Höher, weiter, schneller: Dank der brandneuen GPU-Architektur Pascal kann die Nvidia Geforce GTX 1080 beeindruckende Leistungswerte an den Tag legen. Wir vergleichen die Grafikkarte mit hauseigenen Modellen und der AMD-Konkurrenz.
Nvidia stattet sein neustes Modell Geforce GTX 1080 mit dem neuen Grafikprozessor GP104 aus, dem die aktuelle GPU-Architektur Pascal zugrunde liegt. Dank tiefgreifender Verbesserungen und Design-Neuerungen soll die GTX 1080 nach Herstellerangaben bis zu zweimal schneller arbeiten als eine GTX Titan X (in bestimmten Anwendungen) und einen dreimal effizienteren Betrieb an den Tag legen. Wir prüfen, ob nicht nur diese Behauptung stimmt, sondern auch, wie sich die Karte im Vergleich zu AMD-Grafikmodellen schlägt. Welche neuen Techniken die GTX 1080 mitbringt, erfahren Sie in einem extra Artikel, der in den kommenden Tagen erscheint.
Nvidia Geforce GTX 1080: Üppige Taktraten
Nvidia hat den Grafikprozessor GP104 im neuen 16-Nanometer-Prozess (16 nm FinFET) fertigen lassen, was mehr Transistoren, höhere Taktraten und eine bessere Energieeffizienz ermöglicht. Auf einer Chip-Fläche von 314 Quadratmillimetern befinden sich nun 7,2 Milliarden Transistoren und 2560 Cuda-Shader-Einheiten. Zum Vergleich: Der Vorgänger GM104 der GTX 980 besitzt 5,2 Milliarden Transistoren, 2048 Cuda-Einheiten und eine Chipfläche von 398 Quadratmillimeter.
Darüber hinaus arbeitet die GTX 1080 mit einem Standard-GPU-Takt von üppigen 1607 MHz, der Boost-Takt beläuft sich auf 1733 MHz – solche Frequenzen kennen wir fast nur von Overclockern und wassergekühlten Modellen. In einer Demonstration während des Launch-Events zeigte Nvidia, dass die GPU im Referenz-Design sogar mit über 2,1 GHz arbeiten kann! Der TDP steigt indes von 165 auf 180 Watt, für die Stromversorgung ist ein 8-Pin-Stromstecker vom Netzteil nötig.
Neuerungen der Pascal-Architektur
Neben einer Verkleinerung der eben erwähnten Strukturbreite hat Nvidia unter anderem auch den Aufbau der GPU selbst überarbeitet. Wenn Sie sich näher mit der Architektur beschäftigen möchten, dann empfehlen wir Ihnen unseren Test der GTX 980. Jetzt aber zu den Neuerungen gegenüber des Maxwell-Chips GM104: Neben einem Anstieg von 16 auf 20 Streaming-Multiprozessoren (SMs) integriert Nvidia in die Polymorph-Engine die neue Hardware-Einheit „Simultaneous Multi-Projection“, auf die wir später noch eingehen. Zusammen mit der Polymorph-Engine bildet ein SM nun einen sogenannten TPC, was für Texture Processing Cluster steht.
Gestiegen ist auch die Anzahl der Textureinheiten (TMUs) von 128 auf 160. In Kombination mit der gestiegenen Taktrate und des neuen Speicher-Typs GDDR5X beläuft sich die Pixelfüllrate auf satte 277,3 Gigatexel pro Sekunde. In folgender Tabelle haben wir die technischen Spezifikationen verschiedener Oberklasse-Grafikkarten noch einmal gegenübergestellt.
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Grafikkarten-Oberklasse: Technische Daten im Vergleich |
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|---|---|---|---|---|
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Nvidia Geforce GTX 1080 |
Nvidia Geforce GTX 980 |
Nvidia Geforce GTX Titan X |
AMD Radeon R9 Fury X |
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Grafikchip |
GP104 |
GM104 |
GM200 |
Fiji |
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Fertigung |
16 Nanometer |
28 Nanometer |
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Chipfläche |
314 mm² |
398 mm² |
601 mm² |
596 mm² |
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GPU-Standard-Takt / Boost-Takt |
1607 / 1733 MHz |
1126 / 1216 MHz |
1000 / 1089 MHz |
bis zu 1050 MHz |
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Shader-Einheiten |
2560 |
2048 |
3072 |
4096 |
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TMUs |
160 |
128 |
192 |
256 |
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ROPs |
64 |
64 |
96 |
64 |
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Grafikspeicher |
8192 MB GDDR5X |
4096 MB GDDR5 |
12288 MB GDDR5 |
4096 MB HBM |
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Speichertakt (effektiv) |
10000 MHz |
7000 MHz |
7012 MHz |
500 MHz |
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Speicheranbindung |
256 Bit |
256 Bit |
384 Bit |
4096 Bit |
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Speicherbandbreite |
320 GB/s |
224 GB/s |
337 GB/s |
512 GB/s |
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TDP |
180 Watt |
165 Watt |
250 Watt |
375 Watt (275 Watt typisch) |
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Preis |
789 Euro (UVP) |
443 Euro (Straßenpreis) |
997 Euro (Straßenpreis) |
699 Euro (unverbindliche Preisempfehlung) |
GDDR5X: Überarbeiteter Speicher-Standard
Die Nvidia Geforce GTX 1080 ist standardmäßig mit 8 GB GDDR5X ausgestattet, den die GPU über ein insgesamt 256 Bit breites Speicher-Interface anspricht. Die Fertigung der Speicherchips erfolgt im 20-Nanometer-Verfahren und ermöglicht Transfer-Raten von 10 Gigabit pro Sekunde respektive 100 Pikosekunden zwischen Datenbits. Bei regulärem GDDR5-Speicher war bisher bei 8 GBit/s Schluss. Um diese Geschwindigkeiten in einen Kontext setzen zu können, nennt Nvidia folgendes Beispiel: Licht legt innerhalb von 100 Pikosekunden eine Strecke von einem Zoll (etwa 2,5 Zentimeter) zurück.
