再次夺回“帝王”宝座！GTX 690详细评测 _ 游民星空 GamerSky.com

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又一个打破“规律”的王者

习惯和定式被打破对于很多人来说都是非常难以接受的过程，但命运的安排者似乎并不打算让所有人都感到“好过”。2012年4月29日，NVIDIA在上海举办的GeForce LAN上发布了基于Kepler架构的单卡卡皇——GeForce GTX690。这是NVIDIA历史上第一次先于竞争对手发布单卡双芯架构的最顶级旗舰产品，在这场由GeForce GTX690发起的对显卡性能王座的成功突袭中，过去6年时间里积累的又一个先入为主的概念被打破了。

时间是很厉害的东西，慢慢流淌的时光会让很多现象凝固成习惯或者先入为主的概念，比如说过去的6年时间里，我们似乎就因为长时间的固定节奏而将“NVIDIA总会提供性能更强但却更大的核心，并因此而不得不在节奏上比竞争对手更晚推出单卡双芯架构来争夺性能王座”这件事当做先入为主的必然。即便是在GeForce GTX680将更好性能需要更大芯片才能实现这样的思维定势打破之后，依旧还是有相当多的人认为NVIDIA的单卡双芯旗舰GeForce GTX690会在更晚的时候才会到来。

 “后发先至”的Kepler架构卡皇——GeForce GTX690

作为全新一代性能王座的争夺者，GeForce GTX690继承并很好地利用了来自Kepler架构的优秀特性，让我们再次领略了一款最顶级显卡所应该具有的震撼性能。与此同时，它还是NVIDIA注重产品工业设计要素的一次良好体现，其新颖的外观设计不仅完成了视觉要素恰到好处的突出，更将其与散热成功的结合在了一起。

GeForce GTX690解析

究竟怎样的性能才配得上性能王者的桂冠呢？能够称其为“卡皇”的GeForce GTX690究竟有着怎样的特点呢？除了性能，这位新的王者又给我们带来了哪些更加重要的东西呢？为了这些问题的答案，在今天的全球同步首发测试中，就让我们为你展现一个完整而鲜活的GeForce GTX690吧。

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  • 第1页：又一个打破“规律”的王者
  • 第2页：性能王座拥有者的更多细节
  • 第3页：高频好助手——SMX单元解析
  • 第4页：全新的Pre-Scheduling过程
  • 第5页：更宽泛的GPU Boost调节频率
  • 第6页：拒绝画面撕裂：主动式垂直同步
  • 第7页：全新边缘检查抗锯齿：TXAA
  • 第8页：依旧可以达成的单卡多屏
  • 第9页：NVENC：硬件H264编码引擎
  • 第10页：第一位穿“铠甲”的皇帝
  • 第11页：卡皇全家福
  • 第12页：测试平台及测试项目简介
  • 第13页：理论性能测试：3DMark Series
  • 第14页：DirectX 9.0C游戏测试：CWOW-CTM
  • 第15页：DirectX 10游戏测试：Crysis
  • 第16页：DirectX 10游戏测试：FarCry 2
  • 第17页：DirectX 11游戏测试：BattleField 3
  • 第18页：DirectX 11游戏测试：Crysis2
  • 第19页：DirectX 11游戏测试：Call of Duty MW3
  • 第20页：DirectX 11游戏测试：Metro 2033
  • 第21页：DirectX 11游戏测试：H.A.W.X 2
  • 第22页：DirectX 11游戏测试：LostPlanet 2
  • 第23页：DirectX 11应用测试：天堂3.0
  • 第24页：游戏性能综合比率
  • 第25页：功耗温度及性能功耗比测试
  • 第26页：测试总结：显卡发展重回正轨

● 性能王座拥有者的更多细节

GeForce GTX690与GeForce GTX680同样基于全新的Kepler图形构架，拥有多达71亿的晶体管规模，采用两颗完整规模的GK104芯片，每颗核心面积294平方毫米。由于采用了两颗完整规模的GK104芯片，GeForce GTX690的运算资源总量达到到了3072个ALU，Texture Filter Unit与构成后端的ROP也因此翻倍到了256/64个。由于单卡双芯显卡显存位宽仅对单个核心有意义，因此GeForce GTX690拥有256bit的有效显存位宽。

GeForce GTX690 对 位 产 品 规 格 比 较 表
显卡型号
市场定价
GPU代号
GPU工艺
GPU晶体管
着色器数量
着色器组织
ROPs数量
纹理单元数量
核心频率
着色器频率
理论计算能力
等效内存频率
内存位宽
内存带宽
内存类型
内存容量
DX版本支持
HD视频技术
通用计算接口

*注：以上定价均为首发美元价格

GTX690的特色由六个主要的部分组成：

1、基于HKMG的TSMC全新28nm工艺以及由此带来的高性能功耗比。

2、铝合金外壳设计，关键部位支撑件采用镁合金。

3、2颗完整规格的GK104核心。

4、更高的默认GPU Boost幅度。

5、理论上等效翻倍的显存容量。

6、单卡4屏输出以及单卡3屏3D Vision输出。

显存的等效容量是GeForce GTX690值得注意的地方。NVIDIA在CUDA4.0中引入了UVA（跨GPU显存虚拟定址），多GPU体系的显存已经完全构成了一个整体，不同GPU可以直接跨越PCI-Express总线访问全部GPU所拥有的显存，因此GeForce GTX690的有效显存容量在理论上已经翻倍到了真正的4096MB，而非传统的不支持跨GPU统一定址架构那样的虽然拥有翻倍显存但实际等效部分依旧对应单核心容量。目前这一点尚未得到NVIDIA的官方明确确认，我们会对此保持持续关注的。

