ARTIKEL/TESTS / Kepler: ZOTAC GeForce GTX 680 im Test
Kepler-Architektur und neue Features

Nvidias neue GK104-GPU (Kepler) basiert auf einer 28 nm Fertigung und wird vom langjährigen Partner TSMC produziert. Der etwa 3,54 Milliarden Transistoren umfassende Grafikchip ist der erste Sprössling des Unternehmens auf Basis der Kepler-Architektur und bringt entsprechend ein paar Neuerungen im Vergleich zur bisherigen Fermi-Architektur mit sich – einige Eckdaten sind aber auch erhalten geblieben.

Wie Fermi, setzt auch Kepler auf insgesamt vier Graphics Processing Clusters (GPCs), die den Großteil der Ausführungseinheiten des Chips beinhalten. Neben jeweils einer Raster-Engine, besteht ein solcher GPC aus zwei Streaming Multiprocessor Blöcken (SMX), die die Streaming Multiprocessors (SM) von Fermi ersetzen. Jeder SMX beherbert 192 Shadereinheiten (1D), die pro Takt eine MADD-Operation durchführen können. In Summe erreicht der GK104, die erste Ausbaustufe der Kepler-Architektur, somit 1.536 Shadereinheiten. Jeder dieser SMX hat Zugriff auf 16 TMUs (Texture Mapping Units), was insgesamt 128 dieser Einheiten ergibt. Vier ROP-Cluster mit jeweils acht Raster Operation Processors ergänzen die technischen Eckdaten des GK104 (siehe nächste Seite). Für die Anbindung von GDDR5-Speicher stehen insgesamt vier Speicher-Controller mit jeweils 64 Bit zur Verfügung. Der Referenztakt beträgt 3.004 MHz.

Die-Shot der Nvidia GK104-GPU (Kepler).

Die-Shot der Nvidia GK104-GPU (Kepler).

Anders als bei den zurückliegenden Architekturen, verzichtet Nvidia bei Kepler auf den so genannten "Hot-Clock". Das heißt, dass bei Kepler alle GPU-Komponenten mit einem Basistakt von 1.006 MHz betrieben werden und spezielle ALUs nicht mehr mit dem doppelten Takt arbeiten. Dadurch konnte Nvidia das GPU-Design vereinfachen und gleichzeitig den Flächenbedarf sowie die Leistungsaufnahme reduzieren. Des Weiteren ist Kepler die erste Nvidia-GPU mit Unterstützung von PCI Express der dritten Generation sowie DirectX 11.1 *).

Seitens der Features hat sich ebenso einiges getan. Dazu gehört auch Nvidia GPU Boost, das wir in ähnlicher Form schon von CPUs kennen: Bisher arbeiteten Grafikprozessoren in 3D-Applikationen mit einer festen Taktfrequenz, selbst wenn sie das Potenzial für höhere Taktungen hatten, sprich die maximale TDP (Thermal Design Power) der Karte nicht erreicht wurde. GPU Boost überwacht nun ständig die Last der GPU und steigert nach Möglichkeit die Taktfrequenz für eine Optimierung der Leistung. Nvidia gibt den GPU Boost Takt mit 1.058 MHz an, jedoch kann dieser je nach Anwendung höher oder niedriger liegen – die 195 Watt maximale TDP für die GeForce GTX 680 sind ausschlaggebend. Der Speicher wird in der ersten Version von GPU Boost nicht übertaktet.

Neu dabei ist auch Nvidia Adaptive Vertical Sync, das ruckelnde Bilder und Tearing beseitigen soll. Ruckeln tritt vor allem bei niedrigen Frameraten und Tearing bei hohen Frameraten auf. Adaptive V-Sync ist eine intelligente Technologie zum Rendern von Frames, die bei hohen Frameraten Tearing verhindert und bei niedrigen Frameraten deaktiviert wird, um Ruckeln zu vermeiden.

Zwei neue Kantenglättungsmodi gehören ebenso zum Funktionsumfang der neuen GTX 680: FXAA und TXAA. FXAA ist eine neue Post-Processing-Kantenglättungstechnologie, die für glatte Kanten bei minimaler Beeinträchtigung der Leistung sorgt und das Pendant zu AMDs MLAA-Verfahren ist. Mit Kepler-basierten GPUs kann FXAA bei Hunderten Spielen einfach über die Nvidia-Systemsteuerung aktiviert werden und soll künftig auch für Fermi-GPUs verfügbar sein. TXAA, der zweite Modus, ist eine In-Game Option, die MSAA, zeitliche Filterung und Post-Processing für noch bessere Grafik kombiniert. Man kann von einer Kombination aus FXAA und MSAA sprechen.

Nvidias GK104-Grafikchip in der Nahaufnahme.

Nvidias GK104-Grafikchip in der Nahaufnahme.

*) Offiziell bewirbt Nvidia die Kepler-GPUs bzw. die gesamte GeForce GTX 600 Familie mit Unterstützung von DirectX 11.1. Wie nun neuerlich bekannt wurde (Stand: 12/2012), scheint dieser Support aber nur eingeschränkt zu gelten, da schlichtweg nicht alle Features des von Microsoft spezifizierten DX11.1 auf Nvidias Kepler verfügbar sind. Nvidia hat bereits gegenüber Heise eingeräumt, dass entsprechende Grafikkarten unter Windows 8 lediglich mit dem Feature-Level 11_0 und nicht wie zunächst erwartet mit 11_1 betrieben werden. Bei Bright Side Of News ist mittlerweile auch eine offzielle Stellungnahme von Nvidia zu lesen, die unter anderem folgenden Abschnitt enthält: "So basically, we do support 11.1 features with 11_0 feature level through the DirectX 11.1 API. We do not support feature level 11_1. This is a bit confusing, due to Microsoft naming. So we do support 11.1 from a feature level for gaming related features." Das heißt zusammengefasst, dass zwar tatsächlich nicht alle Features von DX11.1 durch Kepler unterstützt werden, die für 3D-Spiele relevanten allerdings schon.

Autor: Stefan Boller, Patrick von Brunn
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