ARTIKEL/TESTS / ZOTAC GeForce GTX Titan im Praxistest

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

Die bereits im Vorwort erwähnte und für Titan zum Einsatz kommende GK110-GPU kennen wir bislang nur aus Nvidias Tesla-Produkten. 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 allerdings nur 14 der insgesamt 15 verfügbaren SMX aktiviert, woraus sich in Summe 2.688 Shadereinheiten ergeben (GTX nur 1.536). Abgesehen von diesen Single-Precision-ALUs (FP32), hat Nvidia auch 64 Double-Precision-Kerne (FP64) pro SMX integriert. Aufsummiert ergibt dies insgesamt 896 Einheiten. Jeder dieser SMX hat Zugriff auf 16 TMUs (Texture Mapping Units), was insgesamt 224 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 bisherigen Kepler-GPUs ergibt. Der Referenztakt beträgt weiterhin 3.004 MHz.

Das Design der Karte soll an einen Supercomputer erinnern.

Wie bereits oben erwähnt, basiert die GeForce GTX Titan (GK110) auf 2.688 Shadereinheiten mit einer Taktung von 837 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 4.500 GFLOP/s, verglichen mit 3.789 GFLOP/s der Radeon HD 7970 bzw. 4.096 GFLOP/s der GHz Edition. Die bislang größte Desktop-Ausbaustufe der Kepler-Architektur, namentlich als GeForce GTX 680 bekannt, erreicht 3.090 GFLOP/s. Die insgesamt 48 ROPs (6x8) erreichen eine Pixelfüllrate von satten 40.176 MPixel/s, die TMUs eine Texelfullräte von 187.488 MTexel/s – ausgehend von 837 MHz Basistakt.

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 Titan beträgt 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 6 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 ausreichend sind. Nicht nur leistungsmäßig möchte sich Nvidia für längere Zeit die Krone sichern, sondern auch mit einem durchdachten Referenzdesign AMD das Fürchten lehren! Hierzu 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 so konzipiert, dass die GPU eine Temperatur von 80 Grad Celsius hält. 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 erstmals 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. Außerdem unterstützt die GeForce GTX Titan das so genannte "Display Overclocking", was höhere Bildwiederholfrequenzen möglich machen soll. Folgend die technischen Eckdaten, verglichen mit AMDs Single-GPU Flaggschiff HD 7970 GHz Edition, im Überblick.

Hersteller	Nvidia	Nvidia	AMD
Grafikchip	GeForce GTX 680	GeForce GTX Titan	Radeon HD 7970 GHz Edition
Logo
Codename	GK104	GK110	Tahiti XT2
Fertigung	28 nm	28 nm	28 nm
Transistoren	ca. 3,54 Mrd.	ca. 7,1 Mrd.	ca. 4,31 Mrd.
Shader-Einheiten	1.536 (1D)	2.688 (1D)	2.048 (1D)
Chip-Frequenz	1.006 MHz	837 MHz	1.000 MHz
Boost-Frequenz	1.058 MHz	876 MHz	1.050 MHz
Rechenleistung	3.090 GFLOP/s	4.500 GFLOP/s	4.096 GFLOP/s
ROPs	32	48	32
TMUs	128	224	128
Pixelfüllrate	32.192 MPixel/s	40.176 MPixel/s	32.000 MPixel/s
Texelfüllrate	128.768 MTexel/s	187.488 MTexel/s	128.000 MTexel/s
Speicher-Frequenz	3.004 MHz	3.004 MHz	3.000 MHz
Speicher-Interface	256 Bit	384 Bit	384 Bit
Speicher-Bandbreite	192.256 MB/s	288.384 MB/s	288.000 MB/s
Speicher-Volumen	2.048 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 Titan.

Autor: Stefan Boller, Patrick von Brunn