 UVA让GeForce GTX690统一板载显存成为可能

尽管Kepler构架的整体功耗控制相当出色，但将两块完整规格同时运行频率接近1GHz的GK104核心放在一起，其所产生的功耗依旧不容小觑，因此GeForce GTX690在维持显存频率不变的前提下使用了较之GeForce GTX680略有下降的核心频率，其默认频率分别达到了为915/6008MHz。为了保持更好的性能，GeForce GTX690采用了比GeForce GTX680更高的默认GPU Boost提升幅度（并非最大GPU Boost提升幅度），因此在大多数情况下GeForce GTX690的GPU Boost频率都与GeForce GTX680非常接近。

 更高幅度的GPU Boost调节范围

GeForce GTX690的Pixel Fillrate能力为29.3G/S，默认Texture Fillrate能力为117.2G/S。由于显存频率和位宽均与GeForce GTX680相同，因此GeForce GTX690也具有192.3GB/S的显存带宽，同时拥有2.81TX2的单精度浮点运算能力。

与上代单卡双芯架构的GTX590不同，GeForce GTX690拥有十分接近于单芯显卡的默认运行频率，这种极高的默认频率不仅源自TSMC 28nm HKMG工艺带来的好处，更多的原因来自Kepler架构优秀的底层设计，其中最大的三个功臣分别是SMX单元、Pre-Scheduling过程以及GPU Boost。

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● 高频好助手——SMX单元

SM是NVIDIA GPU的ALU团簇基本单元，在Kepler中SM部分的改进可谓翻天覆地，NVIDIA采用的全新的SMX单元彻底改变了传统的SM单元的内涵，它在赋予整个体系极高的性能功耗比的同时，直接导致了今天这样完整规格同时默认运行频率极高的Geforce GTX690的诞生。

Kepler所采用的SMX单元与Fermi的SM单元在逻辑结构上十分近似，都拥有完整的几何前端，线程仲裁机制，ALU团簇，Texture Array以及unified cache/shared和Register。除了没有后端之外，可以说一个SM/SMX单元在结构上已经趋近等同于一颗标准GPU了。

GK104逻辑架构

与Fermi的SM单元规模对应线程粒度单位warp（32 ALU VS 32 Thread）不同，Kepler的SMX单元急剧放大了ALU团簇的整体规模，其ALU总量从过去的32个增加到了192个。与此同时，SMX单元的线程仲裁管理机制也得到了绝对数量上的放大。负责线程分派和发放管理的Warp Scheduler从过去的2个增加到了4个，与之对应的Dispatch Unit从过去的2个增加到了8个，Warp Scheduler与Dispatch Unit的比例提升变成了1:2。

SMX单元结构

在放大ALU团簇的同时，NVIDIA还进一步放大了与ALU团簇对应的Register。根据NVIDIA提供的资料，GK104架构中每个SMX的Register较之Fermi的SM放大了一倍，达到了65536X32bit的规模。

在Unified Cache体系方面，Kepler与传统的Fermi在结构上没有多大的差异，其L1/shared以及L2 cache的大小和比例均未发生变化，仍旧维持64K的L1/Shared以及128K/MC的L2尺寸。整个体系中最值得关注的变动来自L2 cache速度以及带宽的提升，NVIDIA称Kepler的L2 cache目前运行在分频状态下，默认运行频率是核心频率的一倍，这为GK104提供了比过去大得多的L2带宽，这为通用计算性能以及Texture性能的提升创造了有利的条件。

更为强劲的SMX性能

更大的ALU规模、更多的线程仲裁机制以及更大的寄存器缓冲为SMX带来了全新的性能表现，新的逻辑设计让Kepler的运算单元拥有了2倍于Fermi的性能功耗比。更高的能耗比为单卡双芯的设计减轻了很多功耗层面的负担，因此GeForce GTX690得意以完整的GK104芯片规模运行在更高的频率之上，并以此获得了毫无争议的性能王座。

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● 全新的Pre-Scheduling过程

早在GeForce GTX680的首测的过程中，Kepler架构全新的Scheduling过程就引起了我们极大的兴趣，它是Kepler众多“黑科技”中隐藏最深同时可能产生的影响也最为深远的改进之一。由于ISA结构资料的缺失以及测试初期对底层架构信息掌握的不足，我们在当时无法了解这一改进的细节。伴随着信息收集以及后续测试的不断深入，我们现在终于获得了足够的细节，同时也成功的将它与GK104的SMX结构改进以及NVIDIA的架构发展过程联系在了一起。

GPU的逻辑结构决定了它并不适合被用来执行关联度过高过深的条件分支过程，因此对于任务的关联性检查以及将关联指令打散到不同的线程块中就成了整个GPU任务队列执行过程中一个非常重要的步骤。在以Fermi为代表的传统仲裁体系中，任务会在解码过程之后完成指令的关联性检查，如果指令存在超过一定限度的关联性，为了规避条件分支对性能产生的影响，这些指令会被重新打包以便ALU团簇进行吞吐。在完成这些关联性检查之后，明确执行方向的指令才会被送入流水线中进行执行。为了加快这一过程的速度，Fermi架构为这个过程提供了Multiport Post decode Queue以及对应Register的硬件支持。这部分工作执行的场所以及Multiport Post decode Queue和对应Register所处的位置，就在SM单元的Logic controller。

Kepler引入的全新Scheduling过程

在Kepler中，这一传统的过程发生了巨大的变化，任务会在进入GPU之前先根据Sched.info进行关联度判断以及选择，然后直接进行解码并被送入流水线中完成后续处理。传统的关联性检查以及指令重组等过程被Sched.info-select所取代。在执行过Pre-Scheduling过程之后，指令从解码到执行之间的延迟被大幅降低，整个流水线因此获得了更高的执行效率和复用率。而执行这一过程的场合也不再是SMX单元的Logic controller，它被挪到了我们熟悉的X86处理器，也就是你主板上插着的那颗CPU中。

