NVIDIA GeForce 800

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。^[1][2]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。^[3][4][5]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。^[6][7]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。

NVIDIA GeForce 800系列

发布日期	2014年
代号	Fermi (28nm) GF117 Kepler(28nm) GK104 Maxwell (28nm/20nm) GM107 GM108
显示卡
入门GPU	行動平台：820M、830M、840M
中端GPU	行動平台：GTX 850M、GTX 860M
高端GPU	行動平台：GTX 870M、GTX 880M
API支持
Direct3D	Direct3D 12 Shader Model 5.0
OpenGL	OpenGL 4.4
OpenCL	OpenCL 1.2
历史
前代产品	GeForce 700系列
后继产品	GeForce 900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。^[8][9]NVIDIA的CEO黃仁勳稱，這樣做使得GPU更加獨立於主CPU^[10]。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。^[11]

2010年9月NVIDIA宣布下一代顯示核心架構『Maxwell』。^[12]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。^[13]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。^[11]

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，性能、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。^[14]
• 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。^[14]
• 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。^[14]

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。^[14]

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/存儲單元以及特殊功能單元，不像Kepler那樣一個排程引擎需要共用資源。不過，紋理單元以及FP64 CUDA核心則仍然是共用的。^[14]SMM提供比SMX更細粒度的資源分配，當負載並非為共用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。^[14]

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用記憶體，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。^[15]

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。^[16]2014年，這個構想的架構被定名為『Pascal』^[17][18] 『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。^[19][17]

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，^[14]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。^[14]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^[20] - 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，但各型號的核心配置不一。

晶片規格

主条目：NVIDIA顯示核心列表

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 統一渲染器/流處理器數量 : 紋理映射單元數量 : 渲染輸出單元數量
• 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

型號	推出年分	晶片代號	製程 (奈米)	電晶體數 (百萬個)	晶粒面積 (平方毫米)	匯流排介面	核心配置 SPs:TMUs:ROPs1	時脈配置			填充率		顯示記憶體配置				API支援（版本）4				運算效能 （GFLOPS）		熱設計功耗 (W)
								預設 (MHz)6	加速 (MHz)	記憶體 (MT/s)	像素 (GP/s)2	材質 (GT/s)3	容量 (MiB)	匯流排類型	匯流排寬度 (位元)	頻寬 (GB/s)	DirectX	OpenGL	OpenCL	Vulkan	單精度浮點數5	雙精度浮點數5
GeForce 800M[21][22]	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	未知	141.7	未知	15
GeForce 810M (GF117)[23]	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	1024 2048	DDR3	64	16	11.0	4.4	1.1	未知	141.7	未知	15
GeForce 810M (GK107)[24]	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	1024 2048	DDR3	128	28	11.2	4.5	1.2	未知	622.1	未知	45
GeForce 820M (GF117)[20][25]	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	1024 2048	DDR3	64	14.4	11.0	4.4	1.1	未知	240～297.6	未知	15
GeForce 820M (GK107)[26]	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	1024 2048	DDR3	128	28	11.2	4.5	1.2	未知	622.1	未知	45
GeForce 825M[27]	2014年3月12日	GK208	28	未知	87	PCIe 3.0 x16	384:32:16 (2 SMX)	850	未知	1800	6.8	27.20	1024 2048	DDR3	64	14.4	12.0	4.5	1.2	1.0	652.8	未知	33
GeForce 830M[28]	2014年3月12日	GM108	28	未知	未知	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	未知	33
GeForce 840M [29]	2014年3月12日	GM108	28	未知	未知	PCIe 3.0/2.0 x16	384:24:8 (3 SMM)	1029	1124	2000	8.2	24.7	1024 2048	DDR3	64	16.02	12.0	4.5	1.2	1.0	790.3	未知	33
GeForce 845M (GM107)[30]	2015年2月7日	GM107	28	1870	148	PCIe 3.0 x16	512:32:16 (4 SMM)	863	未知	2000	13.81	27.62	1024 2048	DDR3	64	16	12.0	4.5	1.2	1.0	883.7	未知	45
GeForce 845M (GM108)[31]	2015年8月26日	GM108	28	未知	未知	PCIe 3.0 x16	384:24:8 (3 SMM)	1071	1176	5000	17.14	34.3	1024 2048	GDDR5	64	40	12.0	4.5	1.2	1.0	822.5	未知	33
GeForce GTX 850M[32]	2014年3月14日	GM107	28	1870	148	PCIe 3.0 x16	640:40:16 (5 SMM)	936	未知	5000	14.4	36.1	2048	GDDR5 DDR3	128	80 32	12.0	4.5	1.2	1.0	1198.1	未知	45
GeForce GTX 860M (GK104)[33][34]	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	未知	75
GeForce GTX 860M (GM107)[33][35]	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	未知	75
GeForce GTX 870M[36]	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	未知	100
GeForce GTX 880M[37]	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	4096 8192	GDDR5	256	160	12.0	4.5	1.2	1.0	2930.7	未知	122

