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英伟达20多年历程中,排名前五的GPU

半导体产业纵横 来源:半导体产业纵横 2023-12-01 16:19 次阅读

最好的游戏GPU来自绿色团队。

英伟达成立于1993年,很少有失败的经历。它迫使许多竞争对手破产并退出市场,这在很大程度上要归功于高质量的产品。它生产许多最好的显卡,并且一直是支持深度学习人工智能硬件的主要推动者。尽管如此,它仍然存在一些缺点,例如为其最新卡提供动力的高价RTX40系列GPU,以及一些值得怀疑的功能(例如帧生成)。

回顾英伟达令人兴奋的过去,自GeForce品牌成立24年来,英伟达制造了如此之多的优秀GPU,其中大多数能够与AMD的最佳GPU正面交锋。我们认为,以下是英伟达有史以来最好的五款游戏GPU,从下到上,并考虑了单个卡和整个系列。

第五名:GeForce RTX 3060(12GB)

从纸面上看,RTX 30系列在2020年听起来相当不错。它采用了更充实的架构,改进了光线追踪和张量核心,提供了更多的原始性能,甚至恢复了有吸引力的定价结构。实际上,零售定价远未达到应有的水平。就这一点而言,很难找到接近建议零售价的RTX 30 GPU。

尽管如此,在2020年底推出30系列之后的几个月里,英伟达继续在产品阵容中添加新型号,不断提升性能。中端尤为重要,因为之前的RTX 20系列及其RTX 2060和2060Super并不是GTX1060的令人惊叹的后续产品。考虑到任何人都会在2021年购买带有脉冲的GPU,英伟达并没有真正做到这一点。英伟达真的不需要在新GPU上花太多精力,但它的RTX 3060让所有人都大吃一惊。

Nvidia并不总是固定其中端产品,但在 RTX 3060 是一个很好的例外。它在性能上比RTX 2060有了显著提升,最引人注目的是VRAM增加了一倍,达到12GB。这甚至比10GB的常规RTX 3080还要多(尽管有3080 12GB并没有真正可用)。对于英伟达来说,如此大的改进是相当了不起的。(我们还应该注意,我们在本次讨论中不包括gimped RTX 3060 8GB。)

更值得注意的是,AMD的中端卡竞争产品通常非常强大。RX6600和6600XT拥有不错的马力,但只有8GB的显存,不得不依靠较差的FSR1.0升级而不是DLSS。AMD与其他30系列的显卡竞争相当激烈,而且通常具有VRAM容量优势,但Navi23显卡是例外。

当然,GPU短缺是一个问题,RTX 3060也未能幸免。即使是Nvidia第一次“自主”尝试锁定以太坊采矿。最终,短缺问题在2022年得到缓解,这使得3060成为最实惠的GPU之一。3060从未完全达到329美元的建议零售价,而6600和6600XT都跌破了300美元。此外,FSR2.0提供了质量和性能改进,使其与DLSS相比更具竞争力,从而进一步削弱了3060的优势。

尽管如此,RTX 3060仍然是英伟达有史以来最好的中端GPU之一。除了价格和可用性问题之外,这是一张出色的显卡,无疑可以与AMD竞争。它在30系列的其余产品中也是独一无二的,遗憾的是RTX4060放弃了大部分进步。

第四名:GeForce GTX 680

英伟达很少犯严重的错误,但其中最严重的错误之一就是Fermi架构。Fermi于2010年中期首次出现在GTX 480中,但它并不是英伟达所需要的,因为它仅比200系列提供适度的性能提升,同时消耗大量电量。情况如此糟糕,以至于Nvidia在2010年底之前匆忙推出了Fermi的第二个版本和GTX500系列,值得庆幸的是,这带来了更高效的产品。