Fermi架构SM单元内部的Scheduler以及Dispatch Unit比例

由于新的Scheduling过程在CPU中基于软件形式完成，因此传统Logic controller中与Pre-Scheduling相关的硬件，比如Fermi中的Multiport Post decode Queue（解码后队列）以及对应的Register（寄存器）等等DCA（Dependency check Architecture，负责依赖性检查的逻辑结构）也就没有了存在的必要，它们所占用的晶体管资源可以被释放出来，Logic controller的规模也因此得以大幅削减。尽管目前的Pre-Scheduling只涉及中等以下关联性的检查，并没有完全取代全部的Scheduling动作，关联度较深的指令依旧需要传统的硬件DCA来快速执行，但这一改进还是促使NVIDIA将SMX中Warp Scheduler的密度削减到了Fermi的1/3。

Fermi的SM单元结构比例

除此之外，Pre-Scheduling让指令从解码到执行之间的过程变得更加简洁，从线程进入SMX到抵达ALU进行执行这一过程的延迟也被降低。延迟的缩短缓解了线程派发效率带来的负担，让硬件不再需要配备大量的分派资源来提升任务分派的效率，以便抵充前面延迟所带来的性能损失，因此SMX单元中的Dispatch Unit密度也随之得以降低。在SMX中，NVIDIA配给的Dispatch Unit密度只有Fermi的66%。

Kepler的SMX单元结构比例

DCA的大量削减以及Warp Scheduler和Dispatch Unit密度的下降促成了Logic controller的的最终瘦身，这不仅直接导致了NVIDIA可以放心大胆的扩张SMX单元的规模，将更多ALU资源纳入到GPU体系中去，更成功的将传统DCA硬件运行过程的功耗转移到了CPU当中。有了更多直接运算资源带来的性能，同时功耗矛盾也得到了缓解，基于Kepler构架的GeForce GTX690拥有目前的单卡性能王座也就不是什么奇怪的事情了。

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● 更宽泛的GPU Boost调节频率

Kepler架构中引入的最具颠覆性的特性，来自GPU Boost技术带来的动态频率管理机制，它的出现彻底改变了人们对于性能及显卡使用方式的传统定义。

GPU Boost技术的核心内容，在于通过遍布全卡的数十个传感器实时收集数据，并根据这些数据及时掌握整卡的即时功耗状况，接下来根据当前功耗与设计TDP之前的差距，动态的调节GPU的运行频率，使其能够运行在更高的频率之上，以达到随时随地自动获取最大性能的目的。

GPU Boost可以充分利用实际功耗与TDP的差值空间

每一款不同的游戏程序/应用因为各自不同的编程特点，在实际运行中会令构架反映出不同的负载或者说GPU使用情况，这种GPU负载的不同，归根结底是GPU构架的单元复用率以及程序对硬件不同组元使用率差异造成的欠载所导致的。这些无法避免的欠载，会让GPU在绝大多数场合都不会运行在设计功耗数值之上。欠载以及未能让GPU运行在既定满载功耗这一现象本身，实际上就是GPU内部单元复用率不足的外在表现。

当构架设计完成之后，构架的诸如单元复用率之类的特性也就随之凝固，游戏程序及应用程序在编写完成之后也要面临对不同构架使用情况发生凝固的情况。既然我们无法改变构架的单元复用率，也无法适时修改程序对单元的使用情况，同时两者的矛盾已经已经被体现在了实际运行功耗与设计功耗之间的差异上，那么增大整个构架的运行频率，善加利用实际功耗与设计功耗之间的差值空间来获得更高的总执行能力，就成了提升性能以及解决单元复用率不足矛盾的最好办法了。

GPU Boost在应用程序中是实时调整的

GPU Boost技术所进行的动作，实际上是建立在性能与功耗平衡的基础之上的。当前频率下单元复用率不足会带来实际功耗与设计功耗之间的差异，可以被等效成频率的提升额度。所以GPU Boost可以以TDP为终点，根据游戏中瞬时单元复用率决定的欠载情况决定GPU的实时运行频率，让GPU能够在功耗一直维持在设计水平的前提下，实时的获得最强的游戏性能。

与此同时，GPU Boost对于频率的控制还具有反向性。当玩家们觉得当前的游戏帧数远远大于自己的需求时，也可以通过对帧数的限定来让GPU Boost达到节能的目的。因为构架的单元复用率凝固且时时刻监控，较低的帧数需求也就意味着较低的频率，因此GPU Boost可以根据玩家限定的低于最大构架性能的帧数来实时下调GPU的运行频率，并达到节能以及换取更佳功耗表现的目的。

GPU Boost动作记录

我们必须强调的一点——GPU Boost并不是超频，起码不是单纯意义上的超频。传统意义上的超频是频率动作的终点，一旦超频完成，GPU频率将不会再根据任何情况发生变动。而GPU Boost对频率的调节是建立在实时真实功耗与TDP差值的基础之上的，它既可以让GPU充分利用功耗差值空间来运行在比超频频率更高的频率之上，又可以通过限定帧数需求来让GPU运行在更低的频率水平上。因此GPU Boost技术出现之后的超频，变成了频率控制的起点。

利用功耗空间动态调节频率来解决GPU内部单元复用率不足的矛盾，同时还可以反向的利用限定性能上限的方式来换取更好的功耗发热表现，这些特性让GPU Boost成了一个划时代的技术，它是目前为止我们所见过的最具想象力，同时也是最直接的综合性能/功耗管理手段。凭借这种全新的管理手段，Kepler架构在性能与功耗两端达成了完美的平衡。