參見

• Project Denver

參考資料

1. 马甲新境界：GeForce 800M震撼登场. mydrivers.com. [2014-02-10]. （原始内容存档于2014-02-20）.
2. G92蝉联四代马甲：GeForce 800M显卡登场. pconline.com.cn. [2014-02-10]. （原始内容存档于2014-02-21）.
3. Details on Nvidia's GeForce GTX 750 Ti, GTX 750 cards leak （页面存档备份，存于互联网档案馆） - techspot.com
4. GTX750Ti、GTX750长这样：规格也定了 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - mydrivers.com
5. 新Maxwell显卡GTX750 Ti居然开放预定 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - inpai.com
6. 抛弃GTX 800系列的命名方式 NVIDIA下月直接发布GTX 980/970. gamersky.com. [2014-09-06]. （原始内容存档于2014-09-06）.
7. NVIDIA本月18日发GTX 980/970显卡. 网易. [2014-09-06]. （原始内容存档于2014-09-06）.
8. Nvidia Maxwell to be first GPU with ARM CPU in 2013 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Guru3d.com
9. 存档副本. [2015-06-20]. （原始内容存档于2013-10-20）.
10. Nvidia Maxwell Graphics Processors to Have Integrated ARM General-Purpose Cores. （页面存档备份，存于互联网档案馆）, xbitlabs.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）
11. Nvidia: Next-Generation Maxwell Architecture Will Break New Grounds.. （页面存档备份，存于互联网档案馆）, xbitlabs.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）
12. NVIDIA reveals upcoming GPU architectures. （页面存档备份，存于互联网档案馆）, hexus.net （页面存档备份，存于互联网档案馆）
13. 存档副本. [2014-02-10]. （原始内容存档于2014-01-16）.
14. Smith, Ryan; T S, Ganesh. The NVIDIA GeForce GTX 750 Ti and GTX 750 Review: Maxwell Makes Its Move. AnandTech. 18 February 2014 [18 February 2014]. （原始内容存档于2014年2月18日）.
15. 存档副本. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-09-11）.
16. Smith, Ryan. NVIDIA Updates GPU Roadmap; Announces Volta Family For Beyond 2014. AnandTech. 19 March 2013 [19 March 2013]. （原始内容存档于2013-03-21）.
17. 存档副本. [2014-04-02]. （原始内容存档于2014-03-25）.
18. Smith, Ryan. NVIDIA Updates GPU Roadmap; Unveils Pascal Architecture For 2016. AnandTech. 26 March 2014 [26 March 2014]. （原始内容存档于2014-04-04）.
19. 存档副本. [2014-02-10]. （原始内容存档于2014-02-21）.
20. GeForce 820M | Specifications | GeForce. [2014-02-12]. （原始内容存档于2015-12-19）.
21. GeForce 800M | Specifications | GeForce. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-10）.
22. GeForce 800M | Specifications | techpowerup.com. [2015-02-28]. （原始内容存档于2016-06-24）.
23. GeForce 810M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-24）.
24. GeForce 810M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-24）.
25. GeForce 820M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-31]. （原始内容存档于2016-06-25）.
26. GeForce 820M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-31]. （原始内容存档于2016-05-23）.
27. GeForce 825M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-24）.
28. GeForce 830M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-10）.
29. GeForce 840M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-17）.
30. GeForce 845M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-24）.
31. GeForce 845M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-06-24）.
32. GeForce GTX 850M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-06）.
33. GeForce GTX 860M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-04）.
34. GeForce GTX 860M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-31]. （原始内容存档于2016-05-19）.
35. GeForce GTX 860M | Specifications | techpowerup.com. [2016-05-30]. （原始内容存档于2016-05-19）.
36. GeForce GTX 870M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-19）.
37. GeForce GTX 880M | Specifications | GeForce. [2014-04-02]. （原始内容存档于2015-12-10）.

外部連結

• Nvidia Nsight（页面存档备份，存于互联网档案馆）