ARTIKEL/TESTS / ZOTAC GeForce GTX 780 im Praxistest

Die ZOTAC GeForce GTX 780 mit GK110-GPU im Überblick.

Im Vorwort haben wir bereits kurz angedeutet, dass als Basis für die GeForce GTX 780 die schnelle GTX Titan bzw. der GK110-Grafikchip dient. Bis zur Präsentation der GTX Titan vor einigen Monaten, kam die GK110-GPU bis dato nur in Nvidias Tesla-Produkten zum Einsatz. Der rund 550 mm² große Chip basiert ebenso auf der mit der GeForce GTX 680 eingeführten Kepler-Architektur, beinhaltet aber einige Änderungen. Während Kepler bei der GeForce GTX 600er Serie auf insgesamt vier Graphics Processing Clusters (GPCs) setzte, kommt die GK110-GPU mit fünf GPCs daher. Neben jeweils einer Raster-Engine, besteht ein solcher GPC aus drei (GTX 680 nur zwei) Streaming Multiprocessor Blöcken (SMX), die die Streaming Multiprocessors (SM) von Fermi ersetzen.

Jeder SMX beherbert 192 Shadereinheiten (1D), die pro Takt eine MADD-Operation durchführen können. Bei der GeForce GTX Titan hat Nvidia 14 der insgesamt 15 physikalisch verfügbaren SMX aktiviert, woraus sich in Summe 2.688 Shadereinheiten ergeben (GTX nur 1.536). Die GTX 780 muss sich nun mit 12 der SMX begnügen und hat daher Zugriff auf insgesamt 2.304 Shadereinheiten. Abgesehen von diesen Single-Precision-ALUs (FP32), hat Nvidia auch 64 Double-Precision-Kerne (FP64) pro SMX integriert. Aufsummiert ergibt dies insgesamt 768 Einheiten. Jeder dieser SMX hat Zugriff auf 16 TMUs (Texture Mapping Units), was im Falle der GTX 780 somit 192 dieser Einheiten ergibt. Von vier auf sechs angewachsene ROP-Cluster mit jeweils acht Raster Operation Processors ergänzen die technischen Eckdaten des GK110 (siehe Tabelle unten). Für die Anbindung von GDDR5-Speicher stehen insgesamt sechs Speicher-Controller mit jeweils 64 Bit zur Verfügung, was 384 Bit gegen 256 Bit der Kepler-GPUs in den GTX 600er Modellen ergibt. Der Referenztakt beträgt weiterhin 3.004 MHz und wurde 1:1 vom großen Bruder GTX Titan übernommen.

Optisch kann man die GTX 780 kaum von einer GTX Titan unterscheiden.

Wie bereits oben erwähnt, basiert die GeForce GTX 780 (GK110) auf 2.304 Shadereinheiten mit einer Taktung von 863 MHz. ZOTAC setzt wie alle weiteren Board-Partner Nvidias ebenso auf diese Taktraten, weshalb in Sachen Leistung keine Unterschiede zur Konkurrenz zu erwarten sind. Daraus ergibt sich eine theoretische Rechenleistung von circa 3.977 GFLOP/s, verglichen mit 4.096 GFLOP/s der Radeon HD 7970 GHz Edition bzw. 4.500 GFLOP/s bei einer Titan. Die insgesamt 48 ROPs (6x8) erreichen eine Pixelfüllrate von satten 41.424 MPixel/s, die TMUs eine Texelfullräte von 165.696 MTexel/s – ausgehend von 863 MHz Basistakt. Die Pixelfüllrate der GTX 780 überflügelt damit die der GTX Titan leicht, da deren Basistakt bei 837 MHz und damit etwas über dem Niveau der Titan liegt.

Kommt GPU Boost 2.0 zum Tragen, wird der Takt bis zum Erreichen der maximal erlaubten Thermal Design Power (TDP) bzw. des spezifizierten Power Targets (Standard: 100%, Maximal 106%) angehoben, so dass auch die Durchsatzraten proportional steigen. Der Boost-Takt der GTX 780 beträgt glatte 900 MHz (Titan: 876 MHz), wobei es sich hierbei vielmehr um einen zu erwartenden Mittelwert handelt, da in der Praxis und abhängig von den Randbedingungen auch deutlich höhere Frequenzen erreicht werden. Bei Version 2.0 der GPU Boost Technologie wird erstmals auch die GPU-Temperatur mit in die Berechnungen einbezogen, was vor allem in Multi-GPU-Systemen die Lebenserwartung der Grafikkarten erhöhen soll.

