GeForce 800系列

GeForce 800系列，是辉达研发的图形处理器产品系列，用于笔记型电脑平台。此代显示核心将采用新的Maxwell微架构（芯片代号将以‘GM’开头），以苏格兰理论物理学家詹姆士·克拉克·麦克斯韦的名字命名。2014年初悄然发表的行动型显示核心GeForce 820M，尽管列入GeForce 800系列，但仍采用GeForce 500系列‘Fermi’架构的GF117显示核心，因此仅仅是旧型号显示核心更名而已。首款基于Maxwell微架构的显示核心实际为GeForce 700系列上的GeForce GTX 750以及750 Ti。后来，NVIDIA也陆续发布行动平台的GeForce 800M系列的其他型号，除GeForce 830M、840M、GTX 850M以及GTX 860M的部分批次以外，其余的均使用旧有显示核心。NVIDIA宣布新一代Maxwell核心的首发两款产品将被命名为NVIDIA GeForce 900系列，分别为GTX 970和GTX 980。而预计GeForce 800系列将使用在OEM市场，就像之前的GeForce 100和GeForce 300系列。

## 概观

用于GeForce 800系列上的‘Maxwell’显示核心架构，是用于GeForce 600以及700系列‘Kepler’显示核心架构的下一代，将首次在显示核心上内建ARM架构的CPU核心。NVIDIA的CEO黄仁勋称，这样做使得GPU更加独立于主CPU。NVIDIA称‘Maxwell’显示核心架构对比‘Kepler’架构，会有更高的图形处理效能、更简化的可程式性以及更好的能效比。

2010年9月NVIDIA宣布下一代显示核心架构‘Maxwell’。首款基于‘Maxwell’架构的消费级显示核心的产品将于2014年早期发卖。稍后将有基于‘Maxwell’显示核心的NVIDIA Tesla运算卡以及NVIDIA Quadro专业图形卡。最后会有供手持式装置使用的基于该架构的NVIDIA Tegra系统单芯片出现。

## 架构特性

初期，Maxwell架构显示核心，仍采用台积电的28nm制程，核心规模也较为有限。首代Maxwell显示核心有GM107和GM108，均面向消费级市场，相比Kepler而言仅是多了一些Kepler架构所没有的附加功能特性，性能、功耗及能效比上与Kepler相去不远。这些新增的特性主要有：

- NVENC效能的加强。NVENC是NVIDIA开发的视讯解码器，在初代Maxwell显示核心上的效能为1.5倍到2倍于Kepler显示核心，在6到8倍的回放速率使仍能实时解码。
- PureVideo效能加强。NVIDIA提升了Maxwell的视讯解码快取和内存存取效率，称在Pure Video E功能集视讯解码时，比以往的有8到10倍效能提升。然而，H.265硬件解码的支援度仍然不完整，需要软件以及硬件共同执行。
- 新增一个电源模式‘GC5’。当显示核心进行视讯解码作业时，会进入一个新的‘GC5’电源模式，只保留视讯解码所需的电路单元的电力供应，节省电力。

### 显示内存

GM107的L2快取，由GK107的256KB，大幅增加到2MB，大大降低对显示内存的带宽需求。相应地，NVIDIA仅为GM107的使用128位元的内存控制器位宽，而GM107的效能与kepler的192位元内存位宽的GK106不相上下，除此以外，减少了内存位宽，还会节省电能。

### SMM

Kepler时代，CUDA核心/流处理器阵列被NVIDIA称作SMX，而Maxwell的设计，则改称SMM。SMM阵列中，各阵列是分离独立的，因此阵列中的4个排程引擎控制各自所属的FP32 CUDA核心、载入/存储单元以及特殊功能单元，不像Kepler那样一个排程引擎需要共用资源。不过，纹理单元以及FP64 CUDA核心则仍然是共用的。SMM提供比SMX更细粒度的资源分配，当负载并非为共用资源最佳化时节省电力。NVIDIA称128个CUDA核心的SMM可以达到192个CUDA核心的SMX的90%的效能。

### 通用运算

相比GK110/GK208支援CUDA 3.5，GM107可以支援CUDA 5.0通用运算库。在GK110/GK208上现身的动态并行以及HyperQ，基于Maxwell架构的显示核心会全面支援。Maxwell架构为32位元整数的原子操作提供原生共用内存，支援32位元和64位元的数据比较和交换（compare-and-swap，CAS），可实现其它形式的原子操作功能。

