新卡王核心 Kepler 解析：28nm 製程加持、2倍電力效率、更快的速度

Kepler：4大軟硬體新技術

看完架構可能有些讀者會有些失望，這不是跟Fermi差不多嗎？平心而論，Fermi歷經GF 100與GF 110的磨練已經相當成熟，且在GPGPU運算上仍勝AMD一籌，實在沒有更換架構的需要。因此Kepler延續Fermi的多數設計，也是意料中的情況。不過在架構之外，NVIDIA也新增了軟硬體方面的新技術，尤其是GPU Boost、Adaptive VSync都是很簡單的概念，但是帶來的效益卻十分明顯，也是Kepler的另一個亮點。

似曾相似的GPU Boost

Kepler新增4個新技術，其中GPU Boost從字面上來看，不難看出是GPU超頻的功能。其實說穿了就是Intel用的Turbo Boost，或是AMD的Turbo Core技術，只是角色從CPU換到了GPU。GPU Boost可在GPU負載與功耗較低時，開啟自動超頻功能。

GTX 680具備Base Clock（基本時脈）與Boost Clock（提升時脈），前者是任何遊戲或軟體都能達到的時脈，在GTX 680上則是1006MHz。後者則是所謂自動超頻時脈，得視運作環境的功耗與負載而定，而且不提供任何時脈上的保證，白話來說就是不保超。若Power Target（目標功耗）較高，則有較大的自動超頻空間，反之則會維持Base Clock。

硬體架構、軟體控制

那GPU Boost是硬體還是軟體控制？官方曾說：「GPU Boost is not based on profile」，這表明了GPU Boost並非只是透過設定檔自動超頻。更精確地說，GPU Boost是透過PCB的監控晶片分析供電狀態，並決定是否應該提升核心時脈。這部分是採用硬體架構，即使不裝額外的監控軟體也能支援。但是受限於監控晶片，因此無法透過驅動或BIOS升級讓舊卡支援GPU Boost，且無法強制關閉，是比較可惜之處。

其次，GPU Boost也能透過軟體控制，像是EVGA推出的PrecisionX，就能調整Power Target的數值，藉此提升Boost Clock。在Power Target設定中，預設是100%，代表官方預設的175W耗電量。透過軟體最高可提升到132%，也就是約225W，這個數值代表PCI-E與2個6pin電源所能提供的最高電量，若不修改供電模組最大上限就是132%、225W。

GPU Boost實戰

在不同的環境下，時脈與電壓會隨負載動態變化而非定值。若提高Power Target設定，就能增加時脈的超頻空間。不過Boost Clock並非絕對值，官方無法給予保證能提升的數值，以編輯部測試而言，最高會提升到1110MHz。

▲GPU Boost實戰：閒置時脈（Idle Clock）

▲GPU Boost實戰：基本時脈（Base Clock）

▲GPU Boost實戰：提升時脈（Boost Clock）

TDP關聯性低

TDP在NVIDIA官方定義中指的是Thermal Design Power，也就是熱設計功耗。是指GPU在最高負載中所發出的「熱」，單位是W。有些人認為Kepler的GPU Boost的超頻數值是基於TDP而定，但是向官方求證後的結果，並非如此，GPU Boost主要取決於供電量（Power Target）的多寡，而非TDP。

那GPU Boost到底能超到多少？在預設情況下，對於電力負載在70～90%左右的遊戲，時脈大多能提升到1110MHz，提升幅度約為11%。以自動超頻的幅度來說，算是相當高。

關鍵字：TDP

TDP是Thermal Design Power，也就是熱設計功耗的縮寫。用於表示GPU在最高負載下所產生的熱能，計算單位跟功耗相同都是W（瓦特，每秒產生1焦耳能量）。TDP目的在於給予散熱器廠商核心最高發熱的參考數值，用於設計適合該核心的散熱器。由於採用W做為計算單位，很多人會將TDP與耗電量混淆，這2個數值實際上定義不同，不能將TDP視為耗電量。

異想天開的VSync

第二個有趣的功能是Adaptive VSync（自適性垂直同步），這也是個很簡單的概念，但是卻能達到不錯的效果。以往開啟垂直同步為的是避免螢幕撕裂（Tearing），但是開啟後若碰到某些負載增加的場景，又會讓螢幕從60幀瞬間掉到30幀，造成畫面明顯的停頓。

