原子力巨獸GF100嘴炮模擬戰

NVIDIA下一代Fermi架構早就是公開的秘密，不過實際效能卻一直是個謎。而CES之後NVIDIA提供媒體一份包含「少數」效能測試與特色的報告，配合之前的Fermi白皮書啃一啃，能稍微讓我們看出這巨獸的一些輪廓。

又見新代號

解說談到規格與性能之前，我們先來看看這所謂的Fermi是什麼？其實Fermi是曾得過諾貝爾物理學獎的已故物理學家Enrico Fermi，他是量子力學和量子場論的創立者之一。NVIDIA使用這個名字，應該也是想沾沾前人的光，看看新架構的GF100能不能帶給他們爆炸性發展。
而GF100是Fermi架構第一款顯示卡的代稱，其中G是指Graphics而F是Fermi，GF100同時也是該系列最高階型號。另外有小道消息指出，未來顯示卡推出時，將會是高、中、低階全系列一起發表。不過筆者猜測中低階市場，可能仍由GT200甚至由更改製程的G92填補。

▲GF100架構相當龐大，L2快取與ECC除錯是最大的特色，另外還有Raster Engine與PolyMorph Engine。

大容量L2快取

從規格上來看，GF100具備512個CUDA核心，每32個構成一個群組，因此共有16個群組。比較重大的改進是讓每個群組擁有64KB共享/快取記憶體，可分配成16KB共享加上48KB的L1快取，或是48KB共享加上16KB的L1快取。另外還首次新增L2快取記憶體，容量還高達768KB，在這之前未曾有過顯示卡具有如此容量的L2快取記憶體。相比之下，GT200只有240個CUDA核心，只有16KB共享記憶體，運算效能與效率方面可望有相當大的突破，一般來說GF100執行大量運算時，估計會比GT200快上4.7倍。

▲快取容量大增是GF100與GT200很大的差異，其中L2更增加到768KB。

▲SM（Streaming Multiprocessors）是運算上的基礎單位，內含32個CUDA核心與1個PolyMorph Engine。

新增2種引擎

GF100共有4組GPC（Graphics Processing Cluster，圖形處理集群），並由4個SM（Streaming Multiprocessors）也就是128個CUDA核心等元件構成。值得注意的是，在GPC中新增Raster Engine與PolyMorph Engine，前者會依序執行Edge Setup、Rasterizer與Z-Cull。而後者PolyMorph Engine則是GF100最重要的關鍵，因為它掌握Vertex Fetch、Tessellation、Viewport Transform、Attribute Setup、Stream Output五個運算。因此也就是說，GF100單顆晶片最多可擁有16個Tessellation運算核心（主要是PolyMorph Engine），如此龐大的運算單元，足以讓顯示卡執行大量運算。另外，Tessellation只應用在物件中獨立的區域（可視為一層額外的材質），與原本的物件並不是直接相關，運算效能上並不會受到牽連，所以理論上同樣遊戲在DirectX 11與DirectX 10模式下，效能差距應該不大。

▲Tessellation是DirectX 11的關鍵，而PolyMorph Engine則是主要的運算單元。

Tessellation是關鍵

DirectX 11時代來臨最大的關鍵就是Tessellation與DirectCompute、Displacement Mapping等技術，Tessellation簡單來說就是在原有的3D物件上，加上更多細節讓立體物件更有立體感與質感，同時Tessellation也會是DirectX 11影像表現更強大的關鍵。不過Tessellation並非新技術，只不過以前都是運用在電影特效居多。
相信大家都有經驗，即使像Crysis這樣的遊戲，在某些部分的立體感依然很差，像是鐵皮屋頂應該有波浪狀皺折，手槍的槍套應該不只是簡單的平面，很多地方都規避掉應該具有的立體感。然而運用DirectX 11後，就能在固有的物件上再貼上一層「材質」，讓物件的質感更好，也更接近人眼所看到的世界。

▲影片中可看出建築細節與龍的皮膚，在開啟Tessellation後有大幅的改變。

▲該軟體分別於兩陣營的顯示卡測試，平均來說GF100約有HD 5870近1.6倍效能。

▲各項Tessellation測試中GF100都有2倍以上效能，不過一般來說要搭配遊戲測試才準確。

開32X CSAA效能只降7%

打開遊戲特效常常會看到反鋸齒選項，而CSAA（Coverage Sample Anti-Aliasing）也是其中一種。CSAA早在G80核心就已經被應用，不過現在GF100的CSAA能夠開到32倍，而且Color samples與Coverage samples可分開處理，在品質與強度上面都有大幅提升。另外附帶一提，上一代GT200只能開16倍。
雖然反鋸齒效果很棒，但是顯卡不夠力，多數人還是寧願啟動「肉眼反鋸齒」，以免效能受到反鋸齒連累。不過就NVIDIA的數據資料來看，GF100開啟8倍傳統反鋸齒與32倍CSAA效能只差7%，不過沒提供開啟前後的差距，還有傳統反鋸齒與32倍CSAA的實際影像差異有點遺憾。

▲反鋸齒提高後衰減的幅度只有7%，不過應該要與未開啟之前做對照比較正確。

▲左圖是GT200開啟16CSAA，右圖則是GF100開啟32CSAA，若放大後可看出右圖細節較高且雜訊減少。

▲至於在自家AA效能方面，約有97%至133%的成長。

PhysX效能強3倍

在遊戲效能方面這次提供的資料著墨並不多，但是有部分特效上的效能差異可供參考。從數據上來看，PhysX Fluid測試PhysX效能可達GT200的3倍，新推出的遊戲Dark Void效能可達2.1倍，而Ray Tracing（光線追蹤）效能更是達到3.5倍，至於在AI的部分則約3.3倍。
其中比較值得期待的是Ray Tracing效能，當初利用GT200展示時，畫面雖然非常逼真，但是流暢度有待加強，然而實地看過GF100的Ray Tracing效果時，相當令筆者驚訝，處理速度與流暢度都大幅提升。

▲PhysX等特效能力大幅提升，平均來說都有2倍以上的成長。

▲這張照片是筆者用相機翻拍GF100的Ray Tracing效果，螢幕上的效果已經跟肉眼所見相近。

巨獸何時醒？

每當AMD推出新晶片前後，NVIDIA都會有意無意地釋出一些GF100的新消息，或許是要稍微搶一下報導版面，讓大家想起來還有這個沉睡中的晶片。說NVIDIA不緊張絕對是騙人的，不過到底何時這沉睡的巨獸才會醒，沒人說的準，大多數人都預估二月初開始大規模量產，今年3月前後會正式發表。
至於售價會落在哪裡？雖然問這個還太早，不過國外有網站取得GF100晶圓切割圖，一片晶圓最多能切出94顆GF100晶片，若按照台積電樂觀的40%良率來計算，單顆GF100晶片成本約在131美元左右，而目前AMD Cypress則約96美元。若要獲得足夠的利潤，預估市場售價會落在599美元，但是考量到對手可能會有些微的調整，最終應該落在Radeon HD 5970與HD 5870之間。