### API

Maxwell架构全面支援DirectX 12。

## 继任架构

接替‘Maxwell’显示核心架构的，是NVIDIA于2013年3月宣布的代号‘Volta’的显示核心架构。2014年，这个构想的架构被定名为‘Pascal’ ‘Pascal’将实现片上堆叠式动态随机存取内存（DRAM），或称‘片上显示内存’，统一内存架构以及NVLink。

## 产品介绍

### 桌上型平台

首款基于Maxwell架构的显示核心是GM107，但它却被划入GeForce 700系列，是为GeForce GTX 750和GTX 750 Ti，均使用28奈米制程，它们均于2014年2月18日发布。GeForce GTX 750和GTX 750 Ti的TDP分别仅为55瓦和60瓦，这样使得它们都能直接从PCIe插槽中获取足够的电能而无需辅助供电连接埠。第二款基于Maxwell架构的显示核心GM204被划入GeForce 900系列，是为GeForce GTX 970和GTX 980，它们均于2014年9月19日发布。

### 行动平台

GeForce 800M的首发产品是GeForce 820M - 使用‘Fermi’显示核心架构的GF117显示核心，仅支援PCI-E 2.0，但支援DirectX 11.2、OpenGL 4.4、OpenCL 1.1、FXAA以及Optimus双显示核心切换，搭载DDR3显示内存。其后发布的GeForce 830M、840M使用规格较低，但基于Maxwell架构的GM108显示核心。GeForce GTX 850M以及GTX 860M后来推出的批次，采用GM107显示核心。GeForce GTX 860M早期版本、870M以及880M均使用GK104核心，但各型号的核心配置不一。

## 芯片规格

GeForce 800系列本代仅供笔记型电脑使用，而同架构的台式电脑用图形处理器产品，则为GeForce 900系列以及GeForce GTX 750/750Ti。

- 1 统一渲染器/流处理器数量 : 纹理映射单元数量 : 渲染输出单元数量
- 2 画素填充率的估算：ROP的数量乘以基准核心时脉速率（时脉单位Hz），单位画素数每秒（P/s）
- 3 纹理填充率的估算：TMU的数量乘以基准核心时脉速率（时脉单位Hz），单位纹理数每秒（T/s）
- 4 全系列可支援Direct3D 12，但功能层级会是更低的Feture Level 11_0
- 5 单精度浮点数处理效能的估算，由着色器时脉乘以CUDA核心/流处理器数量和每时钟周期CUDA核心/流处理器指令数；双精度浮点数处理效能的估算：核心代号“GMxxx”的为单精度浮点数的1/32，核心代号“GKxxx”的为单精度浮点数的1/24
- 6 时脉资料与实际使用的可能有差别，核心代号“GFxxx”的核心时脉分为两部分：CUDA核心时脉/着色器时脉

型号｜推出年分｜芯片代号｜制程(奈米)｜晶体管数(百万个)｜晶粒面积(平方毫米)｜总线界面｜核心配置SPs:TMUs:ROPs1｜时脉配置｜填充率｜显示内存配置｜API支援（版本）4｜运算效能（GFLOPS）｜热设计功耗(W)

预设(MHz)6｜加速(MHz)｜内存(MT/s)｜像素(GP/s)2｜材质(GT/s)3｜容量(MiB)｜总线类型｜总线宽度(位元)｜带宽(GB/s)｜DirectX｜OpenGL｜OpenCL｜Vulkan｜单精度浮点数5｜双精度浮点数5

GeForce 800M｜2014年3月17日｜GF117｜28｜585｜116｜PCIe 2.0 x8｜48:8:8（1 SM）｜738/1476｜N/A｜1800｜1.476｜5.9｜2048｜DDR3｜64｜14.4｜11.0｜4.5｜1.1｜141.7｜15

GeForce 810M (GF117)｜2014年3月24日｜GF117｜28｜585｜116｜PCIe 2.0 x16｜48:8:8(1 SM)｜738/1476｜N/A｜1800｜1.576｜5.9｜10242048｜DDR3｜64｜16｜11.0｜4.4｜1.1｜141.7｜15