Fermi无疑让英伟达进行了一些反省,该公司重新思考了其传统策略。在2000年代的大部分时间里,英伟达在节点方面落后于Radeon(首先由ATI拥有,然后由AMD拥有)。虽然较新的节点提供了更好的效率、性能和密度,但它们的使用成本也更高,而且经常会出现“初期的痛苦”。到2000年代中期,英伟达的主要策略是在较旧的节点上制造大型GPU,这通常足以将GeForce置于首位。

Fermi的经历对英伟达造成了巨大的创伤,以至于该公司决定在2012年初与AMD一起进入28nm节点。Kepler是英伟达的首款28nm GPU,它是一种与Fermi和之前的英伟达架构不同的芯片。它采用了最新的工艺,最大版本相对精简,不到300mm2,并且效率很高。2012年,英伟达和AMD旗舰产品之间的竞争将截然不同。

尽管AMD凭借HD 7970打响了第一枪,但英伟达在三个月后凭借Kepler驱动的GTX 680发起反击。680不仅比7970更快,而且效率更高、体积更小,这正是AMD HD 4000和5000系列GPU的擅长领域。诚然,英伟达在这些指标上仅以微弱优势领先,但英伟达在这三个指标上都领先的情况很少见,甚至可能是史无前例的。

随着HD 7970GHz版本和性能更好的AMD驱动程序的到来,英伟达并没有长时间保持性能桂冠,但英伟达在功率效率和面积效率方面仍然保持着优势。Kepler继续给AMD带来麻烦,因为第二次修订版为GTX700系列提供动力,并迫使推出非常热门且耗电的RadeonR9290X。诚然,R9290X确实击败了GTX780,但它非常像Femi,无论如何,GTX780Ti夺回了桂冠。

第三名:GeForce GTX 980

从2000年代初现代英伟达与AMD/ATI竞争的出现到2010年代初,GeForce和Radeon都在一代又一代地交锋。当然,大部分时间是英伟达赢得了王位,但通常ATI(以及后来的AMD)也紧随其后;唯一一次,一方被完全击败的情况实际上是ATI的Radeon 9700 Pro击败了英伟达的GeForce 4 Ti 4600。然而,Nvidia有几次非常接近于复制这种场景。

到2010年代中期,英伟达的前景一定是好的。世界各地的半导体代工厂在超越28纳米节点时都遇到了严重问题,其中包括英伟达和AMD的GPU制造合作伙伴台积电(TSMC)。这意味着,英伟达可以适应其在旧节点上制造大型GPU的旧策略,而不必担心AMD用全新节点进行反击。此外,由于AMD面临破产的风险,它实际上没有资源与财力雄厚的英伟达竞争。

这两个因素同时发生,造就了一场完美的风暴。英伟达在GTX 600和700系列的Kepler架构方面已经做了非常值得尊敬的工作,但GTX 900系列(和GTX 750Ti)的全新Maxwell架构却是另一回事。它从老化的28纳米节点中挤出了更多的性能、功效和密度。

旗舰GTX 980击败了AMD的R9 290X和英伟达自己的上一代GTX 780Ti。GTX980更快、更高效、更小,但与680不同,980在这些方面绝对领先。980的效率几乎是290X的两倍,性能提高了约15%左右,并且芯片面积减少了近40mm2。与780Ti相比,980的效率提高了近40%,速度提高了约10%,并且芯片尺寸缩小了160mm2以上。

这虽然不是在Radeon 9700Pro水平上的胜利,但仍然是巨大的胜利。这基本上与AMD对英伟达的HD 5870所做的事情是一样的。只不过,AMD没有用糟糕的GPU来回应Nvidia,而是没有什么可以反击的。AMD在2014年所能做的就是紧紧抓住其老化的Radeon200系列。

2015年,AMD再次竭尽全力参与竞争,但仅限于高端领域。它决定从低端到中高端将Radeon 200系列更新为Radeon 300系列,然后在高端使用其全新的Fury系列。然而,英伟达拥有更大的Maxwell GPU,随时准备击败AMD满怀希望的R9 Fury X,而GTX 980 Ti正是做到了这一点。凭借6GB内存,980Ti成为了比配备4GB内存的FuryX更明显的选择(否则这实际上是一张不错的卡)。

