GeForce 800系列

**GeForce 800系列**，是輝達研發的圖形處理器產品系列，用於筆記型電腦平台。此代顯示核心將採用新的Maxwell微架構（晶片代號將以『GM』開頭），以蘇格蘭理論物理學家詹姆士·克拉克·麥克斯韋的名字命名。2014年初悄然發表的行動型顯示核心GeForce 820M，儘管列入GeForce 800系列，但仍採用GeForce 500系列『Fermi』架構的GF117顯示核心，因此僅僅是舊型號顯示核心更名而已。首款基於Maxwell微架構的顯示核心實際為GeForce 700系列上的GeForce GTX 750以及750 Ti。後來，NVIDIA也陸續發布行動平台的GeForce 800M系列的其他型號，除GeForce 830M、840M、GTX 850M以及GTX 860M的部分批次以外，其餘的均使用舊有顯示核心。NVIDIA宣佈新一代Maxwell核心的首發兩款產品將被命名為NVIDIA GeForce 900系列，分別為GTX 970和GTX 980。而預計GeForce 800系列將使用在OEM市場，就像之前的GeForce 100和GeForce 300系列。

## 概觀
用於GeForce 800系列上的『Maxwell』顯示核心架構，是用於GeForce 600以及700系列『Kepler』顯示核心架構的下一代，將首次在顯示核心上內建ARM架構的CPU核心。NVIDIA的CEO黃仁勳稱，這樣做使得GPU更加獨立於主CPU。NVIDIA稱『Maxwell』顯示核心架構對比『Kepler』架構，會有更高的圖形處理效能、更簡化的可程式性以及更好的能效比。

2010年9月NVIDIA宣布下一代顯示核心架構『Maxwell』。首款基於『Maxwell』架構的消費級顯示核心的產品將於2014年早期發賣。稍後將有基於『Maxwell』顯示核心的NVIDIA Tesla運算卡以及NVIDIA Quadro專業圖形卡。最後會有供手持式裝置使用的基於該架構的NVIDIA Tegra系統單晶片出現。

## 架構特性
初期，Maxwell架構顯示核心，仍採用台積電的28nm製程，核心規模也較為有限。首代Maxwell顯示核心有GM107和GM108，均面向消費級市場，相比Kepler而言僅是多了一些Kepler架構所沒有的附加功能特性，性能、功耗及能效比上與Kepler相去不遠。這些新增的特性主要有：
* NVENC效能的加強。NVENC是NVIDIA開發的視訊解碼器，在初代Maxwell顯示核心上的效能為1.5倍到2倍於Kepler顯示核心，在6到8倍的回放速率使仍能實時解碼。
* PureVideo效能加強。NVIDIA提升了Maxwell的視訊解碼快取和記憶體存取效率，稱在Pure Video E功能集視訊解碼時，比以往的有8到10倍效能提升。然而，H.265硬體解碼的支援度仍然不完整，需要軟體以及硬體共同執行。
* 新增一個電源模式『GC5』。當顯示核心進行視訊解碼作業時，會進入一個新的『GC5』電源模式，只保留視訊解碼所需的電路單元的電力供應，節省電力。

### 顯示記憶體
GM107的L2快取，由GK107的256KB，大幅增加到2MB，大大降低對顯示記憶體的頻寬需求。相應地，NVIDIA僅為GM107的使用128位元的記憶體控制器位寬，而GM107的效能與kepler的192位元記憶體位寬的GK106不相上下，除此以外，減少了記憶體位寬，還會節省電能。

### SMM
Kepler時代，CUDA核心/流處理器陣列被NVIDIA稱作SMX，而Maxwell的設計，則改稱SMM。SMM陣列中，各陣列是分離獨立的，因此陣列中的4個排程引擎控制各自所屬的FP32 CUDA核心、載入/存儲單元以及特殊功能單元，不像Kepler那樣一個排程引擎需要共用資源。不過，紋理單元以及FP64 CUDA核心則仍然是共用的。SMM提供比SMX更細粒度的資源分配，當負載並非為共用資源最佳化時節省電力。NVIDIA稱128個CUDA核心的SMM可以達到192個CUDA核心的SMX的90%的效能。

### 通用運算
相比GK110/GK208支援CUDA 3.5，GM107可以支援CUDA 5.0通用運算庫。在GK110/GK208上現身的動態並行以及HyperQ，基於Maxwell架構的顯示核心會全面支援。Maxwell架構為32位元整數的原子操作提供原生共用記憶體，支援32位元和64位元的數據比較和交換（compare-and-swap，CAS），可實現其它形式的原子操作功能。

### API
Maxwell架構全面支援DirectX 12。

## 繼任架構
接替『Maxwell』顯示核心架構的，是NVIDIA於2013年3月宣布的代號『Volta』的顯示核心架構。2014年，這個構想的架構被定名為『Pascal』 『Pascal』將實現片上堆疊式動態隨機存取記憶體（DRAM），或稱『片上顯示記憶體』，統一記憶體架構以及NVLink。

## 產品介紹
### 桌上型平台
首款基於Maxwell架構的顯示核心是GM107，但它卻被劃入GeForce 700系列，是為GeForce GTX 750和GTX 750 Ti，均使用28奈米製程，它們均於2014年2月18日發布。GeForce GTX 750和GTX 750 Ti的TDP分別僅為55瓦和60瓦，這樣使得它們都能直接從PCIe插槽中獲取足夠的電能而無需輔助供電連接埠。第二款基於Maxwell架構的顯示核心GM204被劃入GeForce 900系列，是為GeForce GTX 970和GTX 980，它們均於2014年9月19日發布。

### 行動平台
GeForce 800M的首發產品是GeForce 820M - 使用『Fermi』顯示核心架構的GF117顯示核心，僅支援PCI-E 2.0，但支援DirectX 11.2、OpenGL 4.4、OpenCL 1.1、FXAA以及Optimus雙顯示核心切換，搭載DDR3顯示記憶體。其後發布的GeForce 830M、840M使用規格較低，但基於Maxwell架構的GM108顯示核心。GeForce GTX 850M以及GTX 860M後來推出的批次，採用GM107顯示核心。GeForce GTX 860M早期版本、870M以及880M均使用GK104核心，但各型號的核心配置不一。

## 晶片規格

GeForce 800系列本代僅供筆記型電腦使用，而同架構的桌上型電腦用圖形處理器產品，則為GeForce 900系列以及GeForce GTX 750/750Ti。

* 1 統一渲染器/流處理器數量 : 紋理映射單元數量 : 渲染輸出單元數量
* 2 畫素填充率的估算：ROP的數量乘以基準核心時脈速率（時脈單位Hz），單位畫素數每秒（P/s）
* 3 紋理填充率的估算：TMU的數量乘以基準核心時脈速率（時脈單位Hz），單位紋理數每秒（T/s）
* 4 全系列可支援Direct3D 12，但功能層級會是更低的Feture Level 11_0
* 5 單精度浮點數處理效能的估算，由著色器時脈乘以CUDA核心/流處理器數量和每時鐘週期CUDA核心/流處理器指令數；雙精度浮點數處理效能的估算：核心代號「GMxxx」的為單精度浮點數的1/32，核心代號「GKxxx」的為單精度浮點數的1/24
* 6 時脈資料與實際使用的可能有差別，核心代號「GFxxx」的核心時脈分為兩部分：CUDA核心時脈/著色器時脈

## 參見
* Project Denver

## 參考資料

## 外部連結
* Nvidia Nsight