NVIDIA_GeForce_200

**GeForce 200 系列**是 NVIDIA 的第十代 GeForce 顯示晶片，核心架構代號『Tesla』，以塞爾維亞裔發明家兼物理學家尼古拉・特斯拉命名。首個產品 GeForce GTX 280 於 2008 年 6 月 16 日推出，是一款高端產品。隨後推出了中高階的 GTX 260。GTX 200 系列擁有 65nm 製程的高階 D10。與 AMD 不同，NVIDIA 依然先推出單核心的旗艦級顯示卡，再將其功能削減，成為中低階的顯示卡。面對 AMD 的 Radeon R700 顯示核心，GTX 200 顯示核心顯得太複雜和成本高，不能與之有效競爭。所以 NVIDIA 即時將 GeForce 9800 GTX 降價，並提升其製程至 55nm，再推出 GeForce 9800 GTX + 顯示卡。在 2009 年 1 月 8 日開幕的 CES 2009 電子大展推出 55nm 版本的 GTX 260 核心及兩款新卡 GTX 285、GTX 295。

## 背景

NVIDIA 稱 GTX 200 核心採用了第二代的統一架構。相對第一代，顯示核心除了專注立體效能的提升外，更專注非傳統的 GPU 應用。NVIDIA 認為，隨著 GPU 的效能愈來愈大，可應用的範圍再不局限於立體計算，而 GPU 絕對有能力取代 CPU，成為高效能運算的工具。為了凸顯第二代統一架構的功能，NVIDIA 將顯示卡的命名法則改變，不再是 GeForce 加上代表世代的數字。而是 GeForce GTX、GeForce GTS、GeForce GT 和 GeForce G。它們分別代表旗艦級、高端、中階和入門。

## 架構

NVIDIA 稱第二代的統一架構，效能是上一代的 1.5 倍。核心的代號是 D10U，採用 65nm 製程，擁有 14 億個電晶體。是第一款顯示核心的電晶體數量突破十億大關，但是它仍然不支援 DirectX 10.1 和 Smart Shader 4.1。最能反映實際效能的流處理器方面，由上一代的 128 個，提升到 240 個。另外，它支援雙精度和 64 位元浮點運算。

### 第二代統一架構

在 GTX 250 顯示核心中，總共有十個流處理器陣列。每個陣列中有 3450 個流處理器，當中又以 24 個為一組。每一組流處理器都擁有獨立的本地記憶體，亦即是 631 個流處理器共享 1 個本地記憶體。本地記憶體的容量由 16KB 提升到 32KB。另外，每一個陣列都有其獨立的 L1 緩衝記憶體，亦即是 24 個流處理器共享一個 L1 緩衝記憶體。加起來，GTX 280 核心擁有 240 個流處理器。

GTX 200 有兩個計算模式。一個是繪圖模式，另一個是並行處理模式。比較特別的是**執行緒排序器**，當執行緒在讀寫記憶體的時候，為了不耽誤整個計算，會直接計算另一項資料。這樣可以提升並行處理的效率，提升 GPGPU 的效能。

### MIMD(Multiple Instruction Multiple Data)

自上一代的 G80 開始，NVIDIA 已放棄採用 SIMD 架構，改用全新的 SPMD 架構。在 G80 顯示核心中，所有的流處理器都是 1D 純量形式。NVIDIA 認為這樣做最有效率，因為不用再顧忌數據是 1D 抑或是 4D，所有的數據都會分折成純量 1D。而對手 AMD 的顯示核心，依然是 4D+1D 架構。雖然 NVIDIA 的做法效率較高，但成本和複雜度亦較高，比較難大幅增加流處理器的數量，因為每一個流處理器都需要一個指令發射埠。而 AMD 的顯示核心方面，由於一個 4D+1D 的流處理器才需要一個指令發射埠，所以比較容易提升處理器的數量。

### 流處理器

上一代的 G80 核心中，每一個流處理器陣列有兩組流處理器。而在 GTX 200 系列顯示核心中，陣列數量提升為 3 組。每組流處理器的可執行執行緒數量，亦由 768 條提升列 1024 條。另外，每一個陣列都有 8 個紋理單元。

