G84 與 G86 這兩款晶片的生存年代都不算長 (最主要的原因是閹割太多導致效能根本沒競爭力),其中面向中階市場的 G84 就是後來的 GeForce 8600 系列,有較高階的 8600 GTS (675/1450/2000 MHz) 、降頻後的 8600 GT (540/1188/1400 MHz,亦有采用 800 MHz DDR2 記憶體的版本) 以及僅供 OEM 出貨用的 8600 GS (540/1180/800 MHz,搭配 DDR2 記憶體) 三個版本。
至於採用 G86 核心的顯示介面卡則是後來的 GeForce 8500、8400、8300 系列,是系列當中唯一可以製成半高卡的版本,型號有 8500 GT (450/900/800 MHz,128-bit DDR2 記憶體)、8400 GS (450/900/800 MHz,64-bit DDR2 記憶體) 與 8300 GS (450/900/800/64-bit DDR2 記憶體,只提供 OEM 出貨用) 三款,值得注意的是,只有後兩者沒有支援 SLI 技術 (不過會有人想拿 8500 GT 來做 SLI 嗎?)。
G84 與 G86 瑕疵,差點成為 NVIDIA 歷來最大危機
如果照當時的銷售情況與效能表現來說,G84 與 G86 應該是沒辦法給人們留下太多深刻印象的,不過這件事情卻在 2008 年 G9x 核心推出一段時間,正好是搭載 G84 與 G86 晶片的計算機服役約一年之後有了轉折。
在 2008 年許多計算機廠商 (特別是膝上型電腦的部分) 發現自家的產品返修率突然提高了許多,而且有很多案例的問題都是螢幕出現雪花紋、畫面無法正常顯示或是開機後沒畫面,後來在網路上有訊息來源指出這些問題是由於 G84 與 G86 晶片所以用的黏著材料所具備的熱膨脹係數與晶片的其他部位並不相同,在經過長時間使用受熱之後就會逐漸發生晶片脫落甚至短路的情況,最終導致顯示介面卡完全失去作用,這問題在溫度經常變化的膝上型電腦上會更明顯且更易出現。
後來 NVIDIA 方面提列了兩億美元損失用於善後這次事件,而這次事件在後來也沒有越演越烈,且在桌面計算機的部分 G84 與 G86 沒有獲得使用者太大的青睞而是以 OEM 出貨為主,因此在各大計算機廠商更新 BIOS 修改風扇運作邏輯與召回維修之後,這個問題沒有壓垮 NVIDIA (其實當時還一度傳出連 G9x 都有問題,NVIDIA 的股價跌了好幾天,市值瞬間蒸發了很多)。
第 1.5 代 Tesla 架構-G9x 系列核心
- 推出日期:2007 年 10 月
- 所屬系列編成:GeForce 8 系列、GeForce 9 系列、GeForce 100 系列、GeForce 200 系列
- API 支援:DirectX 10.0、OpenGL 3.3
- Shader Model 支援:SM 4.0
之後又過了半年,在 2007 年秋天 NVIDIA 端出了代號 G92 的核心,昭告了 G9x 世代的開始,然而相較於 G80 來說,G9x 的改變其實並不算多,因此還不足以被稱為第二代 Tesla 架構,更逞論被認為是下一世代的 GPU 架構了,但 G9x 世代絕對是重要的一代,理由很簡單,因為這代超級長壽,被 NVIDIA 改過 N 次名字 (看看上面精美的系列編成),所以能見度也超級高。
架構只有小幅改變,自打臉的 TMU 設計
G9x 系列核心與上一代的 G8x 系列核心基本上主要的不同出現在記憶體控制器、 PCI Express 介面與製程三個部分,以系列當中規模最完整的 G92 來說,上圖中的架構與 G80 的差異基本上只出現在記憶體控制器略有減少 (基本上這是為什麼要叫 G92 而不叫 G90 的原因),記憶體頻寬從 384-bit 降回 256-bit (為了降低成本,因為這跟記憶體顆粒晶片的數量需求有關係),從這裡可以看出 G92 一開始推出的目的並不是為了取代 G80 (G92 在理論上效能不會比 G80 強太多,甚至在某些時候是落後的)。
不過比較特別的地方是出現在 TMU 的部分,還記得 NVIDIA 曾經信誓旦旦的說 G80 裡面 TAU 與 TFU 的數量呈 1:2 是最有效率的比例嗎?在 G92 當中 NVIDIA 就自己打臉自己給大家看了,實際上 G92 與較晚推出的 G84、G86 一樣都是使用 1:1 對稱的 TMU 結構。
第二代 PureVideo HD 與取消 NVIO 晶片設定
