GeForce_800系列

**NVIDIA 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，效能、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 / 儲存單元以及特殊功能單元，不像 Kepler 那樣一個排程引擎需要共享資源。不過，紋理單元以及 FP64 CUDA 核心則仍然是共享的。SMM 提供比 SMX 更細粒度的資源分配，當負載並非為共享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享記憶體，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，但各型號的核心組態不一。

## 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 統一彩現器 / 流處理器數量 : 紋理對映單元數量 : 彩現輸出單元數量
* 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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）