Die hohen Datenraten sind dank einer Überarbeitung der GPU-Schaltungs-Architektur, eines neuen Platinen-Kanal-Designs und der verbesserten Speicher-Komprimierung möglich. Letztere Technik hat Nvidia soweit verbessert, dass der Speicher ein 1,7-mal höhere Bandbreite im Vergleich zur GTX 980 erreicht. So erfolgt beispielsweise ein häufigerer Einsatz der 2:1-Kompression. Neu hinzu kommen die 4:1-Kompression, die auch sehr kleine Pixel-Deltas zu einem Viertel ihrer eigentlichen Größe komprimieren kann sowie die 8:1-Delta-Farben-Kompression, die die 4:1- und 2:1-Komprimierung vereint. Insgesamt reduzieren sich dadurch die Anzahl der Daten, die das System in den Speicher schreiben muss, genau wie die Daten, die vom Speicher in den L2-Cache geschoben werden müssen sowie die Daten, die zwischen Textureinheiten oder dem Frame-Buffer verkehren.
Display-Anschlüsse für HDR-Inhalte
Die Pascal-GPUs sind voll kompatibel zum DRM-Standard PlayReady 3.0 (SL3000) und unterstützt auch die HEVC-Hardware-Dekodierung, um auch auf dem PC 4K-Content genießen zu können. Ausgestattet ist die GTX 1080 mit drei Displayport-Anschlüssen in der Version 1.2, die jedoch bereit für die Versionen 1.3 und 1.4 sind. Damit ist es möglich, 4K-Monitore mit 120 Hz, 5K-Modelle mit 60 Hz und 8-Bildschirme mit 60 Hz (über zwei Kabel) anzusteuern.
Hinzu kommt noch einmal HDMI 2.0b und einmal Dual-Link-DVI – der Support für analoges DVI-I entfällt erstmals. Neu ist auch die Unterstützung von HDR-Gamestreams dank der HEVC-10b-Dekodierung. Insgesamt lassen sich an der GTX 1080 vier Monitore parallel betreiben.
Founders Edition = Referenz-Design
Während der Präsentation der GTX 1080 kündigte Nvidia eine ominöse „Founders Edition“ an, die 100 US-Dollar teurer als die reguläre unverbindliche Preisempfehlung von 599 US-Dollar sein soll. Hierbei handelt es sich um das hier abgebildete Referenz-Design, dass es nun erstmals auch direkt von Nvidia zu kaufen gibt. Der Hersteller hat das Design aber ordentlich überarbeitet. So besteht das Gehäuse aus einem Aluminium-Guss, während sich an der Unterseite ein Low-Profile-Backplate befindet. Das Backplate lässt sich teilweise demontieren, um einen besseren Luftfluss im SLI-Verbund zu erreichen. Apropos SLI: Dank neuer SLI-Brücken (SLI HB Bridges) arbeiten die beiden SLI-Interfaces nun zusammen und ermöglichen so eine höhere Bandbreite (von 400 auf 650 MHz) bei der Kommunikation zwischen den GPUs. Eine Kompatibilität zu älteren SLI-Brücken ist aber nach wie vor gegeben.
Der Radial-Lüfter arbeitet zusammen mit einer Vapor-Chamber-Kühlung (Dampfkammer), um die Abwärme effektiv abzuführen. Bei der Stromversorgung verbaut der Hersteller nun ein 5-Phasen-Design anstelle von einem 4-Phasen-Design. Weiterhin erfolgten auch Verbesserungen beim PCB selbst, um eine effizientere Spannungsversorgung zu gewährleisten. Deshalb soll sich auch die Founders Edition sehr gut fürs Übertakten eignen.
Simultaneous Multi-Projection: Neuerungen für VR und Multi-Screens
Die neue Technik innerhalb der Polymorph-Engine mit dem Namen Simultaneous Multi-Projection, kurz SMP, soll ein effizienteres Rendering auf modernen Bildschirmen ermöglichen. SMP erlaubt die Projektion von 16 sogenannter Viewports, wovon sich auch jeder drehen kann, um besser der Anzeige zu entsprechen. Darüber hinaus besitzt SMP die Möglichkeit, mehr als einen Viewport gleichzeitig darzustellen. Im Bereich Virtual Reality (VR) erlaubt SMP sogar eine um bis zu 1,5-mal höhere Pixel-Ausgabe und einen zweimal höheren Geometrie-Durchsatz. SMP ermöglicht eine Reihe neuer Techniken, die insbesondere im VR-Bereich eine Bereicherung sein sollen. Dazu aber mehr im kommenden Technik-Artikel.
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