GTX690的GPU Boost上限更加宽泛

在GeForce GTX690中，由于默认核心频率的下降，GK104核心的运行功耗与TDP上限之间有了更大的差距空间，这进一步提升了GPU Boost的默认调节范围。有介于此，NVIDIA将GeForce GTX680中的52MHz（1006/1058MHz）的常规Boost幅度抬升到了104MHz（915/1019MHz），这一倍的Boost幅度放大帮助GeForce GTX690更好地面对了内部单元负载不足时的性能问题，更好的达成了性能与功耗的平衡统一。

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● 拒绝画面撕裂：主动式垂直同步

除了SMX以及GPU Boost等全新设计之外，NVIDIA还在Kepler架构中提供了诸多有意思的“用户向”设计，Adaptive VSync（主动垂直同步）便是其中之一。它的出现改变传统垂直同步分段式的帧数管理模式，用更加平滑的帧数曲线来最大限度的避免画面撕裂的情况发生。

传统的垂直同步依旧会带来画面撕裂和顿挫的问题

在传统的垂直同步设定中，帧数一般会被机械的划分成30以及60帧两档，当游戏帧数大于60帧时，垂直同步程序会将帧数限定在60帧，而当游戏实际帧数跌落到60帧以内时，垂直同步会将帧数限定成30帧。巨大的帧数落差不仅会给玩家们的游戏过程带来明显的顿挫感，同时还会导致画面撕裂等问题的出现，这不仅影响了游戏过程本身，更与垂直同步技术本身消除画面撕裂的初衷相悖。

Kepler架构的Adaptive VSync技术

在Adaptive VSync中，NVIDIA打破了传统垂直同步技术对帧数下限的限制，当游戏帧数低于60帧之后，Adaptive VSync将会尽量让帧数维持在当前水平，而不是像过去那样直接进入30帧档位。而当游戏帧数大于60帧时，传统的垂直同步机制依旧会发挥作用，游戏帧数依旧会如果去那样被限定在60帧上。

Adaptive VSync选单

相比与传统的垂直同步，Adaptive VSync技术能够带来更加平滑的帧数体验，避免帧数突然暴跌带来的最小帧问题，提升整个游戏的流畅度体验。在此基础上，Adaptive VSync并没有干扰帧数大于60时垂直同步机制的正常工作，因此从深层意义上来讲，Adaptive VSync才是真正实现垂直同步初衷的帧数控制机制。

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● 全新边缘检查抗锯齿：TXAA

抗锯齿技术一直都是平滑物体边缘，提升模型精细度以及视觉美感的重要手段。从最开始的超级采样，到后来的多重采样以及CSAA等极富特色的采样形式，抗锯齿一直都是显卡发展重要的组成部分。

FXAA抗锯齿模式

伴随着DirectX 11的出现，GPU的通用计算性能被越来越多的直接应用在了图形计算过程中，这其中也包含了抗锯齿过程。使用Compute Shader带来的A-buffer等全新特性，边缘检查为主的MLAA以及FXAA这两种全新的抗锯齿形式获得了很好的接受度和支持度。而此次在Kepler中，NVIDIA再次为我们带来了全新的基于边缘检查的抗锯齿模式——TXAA。

NoAA图像质量

TXAA图像质量

TXAA作为改进型的新一代边缘检测型抗锯齿不仅改善了传统的边缘检测型抗锯齿所导致的材质模糊问题，同时还为我们带来了质量极高的细小多边形以及线框部位的AA表现。

8X MSAA图像质量

与之对比的TXAA图像质量

按照NVIDIA公布的数据，TXAA能够以2MSAA的性能代价实现8MSAA的边缘抗锯齿质量，以4MSAA的性能代价实现大幅超越8MSAA的抗锯齿质量。TXAA的接受度相当高，已有包括EPIC以及Crytek在内的多家旗舰级游戏引擎供应商宣布将在旗下的引擎中对其进行支持。

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● 依旧可以达成的单卡多屏

长期以来，NVIDIA对单卡多屏的支持一直都不是十分的积极。尽管这其中有传统构架的单芯显卡的确不具备多屏大分辨率流畅渲染的能力，即便具备多屏输出能力也无法用来顺畅地运行游戏，但其保守的做法并未得到所有用户的理解。

在全新的Kepler架构中，NVIDIA终于兑现了自己的承诺——当单芯显卡在3840*1200甚至更高分辨率环境下具备流畅运行游戏的能力时，NVIDIA将会为玩家们提供对应的单卡三屏甚至以上级别的多屏输出支持和立体视觉解决方案。于是，Single Card 3D Vision Surround来了。

Single Card 3D Vision Surround可以实现单卡四屏输出

在GTX690中，NVIDIA提供了3个DVI以及1个mini DP1.2接口，提供了单卡3840X2160X60Hz的4K分辨率级显示器的支持，允许单块显卡同时输出4个显示器，其中包含3个3D Vision输出以及一个辅助显示输出。

Single Card 3D Vision Surround可以实现单卡三屏3D输出

单卡三屏以及单卡三屏3D输出的实现，让N卡玩家们终于获得了期盼已久的较低成本多屏输出解决方案。目前的GeForce GTX690已经可以和GeForce GTX680一样拥有比过去更加全面的多屏输出选择，更可以以比过去低非常非常多的功耗来完成多屏输出和3D Vision多屏输出。