### ROP

數量和效率都有所提升，有效改善 AA 效能。

### 快取

8 個流處理器會共享 32KB 的本地記憶體；而 3 組總共 24 個流處理器會共享一個 L1 快取，減少對外部記憶體的依賴。

### 顯示記憶體

每一個顯示記憶體控制器的頻寬是 64-bit，而 GTX 280 核心有 8 個控制器，總共的頻寬是 512-bit。容量方面，由 512MB 提升到 1GB。

## 其他技術

### PhysX 物理引擎

2008 年 2 月，NVIDIA 收購 AGEIA 公司，取得有關的 PhysX 物理引擎技術。過去，該引擎必須以自家的物理加速卡作硬體加速，或者以 CPU 作軟體加速。隨著 NVIDIA 收購 AGEIA，公司己著手改裝有關引擎，使之可以透過顯示核心加速該引擎。現在，NVIDIA 已推出用於顯示卡加速的 PhysX 物理引擎驅動程式，在 3DMark Vantage 的測試中，CPU 的得分受惠於顯示核心硬體加速了物理引擎，分數大幅上升。但採用該引擎的遊戲始終較少，分數能否反映事實仍是未知之數。

對手 AMD 則採用 Havok 物理引擎作為解決方案。現時，Havok 是 Intel 的子公司。而 Havok 亦答應將為其物理引擎，優化 AMD 的 CPU 和 GPU。包括最新的 Phenom 處理器和 Radeon R700 顯示卡。

### CUDA

NVIDIA 認為，流處理器的地位可與 CPU 核心作比較。而一顆顯示核心，有多個的流處理器，使到顯示卡非常適合作並行計算之用。NVIDIA 有另一個產品線－NVIDIA Tesla，就是將顯示核心包裝為 GPGPU 產品。用來加速或者計算通用計算，亦即是非單純立體計算。CUDA 可以讓程式員使用 C 語言，來使用顯示核心作為加速器。對手 AMD 認為，CUDA 始終是閉源產品，並不會取得成功，所以推薦使用者使用另一個標準－OpenCL。有趣的是，NVIDIA 同樣是參與了該計劃。

對於家用者來說，CUDA 可以用來加速高解析度影像的編碼。NVIDIA 報稱效率是利用 CPU 的 20 倍，縱使某些演算法仍然是交由 CPU 處理，使到 CPU 使用率仍然維持 20% 左右。亦說明顯示核心並不是可以處理所有的演算法。另外，Folding@home 科學計算項目已開始支援 NVIDIA 的顯示卡。

### Hybrid SLI

配合 NVIDIA 的 AMD 平台晶片組，例如 780a 或者 750a 晶片組，就可以啟動 Hybrid SLI 功能，令獨立題示卡可以與內建顯示核心一起進行圖像處理以增強效能。

### Power Management Enhancements

GeForce 200 顯示核心擁有比以往世代的 NVIDIA 顯示核心更動態和更有彈性的電源管理系統。
此技術會有以下四種效能／電源模式：

* 閒置／2D 電源模式（大約 25 W）
* Blu-ray DVD 播放模式 (大約 35 W)
* 全速 3D 效能模式（不定、最大為 TDP 236 W）
* Hybrid Power™ 模式（最有效為 0 W）當運行密集 3D 圖像處理要求的程式時，NVIDIA 驅動程式可因應顯示核心的使用率而切換到相應的電源模式。每一顆新的 GeForce GTX 200 GPUs 整合了使用率監察器來不斷地監察顯示核心內的數據流量。

### HybridPower

屬於 Hybrid SLI 技術的一部分，當使用支援 HybridPower 的 nForce 主機板（例如採用 nForce 780a 晶片組的主機板），GeForce GTX 200 GPU 可以在非密集的圖像處理操作時完全關閉電源並將圖像輸出交由主機板的整合式顯示核心（mGPU）負責。