GeForce 810M (GK107)｜2015年3月21日｜GK107｜28｜1270｜118｜PCIe 3.0 x16｜384:32:16(2 SMX)｜810｜未知｜1800｜6.48｜25.92｜10242048｜DDR3｜128｜28｜11.2｜4.5｜1.2｜622.1｜45

GeForce 820M (GF117)｜2013年11月27日｜GF117｜28｜585｜116｜PCIe 2.0 x16｜96:16:4(2 SM)｜625/1250～775/1550｜N/A｜1800｜2.5～3.1｜10～12.4｜10242048｜DDR3｜64｜14.4｜11.0｜4.4｜1.1｜240～297.6｜15

GeForce 820M (GK107)｜2015年3月21日｜GK107｜28｜1270｜118｜PCIe 3.0 x16｜384:32:16(2 SMX)｜810｜未知｜1800｜6.48｜25.92｜10242048｜DDR3｜128｜28｜11.2｜4.5｜1.2｜622.1｜45

GeForce 825M｜2014年3月12日｜GK208｜28｜87｜PCIe 3.0 x16｜384:32:16(2 SMX)｜850｜1800｜6.8｜27.20｜10242048｜DDR3｜64｜14.4｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜652.8｜33

GeForce 830M｜2014年3月12日｜GM108｜28｜PCIe 3.0/2.0 x16｜256:16:8(2 SMM)｜1082｜1150｜1800｜8.66｜17.31｜2048｜DDR3｜64｜14.4｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜554｜33

GeForce 840M ｜2014年3月12日｜GM108｜28｜PCIe 3.0/2.0 x16｜384:24:8(3 SMM)｜1029｜1124｜2000｜8.2｜24.7｜10242048｜DDR3｜64｜16.02｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜790.3｜33

GeForce 845M (GM107)｜2015年2月7日｜GM107｜28｜1870｜148｜PCIe 3.0 x16｜512:32:16(4 SMM)｜863｜2000｜13.81｜27.62｜10242048｜DDR3｜64｜16｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜883.7｜45

GeForce 845M (GM108)｜2015年8月26日｜GM108｜28｜PCIe 3.0 x16｜384:24:8(3 SMM)｜1071｜1176｜5000｜17.14｜34.3｜10242048｜GDDR5｜64｜40｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜822.5｜33

GeForce GTX 850M｜2014年3月14日｜GM107｜28｜1870｜148｜PCIe 3.0 x16｜640:40:16(5 SMM)｜936｜5000｜14.4｜36.1｜2048｜GDDR5DDR3｜128｜8032｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜1198.1｜45

GeForce GTX 860M (GK104)｜2014年3月10日｜GK104｜28｜3540｜294｜PCIe 3.0 x16｜1152:96:16(6 SMX)｜797｜915｜5000｜19.13｜76.5｜2048｜GDDR5｜128｜80｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜1836.3｜75

GeForce GTX 860M (GM107)｜2015年2月5日｜GM107｜28｜1870｜148｜PCIe 3.0 x16｜640:40:16(5 SMM)｜1020｜1085｜5000｜16.32｜41.2｜2048｜GDDR5｜128｜80｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜1317.1｜75

GeForce GTX 870M｜2014年3月12日｜GK104｜28｜3540｜294｜PCIe 3.0 x16｜1344:112:32(7 SMX)｜941｜967｜5000｜30.1｜105.4｜3072｜GDDR5｜192｜120｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜2529.4｜100

GeForce GTX 880M｜2014年3月12日｜GK104｜28｜3540｜294｜PCIe 3.0 x16｜1536:128:32(8 SMX)｜954｜993｜5000｜30.53｜122.1｜40968192｜GDDR5｜256｜160｜12.0｜4.5｜1.2｜1.0｜2930.7｜122

## 基本资料

- 代号：Fermi (28nm)、GF117、Kepler(28nm)、GK104、Maxwell (28nm/20nm)、GM107、GM108
- 发布日期：2014年
- 指令集架构：Nvidia Maxwell Architecture
- 入门GPU：行动平台：820M、830M、840M
- 中端GPU：行动平台：GTX 850M、GTX 860M
- 高端GPU：行动平台：GTX 870M、GTX 880M
- openglversion：OpenGL 4.4
- d3dversion：Direct3D 12、Shader Model 5.0
- openclversion：OpenCL 1.2
- 前任：GeForce 700系列
- 继任：GeForce 900系列