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  • 第1页：又一个打破“规律”的王者
  • 第2页：性能王座拥有者的更多细节
  • 第3页：高频好助手——SMX单元解析
  • 第4页：全新的Pre-Scheduling过程
  • 第5页：更宽泛的GPU Boost调节频率
  • 第6页：拒绝画面撕裂：主动式垂直同步
  • 第7页：全新边缘检查抗锯齿：TXAA
  • 第8页：依旧可以达成的单卡多屏
  • 第9页：NVENC：硬件H264编码引擎
  • 第10页：第一位穿“铠甲”的皇帝
  • 第11页：卡皇全家福
  • 第12页：测试平台及测试项目简介
  • 第13页：理论性能测试：3DMark Series
  • 第14页：DirectX 9.0C游戏测试：CWOW-CTM
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  • 第16页：DirectX 10游戏测试：FarCry 2
  • 第17页：DirectX 11游戏测试：BattleField 3
  • 第18页：DirectX 11游戏测试：Crysis2
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  • 第20页：DirectX 11游戏测试：Metro 2033
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  • 第23页：DirectX 11应用测试：天堂3.0
  • 第24页：游戏性能综合比率
  • 第25页：功耗温度及性能功耗比测试
  • 第26页：测试总结：显卡发展重回正轨

● NVENC：硬件H264编码引擎

在近3个月前发布的Tahiti构架中，AMD首次引入了针对视频的硬件编码处理单元VCE，这套单元可以以纯硬件的形式完成高清视频的编码过程。而Intel早在Sandy Bridge中就已经引入了类似的电路。如今，NVIDIA在Kepler架构中同样加入了类似的针对性解决机制——NVENC。

NVENC特性

能够提供了一组专门的逻辑电路设计，它可以大大加快包括H.264在内的多种高清视频格式的编码和转码速度。按照NVIDIA提供的数据，NVENC可以4~8倍于“real-time”的编码速度，如果以24帧的播放速率作为real-time的标准，则NVENC可以实现远大于60帧的高清视频实时编码过程。

MediaEspresso软件界面

除了提供更快的编码及转码速度之外，NVENC还提供了更好的性能瓦特比。它可以以十分之一的功耗实现与软件编码过程相同的性能，这从侧面进一步契合和呼应了Kepler构架着重强调性能瓦特比的特点。

目前，由Cyberlink出品的MediaEspresso软件已经率先提供了对NVENC的支持，用户们可以在GeForce GTX690上第一时间体验到NVENC技术带来的好处

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● 第一位穿“铠甲”的皇帝

与我们所见的其他显卡产品不同，GeForce GTX690是第一块采用全金属外壳包覆的显卡产品。搭配透明亚克力以及顶部的绿色LED，GeForce GTX690标志着NVIDIA将显卡的工业设计水平提升到了新的高度。

卡皇正身

卡皇背影

顶端的LED

为照顾两颗足本规格的GK104核心，NVIDIA在GeForce GTX690的PCB上下了不小的功夫，不仅一改GeForce GTX680略显“寒酸”的风格，补完了全部供电元件，更在此基础上大量敷设了各种全新的元件，其PCB长度也达到了上代GTX590的水平。

GTX690 PCB及尺寸

GPU芯片背面元件

供电模块用料

显存供电

板上接口

为了应对两颗GK104芯片以及10+4相供电的发热，同时进一步降低散热系统压力以及使用噪音，GeForce GTX690使用了全铝合金外壳+镁合金关键支撑件的设计方案，不仅达到了坚固与轻量化兼顾的目的，更加强了整卡的散热能力。值得一提的是尽管本次GeForce GTX690的使用温度并不夸张，但这部分热量依旧会被外壳快速带离到显卡表面，所以我们提醒各位用户在使用过程中尽量避免接触显卡本身。

  GTX690散热拆解

  GTX690散热细节

  GTX690散热细节（二）

  GTX690散热细节（三）

  GTX690散热细节（四）

SLI接口

输出接口方案

由于单卡双芯结构，GeForce GTX690仅支持单路SLI接口，2块GeForce GTX690即可达到4颗芯片SLI的效果。其输出接口方面采用了3DVI+mini DP的方案，可以支持4屏输出以及3屏3D输出。

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● 卡皇全家福

在本次参测显卡的集中展示环节，我们将以英文字母顺序进行排序，下面就是本次Geforce GTX690的首发产品。

华硕 GeForce GTX 690

映众 GTX690

微星 N690GTX-P3D4GD5

影驰GTX690

索泰GTX690极速版

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● 测试平台及测试项目简介

性能测试使用的硬件平台由Intel Core i7-3960X、X79 Chipset和4GB*4四通道DDR3-1600内存构成。细节及软件 环境设定见下表：

测 试 平 台 硬 件
Intel Core i7-3960X
（6核 / 12线程 / 100MHz*33 /15MB L3 Cache ）
Intel RTS2011LC
（原厂水冷散热器 / 选配件 ）
Samsung 黑武士 DDR3-1600 4GB
（SPD:9-9-9-24-1T）
ASUS Rampage IV Extreme
（Intel X79 Chipset）
Hitachi 1T
（1TB / 7200RPM / 16M缓存 /50GB NTFS系统）
NERMAX 白金冰核 1500W
（CSCI Platinum 80Plus / 1500W）
DELL UltraSharp 3008WFP
（30英寸LCD / 2560*1600分辨率）

为保证系统平台具有最佳的稳定性，此次硬件评测中所使用的操作系统均为Microsoft Windows 7 正版授权产品。使用Windows 7正版软件能够获得最好的兼容性以及系统升级更新服务。

用户在体验或购买安装Windows 7的操作系统时请认准所装系统是否已经获得正版授权许可！未经授权的非正版软件将无法获得包括更新等功能在内的Windows 7服务。

操 作 系 统 及 驱 动
操作系统
Microsoft Windows 7Ultimate RTM SP1
（64bit / 版本号7601）
Intel Chipset Device Softwarefor Win7
（WHQL / 版本号 9.2.3.1022）
AMD 显卡驱动
AMD Catalsyt
（WHQL / 版本号 12.3）
NVIDIA Forceware
（Beta / 版本号 301.33）
2560*1600_32bit 60Hz

