NV GTX680对GTX580：另一个视角
2年前，D3D11显卡刚出来没多久的时候，我曾经做过一个《NV GTX480对ATI HD5870：另一个视角》，用DX SDK的D3D11例子来对当时巅峰的显卡进行各个单项的性能评测。时过境迁，现在NV GTX680已经上市，硬指标对比如下表所示。
| GTX 680 | GTX 580 | |
|---|---|---|
| 制程（nm） | 28 | 40 |
| 晶体管数量（Million） | 3540 | 3000 |
| Die大小（mm^2） | 294 | 520 |
| 显存（MB） | 2048 | 1536 |
| SM数量 | 8 | 16 |
| 核心配比 | 1536:128:32 | 512:64:48 |
| 核心频率（MHz） | 1006-1058 | 772 |
| shader频率（MHz） | N/A | 1544 |
| 显存频率（MHz） | 6008 | 4008 |
| 像素填充率（GP/s） | 32.2 | 37.06 |
| 纹理填充率（GT/s） | 128.8 | 49.41 |
| 显存带宽（GB/s） | 192 | 192.4 |
| 总线宽度（bit） | 256 | 384 |
| API | D3D11.1 OpenGL 4.2 OpenCL 1.2 |
D3D11.1 OpenGL 4.2 OpenCL 1.1 |
| Gflop/s | 3090.4 | 1581.1 |
| TDP（watts） | 195 | 244 |
| Gflop/s-watt | 15.85 | 6.48 |
从指标上可以看出，GTX680的 SP数量急剧提高（512->1536），但SM数量见到原来的一半（16->8），所以每个SM内的SP个数从32猛增到192。这对scheduler是极大的考验。
由于配置上的较大不同，性能能有多高看理论值不行，还是得实际跑程序才能知道。这次的评测仍然分三轮进行，分别评测传统图形流水 线，DirectCompute和Tessellation的性能。测试的机器仍是两年前的Dell T5400 Workstation（Xeon E5440 4-core，4GB内存），依次装上GTX580和GTX680。两块显卡都是Zotac的公版。操作系统是Win7 64bit，使用传统界面以消除Areo界面的PS开销。显卡驱动分别是Forceware 295.73和Forceware 301.10。DX SDK的版本是June 2010。
第一轮 传统图形流水线
第一论测试的是两块显卡在游戏常见的场景中的图形性能表现，选用的sample是Cascaded shadow depth map，contact hardening shadows， variance shadows 11和Dynamic shadow linkage 11。测试结果如下：
| GTX 680 | GTX 580 | |
|---|---|---|
| CascadedShadowDepthMap | 332.04 | 337.63 |
| Contact Hardening Shadows | 1225.67 | 851.30 |
| VarianceShadows11 | 305.40 | 309.83 |
| DynamicShaderLinkage11 | 2716.49 | 2620.81 |
很失望吧，除了Contact hardening shadows，GTX 680并没有比GTX 580提高多少，甚至还有所下降。但领先的那个例子恰恰是计算量和带宽要求最大的。
第二轮 DirectCompute
盛传GTX 680的GPGPU能力不如从前，第二轮就来测试DirectCompute这个GPGPU能力。
| GTX 680 | GTX 580 | |
|---|---|---|
| NBodyGravityCS11 | 675.10 | 374.28 |
| AdaptiveTessellationCS40 | 1031.88 | 938.46 |
| HDRToneMappingCS11 | 3308.63 | 2815.89 |
GTX 680在三个例子中都得到了领先的地位，最明显的是NBodyGravityCS11，达到了1.8x的提升。我认为和这个例子的计算量大、但分支较少有关。一个SM包含那么多的SP，对于分支diverse的代价是很大的。
第三轮 Tessellation
Tessellation一直是NV的强项，这次GTX 680的tessellator再次有了提升。
| GTX 680 | GTX 580 | |
|---|---|---|
| DetailTessellation11 | 1077.48 | 983.20 |
| PN-Triangles | 2481.89 | 2376.34 |
| SimpleBezier11 | 4373.63 | 3884.52 |
| SubD11 | 923.32 | 578.62 |
也达到了全部领先的程度。最复杂的SubD11提升1.6x。
以上三个测试可以看到，GTX 680并没有传说中的GTX 580×3的性能，至少，在DX SDK sample的分辨率和复杂程度下没达到。但是可以看到的一个趋势是，对计算量和带宽要求越大的例子，GTX 680的提升就越大，所以其实在大部分时候它的能力是没有完全发挥出来的。分支的程度也比较影响GTX 680，所以应该在shader/kernel级别明智使用分支。另一个重要的事情在于驱动，对比2年前的测试，虽然GTX 580比GTX 480只是多了32个SP，但由于驱动的改进，性能却有非常明显的提升，部分例子甚至达到了3倍。目前GTX 680的驱动刚处于非常初级的状态，相信过一段时间成熟了才会达到GTX 680的最佳状态。
额外测试
在测完DX SDK的例子之后，我与顺便测试了KlayGE的例子。这里选了两个比较有代表性的例子，分别是Deferred和Forward流水线。分辨率是1280×800，高于DX SDK sample的800×600。
| GTX 680 | GTX 580 | |
|---|---|---|
| Deferred rendering | 150.55 | 139.84 |
| Shadow cubemap | 267.38/330.78 | 259.08/239.07 |
Deferred rendering的例子情况类似于前面的评测。比较有趣的是Shadow cubemap的例子。和《不争气的geometry shader》 一样，这里分别测试了6 pass cubemap和1 pass cubemap。斜杠之前的FPS是6 pass的。在以前的显卡上，不管是NV还是AMD，通过geometry shader完成render to cubemap都比6 pass还慢。但在GTX 680上，GS终于翻身了，彻底打败6 pass的做法。从这个角度也可以看出GTX 680的硬件性能提升。
总的来说，GTX 680并没有官方宣传的“恐怖”性能。但凭借工艺的进步，在那个Die大小的情况下能达到这样的速度是很不容易的。期待下半年的旗舰GK110。