Die Dual-Slot-Karte verfügt über die gewohnte Anschlussvielfalt.

Bei Speicherausbau und -taktung setzt die ZOTAC-Grafikkarte auf 3 GB GDDR5-Speicher, der bei 3.004 MHz arbeitet. Daraus ergibt sich am 384 Bit (6x 64 Bit) breiten Interface der GK110-GPU ein Durchsatz von 288.384 MB/s. Mehr zur 3D-Performance des Probanden erfahren Sie auf den folgenden Seiten. Als TDP gibt Nvidia 250 Watt an (Power Target), so dass ein 6 Pin-PCIe- und ein 8-Pin-PCIe-Anschluss zur Versorgung sowohl ausreichend aber auch erforderlich sind. Um einn kühlen Betrieb der leistungsstarken GPU ermöglichen zu können, basiert die Kühlung auf einem Vapor-Chamber-Kühlsystem, das auf einen massiven Alu-Block mit zahlreichen Lamellen setzt. Ein 75 mm Radiallüfter saugt Frischluft aus dem Gehäuseinneren an und bläst die erwärmte Luft über das Slotblech nach außen. Die Lüftersteuerung wurde im Vergleich zur Titan überarbeitet und soll für den Benutzer wesentlich angenehmer zu Werke gehen. Ziel der Regelung ist es aber noch wie vor die GPU auf einer Temperatur von 80 Grad Celsius zu halten. Genauere Untersuchungen lesen Sie ab Seite 13.

Für den Anschluss von (3D-)Monitoren stehen zwei Dual-Link-DVI-Anschlüsse (max. 4.096 x 2.160 Bildpunkte) zur Verfügung, wobei einer davon als DVI-I ausgeführt ist und den Anschluss eines analogen Monitors erlaubt (max. 2.048 x 1.536 Bildpunkte). Des Weiteren beherbergt die Grafikkarte einen HDMI 1.4a und DisplayPort 1.2. Dank der Surround Technologie, können einzelne Nvidia-Grafikkarten auch Bilder auf mehr als zwei Monitoren darstellen – hierfür waren bei älteren Generationen in den Kepler-Vorzeiten zwei Grafikkarten notwendig. Dies gilt auch für 3D Vision Surround auf Kepler-basierten Karten. Folgend die technischen Eckdaten, verglichen mit AMDs Single-GPU Flaggschiff HD 7970 GHz Edition, im Überblick.

Hersteller	Nvidia	Nvidia	AMD
Grafikchip	GeForce GTX 780	GeForce GTX Titan	Radeon HD 7970 GHz Edition
Logo
Codename	GK110	GK110	Tahiti XT2
Fertigung	28 nm	28 nm	28 nm
Transistoren	ca. 7,1 Mrd.	ca. 7,1 Mrd.	ca. 4,31 Mrd.
Shader-Einheiten	2.304 (1D)	2.688 (1D)	2.048 (1D)
Chip-Frequenz	863 MHz	837 MHz	1.000 MHz
Boost-Frequenz	900 MHz	876 MHz	1.050 MHz
Rechenleistung	3.977 GFLOP/s	4.500 GFLOP/s	4.096 GFLOP/s
ROPs	48	48	32
TMUs	192	224	128
Pixelfüllrate	41.424 MPixel/s	40.176 MPixel/s	32.000 MPixel/s
Texelfüllrate	165.696 MTexel/s	187.488 MTexel/s	128.000 MTexel/s
Speicher-Frequenz	3.004 MHz	3.004 MHz	3.000 MHz
Speicher-Interface	384 Bit	384 Bit	384 Bit
Speicher-Bandbreite	288.384 MB/s	288.384 MB/s	288.000 MB/s
Speicher-Volumen	3.072 MB GDDR5	6.144 MB GDDR5	3.072 MB GDDR5
Shader-Model / DX	5.1 / DX11	5.1 / DX11	5.1 / DX11.1
Multi-GPU	SLI	SLI	CrossFireX
Stromsparmechanismus	√	√	√

Die Rückseite der ZOTAC GeForce GTX 780.

Autor: Stefan Boller, Patrick von Brunn