各类合成测试软件和直接测速软件都用得分来衡量性能，数值越高越好，以时间计算的几款测试软件则是用时越少越好。

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● 理论性能测试：3DMark Series

3DmarkVantage及3Dmark11是Futuremark推出的显卡3D性能测试，两款软件分别针对DirectX 10及DirectX 11显卡。测试成绩主要由显卡测试和CPU测试两部分总和构成，整个测试软件更加偏重整机性能。

3Dmark Vantage

3Dmark 11

3Dmark Vantage测试

3Dmark 11测试

近乎翻倍的理论性能测试结果给了我们关于卡皇的第一个冲击。NVIDIA在上一代单卡双芯旗舰GTX590上并未做到如此“迅猛”的理论性能增幅，因此GTX690突破30000大关的3Dmark Vantage以及的近6000分的3Dmark 11都表明了Kepler架构的成功。

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● DirectX 9.0C游戏测试：CWOW-CTM

《魔兽世界》（World of Warcraft）是暴雪娱乐（Blizzard Entertainment）所制作的一款大型多人在线角色扮演游戏（MMORPG），于2004年年中在北美公开测试。《魔兽世界》虽然目前支持DirectX 11 API，但其引擎的基础源自更为老旧的DirectX 9.0C。尽管API较为老旧，但暴雪凭借精湛的美工进行了充分的弥补。

魔兽世界——大灾变

我们采用的测试方法是新建一名人类角色，然后在周末游戏高峰期进入服务器并完成自暴风城正门广场至北郡修道院的48秒flybot过程，该过程中包含建筑及自然环境刻画、光线及光影、大量植被、大量人员及魔法效果等效果。

1920分辨率CWOW-CTM测试

2560分辨率CWOW-CTM测试

老旧引擎编写的魔兽世界并没有能够阻挡住卡皇前进的脚步，近50%的性能提升让这款两颗足本GK104芯片打造的顶级旗舰表现出了甚至是过剩的性能。如果你是一位狂热的顶级副本/竞技场玩家，GeForce GTX690完全可以在任何场合都保证你稳定的发挥。

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● DirectX 10游戏测试：Crysis

多次跳票、万众期待的DirectX 10游戏大作Crysis，把目前PC 3D娱乐的视觉体验发挥到极致的游戏，大量使用DirectX 10的硬件功能，对显卡的负载也提升至空前水平。

Crysis

我们使用游戏自带的CryEngine Benchmark来完成自动测试，测试持续三次，最终成绩取三次平均值。

1920分辨率Crysis测试

2560分辨率Crysis测试

在艺术品级的Crysis中，GeForce GTX690终于一改NVIDIA构架相对较弱的性能表现，在2560分辨率下战胜了所有的竞争对手，其性能甚至达到了GeForce GTX680的188.9%。

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● DirectX 10游戏测试：FarCry 2

《孤岛惊魂2》拥有超高自由度的游戏系统，整个游戏世界面积达到50平方公里，玩家可以自由在其中驰骋，而游戏的结局也是开放的。《孤岛惊魂2》的PC版在2009年内上市，而Xbox 360和PS3版将随后推出。

我们使用游戏自带Benchmark来完成自动测试，测试持续三次，最终成绩取三次平均值。

1920分辨率FarCry 2测试

 2560分辨率FarCry 2测试

在需求相对老旧的FarCry 2中，GeForce GTX690的性能依旧令人感到震撼。面对如此“过剩”的性能，相信屏幕前的你不会只拿它来玩一款过时的DirectX 9/10游戏吧。

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● DirectX 11游戏测试：BattleField 3

战地3是DICE于去年10月底推出的战地系列全新力作，其所采用的寒霜2引擎具备诸多先进的DirectX 11特性，拥有完美光照系统带来的单反照片级图形质量，其完美的多人配合游戏部分也得到了广泛的认可和赞誉。

我们采用游戏第二个任务——碎剑者行动的开始部分作为测试场景，通过fraps软件记录游戏FPS数据，测试时间设置为240秒，此时长为任务开始至剧情发展到第一名队友被狙击手击倒并被我们拖入掩体为止。该段游戏过程包含大量的室内外场景切换，狭窄和开阔地形转换，激烈街巷交战以及出现在其中的复杂光照系统表现。

1920分辨率战地3测试

2560分辨率战地3测试

如果说前面的理论性能以及老游戏测试只是热身的话，那么战地3的测试为我们带来的就是真正“顿足”级别的震撼了。单卡近120帧的绝对性能让即便是最挑剔的大地图网战玩家也能得到流畅的满足，而2560分辨率下74.1帧的平均性能也能让单人任务真正变成一部电影（好吧，尽管剧情有点无厘头……）。

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● DirectX 11游戏测试：Crysis2

《孤岛危机2》是《孤岛危机》的续作，游戏采CryENGINE 3引擎所制作，故事发生在距一代3年后的2023年。外星人在地球上的大片区域挑起了战争，各大城市都遭到攻击，人口锐减，玩家将要进行捍卫地球的末日战争。