尽管英伟达取得了巨大的胜利,GTX900系列却永久地改变了游戏显卡的格局。Fury X是AMD最后一款有竞争力的旗舰产品,直到2020年RX6900 XT推出,这很大程度上是因为AMD停止了每一代产品的生产。AMD又重新开始定期生产旗舰GPU,但Maxwell确实对Radeon造成了重创,并且多年来都没有恢复过来。

第二名:GeForce 8800 GTX

2000年代初期,随着英伟达和ATI在关键领域取得进展,现代显卡出现了。英伟达的GeForce 256引入了硬件加速变换和照明视觉效果,而ATI的Radeon 9700 Pro则表明GPU应该包含更多的计算硬件,并且可能非常大。当2002年英伟达在9700 Pro上遭受重大损失时,它真的把这个教训铭记在心,并开始制造更大更好的GPU。

尽管ATI已经开始了军备竞赛,但英伟达却铁了心要赢得这场比赛。到2006年底,英伟达和ATI都制造了尺寸达到300mm2左右的GPU,但英伟达的Tesla架构在旗舰G80芯片上尺寸达到了近500mm2。如今,这对于旗舰GPU来说是相当典型的尺寸,但在当时这确实是前所未见的。

特斯拉于2006年底推出了GeForce 8800 GTX,它给AMD带来的打击与四年前Radeon 9700 Pro对英伟达造成的打击不相上下。尺寸是8800 GTX和ATI旗舰产品Radeon X1950 XTX之间的决定性因素,后者小了近150mm2。8800 GTX速度超快,而且在当时非常耗电。

虽然ATI是BFGPU的发明者,但它无法跟上8800 GTX的步伐。HD 2000系列的尺寸只有420mm2,无法赶上G80芯片和特斯拉架构。相反,ATI改变了策略,开始专注于制造更小、更高效、性能密度更高的GPU。HD3000系列旗舰产品HD3870出奇地小,仅不到200mm2,后续的HD 4000和5000系列也将采用类似的小芯片尺寸。

最近,英伟达倾向于在强大的GPU之后推出更强大的GPU,以提醒AMD谁是老大,但当时英伟达还不是这样。特斯拉架构非常出色,以至于英伟达决定在GeForce GTX 9000系列中再次使用它,该系列与GeForce 8000系列基本相同,但性能略有提升。诚然,9800 GTX的价格几乎是8800 GTX的一半,但它仍然是一个无聊的GPU。

尽管8800 GTX现在已经相当老旧了,但它在其他方面的现代化程度却令人瞩目。它的芯片尺寸与当今的高端GPU一致,使用带有铝翅片的冷却器,并且有两个6针电源连接器。它最多只支持DirectX 10,这并没有真正发挥作用,因此它不能真正用于现代游戏,但除此之外它非常容易被视为现代GPU。

第一名:GeForce GTX 1080 Ti

英伟达凭借28纳米GPU:GTX 600、700和900系列取得了令人难以置信的成绩。他们都成功击败了AMD的竞争卡,而且每一次的胜利都比上一次更大。在Fury X之后,AMD基本上不再生产旗舰GPU,这使得英伟达成为下一代高端GPU的独家制造商。

讽刺的是,AMD却在台积电全新16纳米节点准备量产时认输了。AMD无力在台积电生产显卡,而是依赖其老CPU制造合作伙伴GlobalFoundries,该公司已获得三星14纳米技术的授权。但不要混淆,台积电的16nm绝对是更好的节点。

就英伟达而言,GTX900系列已经拥有出色的架构,因此决定从28nm转向16nm。通过选择台积电的16nm,英伟达在很长一段时间以来首次在工艺节点上领先于AMD,而且是大幅领先。16nm Pascal架构在很多方面只是Maxwell的缩小版,它引入的少数新功能主要是针对VR的,而VR并没有像Nvidia(和AMD)预期的那样起飞。

