dosť veľký a môže zavážiť pri rozhodovaní zákazníkov, ktorí nemajú vyslovene obľúbenú značku.

Novú GeForce ale určite nechceme glorifikovať do pozície jednoznačného kráľa grafického trhu. Z pohľadu celkového výkonu je na tom lepšie ako akákoľvek jednojadrová karta od AMD. Nájde sa ale niekoľko hier, kde sa začínajú ukazovať limity použitej 256-bit širokej pamäťovej zbernice. Taktiež „len“ dva gigabajty vlastnej pamäte môžu byť drobnou brzdou pri extrémnych rozlíšeniach, alebo pri hraní na viacerých monitoroch.

Na druhú stranu ako hráči oceňujeme funkciu GPU Boost pre jednoduché (a hlavne automatické) pretaktovanie a adaptívna vertikálna synchronizácia je väčší poklad, ako sa na prvý pohľad môže zdať. Hráči starších hier ušetria nemalé peniaze vďaka automatickému podtaktovaniu a nové režimy vyhladzovania hrán prinášajú vyššiu kvalitu obrazu pri menšom dopade na celkový výkon.

Podtrhnuté a sčítané, GeForce GTX 680 je aktuálne najlepšou voľbou pre náročného hráča a zaslúžene si od nás odnáša zlaté ocenenie.