我们采用Crysis2 BenchmarkTool来完成测试，场景选择Downtown，测试进行三次，取最高成绩作为最终测试结果。

1920分辨率Crysis 2测试

2560分辨率Crysis 2测试

孤岛危机2为我们延续了战地3的震撼。GeForce GTX690在这款游戏中不仅维持了强劲的性能，甚至在2560分辨率下都达到了接近60帧的性能水平。

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  • 第14页：DirectX 9.0C游戏测试：CWOW-CTM
  • 第15页：DirectX 10游戏测试：Crysis
  • 第16页：DirectX 10游戏测试：FarCry 2
  • 第17页：DirectX 11游戏测试：BattleField 3
  • 第18页：DirectX 11游戏测试：Crysis2
  • 第19页：DirectX 11游戏测试：Call of Duty MW3
  • 第20页：DirectX 11游戏测试：Metro 2033
  • 第21页：DirectX 11游戏测试：H.A.W.X 2
  • 第22页：DirectX 11游戏测试：LostPlanet 2
  • 第23页：DirectX 11应用测试：天堂3.0
  • 第24页：游戏性能综合比率
  • 第25页：功耗温度及性能功耗比测试
  • 第26页：测试总结：显卡发展重回正轨

● DirectX 11游戏测试：Call of Duty MW3

由动视暴雪于去年11月初发布的使命召唤：现代战争3延续了前作的诸多特色，其完美的剧情创造了良好的代入感。图形引擎方面则沿用和改进了已经服役两年的IW4.0引擎，因此拥有良好的硬件“亲和力”。

我们选择游戏第一关过场动画结束主角翻车至玩家再次恢复控制之间的即时渲染部分作为测试场景，测试时长50秒，取期间的平均帧数作为最终测试结果。

1920分辨率使命召唤8测试

2560分辨率使命召唤8测试

测试还在继续，好像依旧没有什么游戏能够阻止卡皇前进的脚步。使命召唤8的IW4+引擎尽管老旧，但GeForce GTX690依旧提供了“远超必须”的性能等级，其较之GeForce GTX680的性能提升幅度达到了183.9%。不过值得注意的是，即便是最新的驱动也依旧没有修正Fermi架构在这款游戏中多卡互联失效的问题，我们希望NVIDIA能够及时解决这一问题。

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  • 第1页：又一个打破“规律”的王者
  • 第2页：性能王座拥有者的更多细节
  • 第3页：高频好助手——SMX单元解析
  • 第4页：全新的Pre-Scheduling过程
  • 第5页：更宽泛的GPU Boost调节频率
  • 第6页：拒绝画面撕裂：主动式垂直同步
  • 第7页：全新边缘检查抗锯齿：TXAA
  • 第8页：依旧可以达成的单卡多屏
  • 第9页：NVENC：硬件H264编码引擎
  • 第10页：第一位穿“铠甲”的皇帝
  • 第11页：卡皇全家福
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● DirectX 11游戏测试：Metro 2033

本作题材基于俄罗斯最畅销小说Dmitry Glukhovsky。由乌克兰4A游戏工作室开发，采用4A游戏引擎，而且PC版支持nvidia的PhysX物理特效。 2013年，世界被一次灾难性事件毁灭，几乎所有的人类都被消灭，而且地面已经被污染无法生存，极少数幸存者存活在莫斯科的深度地下避难所里，人类文明进入了新的黑暗时代。直至2033年，整整一代人出生并在地下成长，他们长期被困在“地铁站”的城市。

我们采取完整运行游戏第二关“Hunter”关卡，并记录其中平均帧数的方式来完成测试。Hunter关卡包含完整的室内场景切换，光照系统，DOF表现以及交战场景，能够全面反映显卡在面对Compute Shader以及超高分辨率材质时的表现。

1920分辨率地铁2033测试

2560分辨率地铁2033测试

测试进行到这里，终于有一个游戏出来阻止卡皇前进的车轮了，它就是地铁2033。作为仅次于Crysis的殿堂级显卡杀手，地铁2033“成功”的在极限分辨率下将GeForce GTX690的帧数压迫到了30/60帧以下。但即便如此，远超其他显卡表现的GeForce GTX690的出现，依旧标志着地铁2033距离真正可玩的那一天已经很近了。

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● DirectX 11游戏测试：H.A.W.X 2

《鹰击长空2》是一款结合了拟真与空战要素而成的模拟飞行游戏，玩家可驾驶多种高性能战机，在高空中进行巡逻、护航、轰炸等任务。值得一提的是，游戏中的地面场景乃参考GeoEye卫星空照图所构建而成，这项游戏与现实生活的科技结合，让玩家仿佛置身于战机的驾驶舱内，逼真的地表风貌一览无遗。

我们采用游戏自带的Benchmark来完成测试，测试进行三次，取三次平均值作为最终结果。

 1920分辨率鹰击长空2测试

2560分辨率鹰击长空2测试

在经历了地铁2033令人窒息似的压迫之后，鹰击长空2的测试让我们长出了一口气——我们再次看到了卡皇表现出“过剩”的性能了，超过250帧的测试结果让这款游戏成了GeForce GTX690表演的舞台。

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● DirectX 11游戏测试：LostPlanet 2

《失落的星球2》背景设在原来第一季的十年后。气候变化融化冰雪覆盖的大陆，创造了新的环境，如丛林。在EDN-3rd的改变下，10年过去了。地球发生了重大改变，冰川已经融化，热带丛林，沙漠冷酷无情。玩家将进入新的环境，与雪贼战斗，以抓住不断变化的地球控制权。玩家将控制他们的英雄跨越6个相互关联的事件，创造一个真正独特的互动体验。有了这个概念，玩家将会有机会从不同的发展角度来动态的改变故事情节。

我们采用游戏自带的Benchmark来完成测试，测试进行三次，取三次平均值作为最终结果。

1920分辨率失落新球2测试

2560分辨率失落星球2测试

基于MT Framework引擎的失落星球2更加注重曲面细分性能，GeForce GTX690在这款游戏中依旧是名符其实的卡皇。

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● DirectX 11应用测试：天堂3.0

《Heaven Benchmark 3.0》是由俄罗斯Unigine游戏公司开发设计的一款Benchmark程序的最新版本，该程序是由Unigine公司自主研发的游戏引擎设计，支持DirectX 9、DirectX 10、DirectX 11与OpenGL 3.2 API，通过数十个场景的测试最终得出显卡的实际效能。