## 產品介紹

* 桌面平臺
  * GeForce 205 - 於 2009 年 11 月針對 OEM 市場發佈，40nm 製程的 GT218-200 核心，核心頻率 590 MHz，擁有 16 個流處理器，64-bit 顯存位寬和 512MB GDDR3 顯存，頻率 790 MHz。支援 DirectX 10.1。
  * GeForce 210 - 於 2009 年 10 月針對零售市場發佈，GeForce G210 的更名產品，規格與 GeForce G210 完全相同。2009 年 11 月又將其更名為 GeForce 310 供 OEM 廠商銷售。
  * GeForce G210 - 於 2009 年 7 月針對 OEM 市場發佈。早期採用 55nm 製程的 G96 核心，後期換為 40nm 製程的 GT218-300 核心，擁有 16 個流處理器、64-bit 顯存位寬和 512MB DDR2 或 GDDR3 顯存。內建音效處理器，支援多聲道 LPCM 輸出。支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GT 220 - 於 2009 年 7 月針對 OEM 市場發佈，10 月進入零售市場。早期採用 55nm 製程的 G94 核心，後期換為 40nm 製程的 GT216 核心，擁有 48 個流處理器、128-bit 顯存位寬和 1GB SDDR3 顯存。內建音效處理器，支援多聲道 LPCM 輸出。支援 DirectX 10.1。2009 年 11 月將其更名為 GeForce 315 供 OEM 廠商銷售。
  * GeForce GT 230 - 於 2009 年 7 月針對 OEM 市場發佈。早期採用 55nm 製程的 G92 或 G94 核心，後期換為 40nm 製程的 GT215 核心，擁有 96 個流處理器，採用 128 位元 512M SDDR3 顯存。支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GT 240 - 於 2009 年 11 月發佈。採用 40nm GT215 核心，擁有 96 個處理器，核心頻率 550MHZ，最高支援 128 位元 1GB GDDR5 顯示記憶體。支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GTS 240 - 於 2009 年 7 月 27 日針對 OEM 市場發佈。採用 55nm G92 核心，擁有 112 個處理器，規格與 GeForce 9800 GT 相近，但頻率有所提升，而且記憶體容量由 512MB 提升至 1GB，散熱器和 PCB 也有所分別。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTS 250 - 於 2009 年 3 月推出，核心採用 55nm 製程，與 GeForce GTS 150（低成本設計的 GeForce 9800 GTX+，效能增強版）的規格相同，是針對零售市場進行改名的產品，裝置識別碼（Device ID）兩者皆為 0615，所以兩款顯示卡是完全相同的，在某些更名前的早期版本驅動程式中，GTS 250 會顯示為 GTS 150，並且多數硬體偵測軟體的資料庫存在錯誤，如 GPU-Z、EVEREST 等，是通過所安裝的驅動程式顯示名稱。GTS 250 減少至只需一組 6pin 外接電源，並同 GTS 150 一樣增加了 1GB 版本，某些廠商甚至生產過 2GB 版本，早期有部分廠商直接將 GeForce 9800 GTX + 更改 BIOS 成為 GeForce GTS 250 則仍有可能需要兩組 6pin 外接電源。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 260 - 定位是高端顯示卡，部分廠商已下調其價格到 165 美元，用作與 Radeon HD 4870 競爭。核心的流處理器數量下降至 192 個，顯示記憶體頻寬是 448-bit。為了對抗 Radeon HD 4870，NVIDIA 推出新版本的 GTX 260 核心，流處理器數量上升至 216 個，廠商使用 GTX 260 + 作為型號以作分辨。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 275 - 於 2009 年 4 月推出，與 GeForce GTX 285 同樣使用 55nm D10U 繪圖核心及擁有 240 個流處理器，但記憶體位寬亦由 512Bit 減少至 448Bit，記憶體容量亦由 1GB 減至 896MB，另外 Raster Operations Unit 由 32 個封鎖至 28 個。由於頻率較高，所以效能比 GeForce GTX 280 優勝。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 280 - 系列推出初期最高端的顯示卡。核心擁有 240 個流處理器，顯示記憶體頻寬是 512-bit，顯存為 1GB GDDR3。