GTX 1080作为2016年的旗舰GPU,使得GTX 980相对于GTX 700系列的改进显得很小。与之前的旗舰产品980 Ti相比,1080的速度大约提高了30%,效率提高了近两倍,尺寸也缩小了近一半。Maxwell显然受到28nm节点的阻碍,而Pascal的16nm缩小解决了这个问题。

与2014年一样,AMD没有准备好迎接GTX 1080和1070的新旗舰,而是依靠旧版R9 FuryX和常规R9 Fury,以及紧凑型R9Nano。相反,AMD推出了低端到中端的RX 400系列,该系列由RX 480开始。虽然它本身就是一张不错的卡,但英伟达的竞争对手GTX1060也相当不错,具有与1080相同的出色效率。驱动程序更新和480的2GB额外VRAM帮助AMD在中端GPU领域保持竞争力,这成为了该公司此时的支柱。

凭借GTX1080,英伟达不仅在2016年获胜,还在2017年AMD的RXVega旗舰GPU终于问世。AMD在性能上只能勉强与1080和1070匹敌,但在效率上却大幅落后。当然,英伟达凭借更大的PascalGPUGTX1080Ti抢先了AMD,并提前了三个月。FuryX至少可以声称大部分与980Ti持平,但Vega64甚至无法触及1080Ti。

如今,GTX10系列因其出色的性能、效率和定价而被人们所铭记。它可以说是英伟达最后一个伟大的显卡系列,因为RTX 20、30或40系列都没有真正复制10系列广泛而多样化的产品堆栈。英伟达有时间不仅推出了GTX1080等700美元的旗舰产品,还推出了100美元的GTX1050,这在当时已经相当不错了。GTX10系列在很多方面都恰逢PC游戏玩家的最佳时代之一。

荣誉奖:GeForce RTX 4090

RTX 4090显然没有出现在这个列表中,并且幕后有很多关于是否包含它的讨论。它绝对是一个快速的GPU,背后有强大的硬件,但它也非常复杂。我们最终决定,它应该获得荣誉奖来结束这一切。它是最好的GPU,也是最差的GPU。

4090与很久以前的980 Ti和1080 Ti没有什么不同,因为它是目前最快的游戏GPU,并且遥遥领先。AMD的竞争对手RX 7900XTX在原始马力方面并没有落后太多,但4090在光线追踪方面取得了巨大的领先优势,而且DLSS比FSR好一点。尽管4090的性能领先距离我们在1080Ti上看到的井喷还很远,但它仍然处于同类产品中。

这一切都被4090的两个非常难以忽视的负面属性所抵消。4090的整体电源状况充其量也令人不快,4090的功耗远远超过400瓦,并且使用有问题的12VHPWR连接器。尽管电源插头现已停产并已进行了修改,但这对于重新设计之前制造的许多4090卡来说并没有任何改变。仅此一点,4090就可能被称为一场灾难。

4090也象征着过去五年里PC游戏的价格有多高。它的建议零售价为1600美元,价格相当于一台带有一些不错的游戏硬件的PC机。当然,4090只是在定价方面领先于3090,但3090最初的设想更多的是作为一个泰坦级的豪华GPU。RTX 3080的性能仅次于RTX 3090;RTX 4080比RTX 4090慢得多。

当4090如此昂贵时,很难说4090是980 Ti和1080 Ti的直接继承者。980 Ti和1080 Ti因其相对性能的便宜而受到称赞,前者上市时售价为649美元,后者上市时售价为699美元。如今,您甚至找不到4090,其建议零售价已高达1,599美元,最便宜的设备往往要花费2,000美元或更多。

很明显,RTX4090虽然在很多方面都很出色,但不可能成为英伟达有史以来最伟大的GPU之一。如果它没有容易熔化的连接器并且售价甚至为1,000美元,那么它可能会成为下一个GTX1080Ti。相反,我们仍在等待新的冠军。

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