1920分辨率天堂3测试

2560分辨率天堂3测试

在经历了几次版本更迭之后，天堂已经从单纯的曲面细分测试软件发展成了今天的综合性DirectX 11测试软件。在最新的天堂3.0中，GeForce GTX690依旧以卡皇的身份碾压着所有的对比测试对象，其性能达到了GeForce GTX680的185%以上。

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● 游戏性能综合比率

我们收集了全部9款参测游戏以及天堂3的帧数数据，以GTX690为基础将在游戏中的表现与所有参测显卡进行了一一对比，下面就是所有参测显卡在全部测试游戏中相对于GTX690比率的平均值。由于包括GTX690在内的全系列N卡在地铁2033的2560分辨率下无法无BUG的完成测试，故2560环境下的数值并未将其计入其中。

1920分辨率游戏性能比率

2560分辨率游戏性能比率

新生卡皇给我们的震撼是真实的，1920分辨率下超过30%以及2560分辨率下超过40%的性能增幅让GeForce GTX690成了一款相当称职的新旗舰。如果下一代NVIDIA单芯GPU产品要寻找性能标杆作为超越的对象的话，GeForce GTX690将会是非常合适的标的。

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● 功耗温度及性能功耗比测试

在功耗温度测试环节，我们采用Furmark满载的方式让显卡达到全负荷工作的方式，来收集GTX690的满载平台功耗以及温度数据。

GTX690平台待机功耗

GTX690平台满载功耗

GTX690满载温度

测试的结果是令人满意的。作为单卡双芯的超大型旗舰级显卡来说，GeForce GTX690的功耗、温度以及噪音均在可控范围内，尤其是其满载时几乎听不到任何明显的噪音，这作为一款卡皇来说是相当难能可贵的。

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● 测试总结：显卡发展重回正轨

测试到这里就全部结束了，卡皇给我们造成的各种冲击感总算可以暂时告一段落了。当喧嚣归于平静之后，我想每个静下心来思考的人都应该会发现GeForce GTX690绝不仅仅只是一块性能卓越的显卡那么简单，它的出现带给我们很多东西，它在完成了对GPU性能王座的成功突袭的同时，还将一样更加重要的东西还给了我们每个人，那就是GPU性能的正常增长步伐。

GeForce GTX690是当之无愧的全新卡皇

我们所经历的所谓上一代显卡产品升级，也就是Evengreen-Cayman以及GF100-GF110的轮换，从一般意义上来讲根本就不能算是一次正常的性能演进过程。HD5870-HD6970的升级过程伴随了AMD修正Evengreen架构缺陷的种种努力，这些并不彻底的努力让我们没有从中获得有效地GPU效率和绝对性能提升。而GTX480-GTX580这种纯EDA升级似的改进，干脆只是将“原本就该这样”的Fermi完整版展现在了我们面前而已。在架构效率没有得到有效提升的前提下，无论AMD还是NVIDIA所采用的工艺也都没有进行任何实质性的拓展。所以我们所收获的“好像经历过一次升级”的前代GPU架构产品，其实都只不过是AMD和NVIDIA“应该”呈现给我们的第一代DirectX 11架构罢了。

Evengreen架构的RV870芯片

受架构演进乏力以及工艺未能如期进步的双重因素制约，不仅上一代单芯GPU旗舰的性能未能获得30%以上提升这一及格线，甚至连双芯架构的GTX590以及HD6990也未能表现出预期中的性能级别。2009年底~2011年底这两年多的时间，可以说是人类GPU发展史上进步最缓慢的一个时期。这种缓慢不仅让硬件市场苦不堪言，更直接影响了软件的发展并造就了另一个恶性循环。

HD5870显卡

如果不是为了短期利益而出现的Evengreen，我们本该在正确的周期上同时获得性能和设计方向都“正确”的A/N双方产品，并进而享受到GPU市场良性发展带来的适当的性能抬升。HD5870的出现同时透支了双方的节奏，在让NVIDIA不得不提前放出不成熟产品的同时也让AMD后续的架构设计和发展节奏变得混乱不堪，并最终直接影响了HD7970的表现。

整个GPU界的发展以及我们所有人的需求，都被AMD两年半之前的短视成功的绑架了……

Geforce GTX690采用的GK104-355-A2核心

Kepler的出现有很多重要的意义，它不仅给我们带来了性能更佳的单芯以及单卡双芯旗舰级产品，更将正常的GPU性能增长幅度带回到了我们身边。无论是今天测试的GeForce GTX690还是之前已经带给我们颇多惊喜的GeForce GTX680，它们在具有优异性能的同时，所达到的最重要的目标就是相对于前代旗舰架构产品30%~40%的性能增长幅度。Kepler在完成架构更迭的同时带来这种增幅，不仅让我们获得了本该属于我们的图形性能，更为接下来即将到来的双方的改进型架构提供了一个合格的性能参考点。如果AMD和NVIDIA能够珍惜Kepler架构以及本次双方架构升级所带来的机会，我们将可以再度回到正常的市场以及应用环境的发展轨道上。

卡皇正等待着挑战者的到来

对于GeForce GTX690来说，它的表现对于性能王座来说当之无愧，它背后的意义让卡皇的称号更加名至实归。尽管较高的售价给它的胜利奏出了一个不太和谐的音节，但这个音节本身也是之前GPU界发展所累积的诸多不和谐中的延续而已。相信随着时间的推移以及AMD卡皇挑战者HD7990的不断临近，我们面前还将出现更多的惊喜甚至是新的王者。为了那一天的尽快到来，让我们心存希望并拭目以待吧。

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