GeForce GTX 1080显卡技术：架构、工艺全面升级

我们早在2年前的GTC大会上就得知了帕斯卡显卡的路线图，NVIDIA当时公布的几大特性就是——NV Link、3D显存（即HBM 2）、模块化及FinFET高级工艺。

不过前面两个新技术主要用在了GP100大核心上，NV Link对GTX 1080来说无用，HBM 2显存虽然让人心动，但目前的问题是产能低、成本高，没法在这么快就用在消费级显卡上。

尽管如此，GTX 1080依然带来了全新的架构、16nm FinFET工艺、GDDR5X显存、散热器及3D渲染技术上等改进。

GTX 1080显卡主要改进

GTX 1080显卡架构简介

GTX 1080显卡使用的也是帕斯卡架构，不过是GP104核心，此前的Tesla P100加速卡使用的是GP100大核心，但是与处处针对高性能加速而设计的GP100核心不同，GP104核心架构实际上更接近目前的GM204而非GP100大核心。

GP104核心拥有20组SM单元，每组SM单元有128个CUDA核心，而GP100核心中每组SM单元是64个CUDA核心，而GP104在这点上跟GM204、GM200核心是一样的，每个SM单元由4部分包含32个CUDA核心的小单元组成。

Maxwell（左）架构与GP104核心的SM单元架构

GP100核心的SM单元不同，同时塞进了更多的DP双精度单元

GP104架构示意图

GM204架构示意图

显存方面，GP104也从GP100核心的HBM 2回归GDDR界面，不过这里有很大不同——GM204核心是4组64bit显存控制器，每组连接16个ROP单元和512KB L2缓存，而GP104核心是8组32bit显存控制器，每组连接8个ROP单元和256KB L2缓存。总位宽是256bit，ROP单元64个，L2缓存2048KB，这三点相比GM204核心并没有变化。

16nm FinFET Plus工艺

早先公布路线图的时候，NVIDIA提到了帕斯卡会使用FinFET工艺，当时并没有明确具体工艺，因为存在着三星14nm FinFET及TSMC 16nm FinFET两种路线，期间也一度有传闻称NVIDIA也要转向三星代工，不过最终这事不了了之，NVIDIA使用的还是TSMC的16nm工艺，而且是其中的16nm FinFET Plus高性能工艺。

目前AMD及NVIDIA的GPU主要使用28nm HPM工艺，根据TSMC的说法，16nm FinFET Plus工艺相比28nm HPM提升了65%的性能或者减少了70%的能耗，同时晶体管密度翻倍，而GP104晶体管数量就从52亿提升到了72亿，但核心面积反而从398mm2减少到了314mm2。

更重要的是，GTX 1080显卡的核心频率大幅提升，此前GTX 980的加速频率是1216MHz，而GTX 1080可达1733Mhz，整整提升了42%，这些都要归功于先进工艺带来的改良。

GDDR5X显存及更高级的内存压缩技术

GTX 1080显卡虽然没有用上HBM 2显存，不过显存方面也不是没变化，因为它用的是GDDR5X显存，是目前GDDR5显存的改良版，数据频率从目前的7Gbps提升到了10Gbps，所以说就算256bit位宽没变，但GTX 1080显卡的带宽也有320GB/s，比GTX 980显卡的224GB/s提升43%，差不多与384bit位宽的GTX 980 Ti的336GB/s带宽看齐了。

GTX 1080显卡率先使用了GDDR5X显存

除了靠GDDR5X高频率提高显存带宽之外，GTX 1080显卡也支持更高级的内存无损压缩技术，以便进一步优化带宽效率，包括改进了2：1压缩效率、新增了4：1及8：1压缩算法，综合下来GTX 1080显卡减少了20%的带宽需求，再加上GDDR5X显存带来的频率优势，官方称总计提升了70%的带宽效率。

异步运算全面改进

AMD、NVIDIA对于异步运算（Asynchronous Compute）的支持程度曾经引爆双方的口水战，特别是在《奇点灰烬》、《杀手》等支持异步运算的游戏中。尽管后来有辟谣称Maxwell硬件是支持异步运算的，问题出在驱动上，但不论什么原因，在异步运算上，Maxwell及之前的显卡确实是落后于AMD的GCN架构的。

AMD非常强调异步运算的优势，不过NVIDIA现在也追回来了

在帕斯卡架构上，NVIDIA填补了这个坑——此前发布新闻中我们就看到NVIDIA强调帕斯卡显卡原生支持异步运算，包括基于GPU的物理加速、音频处理、渲染帧的后期处理以及VR中的异步时间扭曲算法中都可以用到异步运算。

同步多投影引擎（Simultaneous Multi-Projection）

GP104核心虽然在SM单元架构上相比GM204核心变化不大，但前端的多边形引擎单元功能还是有改进的，主要是支持同步多投影引擎（SMP，Simultaneous Multi-Projection）技术，官方表示该技术可以大幅提升游戏特别是VR性能。

SMP技术可以大幅提升游戏及VR性能

如果你还记得NVIDIA官方PPT中GTX 1080显卡性能达到了GTX Titan X显卡2倍的那张图，那现在应该知道了这个成绩靠的其实还是SMP技术的功劳，多分辨率着色（Multi-Res Shader）性能可提升40%，VR性能可提升50%。

全新的VR音频及VR物理加速

VR是NVIDIA、AMD争夺的新市场，NVIDIA在发布会上也带来了新的VR技术，主要包括VR音频及VR用的PhsyX物理加速，这都有助于提升

NVIDIA的VRWorks Audio音频

VRWorks Audio音频其实借鉴了光线追踪渲染的思路，所以NVIDIA说它是Path Traced Audio路径追踪音频，这是首个支持物理基础的VR音频引擎，可以模拟声音在虚拟场景内的互动映射，类似现实中声音碰到障碍物那样，也就是说你听到的声音实际上经过了处理，所以更真实。

VR中也将支持PhysX加速

另一个VR相关的技术就是支持在VR应用中使用PhysX物理加速，后者我们已经很熟悉了，可以在游戏中加速布料、流体、火焰、发毛等物理运动特效，展示更真实的效果。

除了以上架构及技术更新，GTX 1080显卡还支持HDR、新的DP 1.4接口及8K分辨率输出、性能更好的垂直同步、更高级的SLI多卡互联、4K级别的视频解码等技术，亮点还是非常多的，限于篇幅就不一一列举了。

下面我们看下GTX 1080显卡真身。