Adaptive VSync主要的功能，就是減緩這停頓（老外稱之為Stutter，也就是口吃）的情況。相信很多人都有這樣的經驗，當場景從極遠處快速拉到極近處，在某個點FPS會大幅滑落，透過這種方式就能減緩這頓挫感。實作的方式也很簡單，就是當FPS低於60時，GPU會快速關閉垂直同步功能，讓FPS瞬間提升用以抵銷Stutter帶來的FPS衰減。當FPS到60時，就再度開啟垂直同步功能，避免發生影像撕裂。

Adaptive VSync運作原理

從這張曲線比較複雜的那張圖看起，藍綠色代表關閉垂直同步的FPS表現，可看到曲線雖然有高低起伏，但是曲線仍算平順。以人的視覺來說，感覺不太出來FPS的改變。而黃色的水平與垂直線，則是代表開啟垂直同步的FPS表現，當影像中突然有大量頂點需要運算時，就會發生FPS大幅衰減的情況，也就是圖片中紅色的Stutter區塊。

Adaptive VSync後能擷取兩者的優點，若FPS高於60幀則開啟垂直同步，避免GPU提供過量的影像造成撕裂（Tearing）。若FPS低於60幀，則會關閉垂直同步，提高GPU運算量，降低Stutter造成的影像停頓。

關鍵字：垂直同步（Vertical Synchronization）

LCD的每個影像都是由掃瞄線垂直、水平掃瞄組成，其中垂直訊號是指從螢幕頂端掃到底端。性能過強的GPU會無限制地繪製影像，送到螢幕中等待顯示，當開啟垂直同步後，掃瞄線到達底端時，才會通知GPU可以繪製下一張圖片。若沒有垂直同步，GPU提供影像的速率高於螢幕更新率，會造成影像撕裂（Tearing），簡單來說就是前面的圖還沒貼完，下一張就來了。在圖片與圖片之間，就會造成影像的斷層，開啟垂直同步能避免這個問題。（圖片來源：Wikipedia）

衰減更少的TXAA

反鋸齒（Anti-Aliasing，簡稱AA）一直是高階顯卡的重要課題，雖然FXAA（Fast Approximate Anti-Aliasing）才沒出現多久，現在又來了新的TXAA讓人有些摸不著頭緒。TXAA是MSAA的強化版本，共有TXAA 1與TXAA 2等級可選，TXAA 2的反鋸齒效果高於TXAA 1。

若與MSAA相比，不論TXAA 1或TXAA 2反鋸齒品質都比8倍MSAA高。且TXAA 1只有2倍MSAA的效能衰減幅度，而TXAA 2只有4倍MSAA的效能衰減。簡單來說，TXAA比先前的MSAA效果更好，而且對於效能的耗損也更低。

TXAA得要遊戲支援才能開啟，目前預計有EPIC、Unreal Technology、Crytek等廠商預計支援該技術。至於在先前的FXAA部分，已經將功能內建於NVIDIA控制面板內，即使遊戲不支援一樣能強制開啟FXAA，且還能搭配其餘反鋸齒技術執行。

TXAA、MSAA細節表現

（點圖可放大）

（點圖可放大）

（點圖可放大）

3D模組中只要不是水平或垂直線就會產生鋸齒，而以往常用的MSAA（Multisample Anti-Aliasing，多重採樣反鋸齒）過於耗費效能。現在TXAA表現高於8倍MSAA，又只要4倍或2倍MSAA的效能，只要遊戲廠商肯買單，勢必會成為未來趨勢之一。圖中可看到，TXAA的細節表現略高於8倍MSAA，與未開啟之前差距也很明顯。

多重3D螢幕來了

以往Fermi最令玩家詬病的就是無法單卡三螢幕輸出，Kepler徹底解決了這個問題，最高可支援4螢幕輸出，且能搭配3D Vision Surround技術，建構立體多螢幕。此外，以往延伸桌面中，被螢幕邊框遮蔽的部分，能透過驅動程式進行邊框校正（Bezel Correction），讓多螢幕遊戲時的影像更完整。

GK 104不是終點

Kepler首發型號雖然是GTX 680，但是核心代號卻是GK 104而非GK 100或GK 110。或許有人會說這是NVIDIA的障眼法，故意混淆視聽。筆者認為，GK 104的設計與定位應該更適合用在GTX 670身上，Kepler最高階核心不應該是GK 104，因為它表現出太多餘力，沒有以往高階核心逼極限效能的感覺。

28nm製程讓核心溫度低、耗電量少、效能也不錯，有不少提升的空間。至少就目前GTX 680的表現來看，除了價位見仁見智之外，堪稱完美的頂級卡，沒有明顯的缺點可挑，可見核心的效能還沒被完全壓榨出來。我們可以期待不久之後，可能會有更高階的GTX 685或是雙核心GTX 690。