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 285 - 相當於 GTX 280 的 55nm GT200b 核心版本。同樣擁有 240 個流處理器、512-bit 顯存位寬和 1GB GDDR3 顯存。核心頻率為 648MHz，流處理器為 1476MHz，顯存頻率為 2482MHz，頻率比 GTX 280 為高。功耗由 GTX 280 的 236W 降至 183W，並只需要 2 個 6pin 外接供電介面。MAC 版本的 GTX 285 隻增加了 HDTV 輸出介面，支援通過 HDMI 音訊輸出。僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 295 - 擁有兩顆 55nm GT200b 顯示核心，產品設計與 GeForce 9800GX2 相近。通過 NF200 接橋晶片將兩核心相連。GTX 295 共擁有 480 個流處理器，配備 1792MB 的 GDDR3 顯存，位寬 896-bit，核心頻率為 576MHz，流處理器為 1242MHz，顯存頻率為 1998MHz。僅支援 DirectX 10。整卡功耗達 289W，需要 1 個 6pin 及 1 個 8pin 外接供電介面。卡上提供了一個 SLI 橋接介面，用作支援雙卡並聯的 Quad SLI 模式。原來的設計需要 2 片 PCB，而於 2009 年 5 月推出的新版本設計只需 1 片，頻率不變但能改善散熱效率、減低成本，但單 PCB 版沒有板載 HDMI 介面。
* 行動平臺
  * GeForce G210M - 核心代號 N10M-GS 採用 40 奈米製程工藝，核心頻率 625 MHz，僅有 16 個流處理器，頻率 1500 MHz，記憶體最高支援到 512MB/64Bit GDDR3，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GT 220M - 核心代號 N10P-GV2 採用 55 奈米製程工藝，核心頻率 500 MHz，擁有 32 個流處理器，電晶體數為 3.14 億，頻率 1250 MHz，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GT 230M - 核心代號 N10P-GE 採用 40 奈米製程工藝，核心頻率 500 MHz，擁有 48 個流處理器，頻率 1100 MHz，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GT 240M - 核心代號 N10P-GS 採用 40 奈米製程工藝，核心頻率 550 MHz，同 GT 230M 一樣擁有 48 個流處理器，頻率 1210 MHz，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GTS 250M - 核心代號 N10E-GE 採用 40 奈米製程工藝，核心頻率 500 MHz，擁有 96 個流處理器，頻率 1250 MHz，記憶體最高支援到 1GB/128Bit GDDR5，支援組建 SLI，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GTS 260M - 核心代號 N10E-GS 採用 40 奈米製程工藝，核心頻率 550 MHz，同 GTS 250M 一樣擁有擁有 96 個流處理器，頻率 1375 MHz，記憶體最高支援到 1GB/128Bit GDDR5，支援組建 SLI，支援 DirectX 10.1。
  * GeForce GTX 260M - 核心代號 N10E-GT 採用 55 奈米製程工藝，核心頻率 550 MHz，擁有 112 個流處理器，頻率 1375 MHz，記憶體最高支援到 1GB/256Bit GDDR3，其電晶體數量達到 7.54 億，僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 280M - 核心代號 N10E-GTX 採用 55 奈米製程工藝，核心頻率 585 MHz，擁有 128 個流處理器，頻率 1463 MHz，記憶體最高支援到 1GB/256Bit GDDR3，其電晶體數量與 GTX 260M 一樣達到 7.54 億，僅支援 DirectX 10。
  * GeForce GTX 285M - 核心代號 N10E-GTX 採用 55 奈米製程工藝，核心頻率 576 MHz，擁有 128 個流處理器，頻率 1500 MHz，記憶體最高支援到 1GB/256Bit GDDR3，其電晶體數量與 GTX 260M 一樣達到 7.54 億，僅支援 DirectX 10。

## 更多資訊

* GeForce 200 系列規格列表
* GeForce 200 M 系列規格列表
* Radeon R700

## 參考

## 外部連結

* NVIDIA 主頁（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* NVIDIA GeForce 產品主頁（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）