在 G84、G86 與 G92 當中,PureVideo HD 技術的功能有獲得一些提升 (NVIDIA 其實常常這樣,最高階的核心反而缺掉這些額外功能,對,我就是在講 GTX 980),包含了新的 BSP 引擎,可以進行 H.264、VC-1 與 MPEG-2 格式影片的硬體譯碼,並且在硬體上處理全部的 CAVLC 與 CABAC 譯碼操作。
上面這張圖顯示了從 GeForce 6 系列到 G70、G80、G84、G86、G92 歷經三次變化的 PureVideo 技術,綠色方塊表示該部分在當時仍然需要交給 CPU 處理,而無法由 GPU 全權負責,除此之外 G9x 也跟 G84、G86 一樣,把 LVDS 與 RAMDAC 塞回 GPU 晶片裡了,因此不再有 NVIO 系列晶片的存在 (嗯,NVIDIA 當年死不承認把 NVIO 拉出來的理由,一直說是為了方便未來有新介面的時候可以快速引入,現在又自打臉了)。
PCI Express 2.0 支援
硬要說的話這是 G9x 系列晶片在架構上唯一帶來的新東西 (除此之外其實就像 G80 與 G84 加起來除以二的結果),透過將傳輸介面從 PCI Express 1.1a 升級到新的 PCI Express 2.0,頻寬加倍之後可以有效緩解 GPU 效能越來越強但傳輸介面的頻寬逐漸不敷使用的問題。
製程提升
G9x 系列核心的另一項重點就是製程提升,得益於 G9x 系列核心根本沒有甚麼太大的架構變革,加上市面上還有大量 G8x 系列核心產品、AMD 短期內還爬不起來等因素因此 NVIDIA 很放心的在 G92 上面使用了新的製程,一舉從原本的 90/80 奈米制造工藝跳到新的 65 奈米制程。
G92 核心-歷來最長壽的 NVIDIA 核心
看完 G9x 核心系列為數不多的改進之後,接下來是時候來看 NVIDIA 歷來最為長壽的一款晶片了,這款晶片真的可以說是 NVIDIA 前無古人後無來者的傳奇,到目前為止還沒有任何一款產品能夠在改名次數、橫跨年代方面擊敗 G92。
G92 這款晶片是整個 G9x 核心家族當中規模最大、最為完整的一款,具有 8 組 TPC 與 128 個 SP,基本配置與 G80 一模一樣 (除了記憶體控制器從六組被砍成四組之外),得益於採用了全新的 65 奈米制程,因此在電晶體數量又進一步成長到 7.54 億個的狀況下 (大部分應該是出自於補齊的 TMU 吧),晶片仍然比 G80 還要小上不少 (從 484 平方公分下降到 334 平方公分)。
為什麼我要一直強調 G92 這款核心是傳奇呢?這要從第一款採用 G92 核心的顯示介面卡開始說起,照理說從 G92 的命名來看這款產品應該是用於 GeForce 9 系列的東西,不過第一款基於 G92 的顯示介面卡其實是 GeForce 8800 GT,而且讓人匪夷所思的是,這款產品的 TPC 數量居然是奇數的七組,連帶的 SP 也就被刪減為 112 個了,顯然定位比 8800 GTX 還要來得低,更別提要上打 8800 Ultra 了 (而且當時 NVIDIA 並沒有透漏實際上完整版 G92 有 8 組 TPC 的事實,8800 GT 只給七組其實是良率考慮下自主遮蔽的結果,所以推出的時候讓很多人摸不著頭緒)。
儘管推出時的奇怪規格讓大家感到無言,但 GeForce 8800 GT 應該無庸置疑是截至當時為止最強大的單槽顯示介面卡 (很特別吧?),而且應該也是單槽顯示介面卡當中散熱器看起來質感最高的 (整片鋼琴黑烤漆還帶銀色廠徽貼紙耶,這通常是頂級卡才有的待遇 XD),後來在 2007 年底 NVIDIA 才推出完整具有 8 組 TPC 的 G92 核心,並且將其命名為 GeForce 8800 GTS (嗯,這名字用過了,不過 NVIDIA 不 Care 這件事情,導致當時買這款顯示介面卡之前都還要先問是 G80 還是 G92,雖然有經驗的人可以從記憶體大小看出來就是了,因為記憶體控制器只有四組,所以容量是 512 MB 而不是過去的 640 MB 那種奇怪的數字,至於頻率的部分則是 600/1500/1800 MHz),不過看到這裡為止你應該會覺得 G92 實際的定位比 G80 低吧?這在之後的要介紹的 9800 GTX 會造成很詭異的現象 (9800 GTX 跑不贏 8800 Ultra)。
上面這張就是基於 G92 核心的 GeForce 8800 GTS「第二版」,由於多了一組 TPC 加上頻率設定較高 (650/1625/1940 MHz),因此採用了雙槽散熱器,不過由於加厚且變圓所以看起來質感沒有 8800 GT 好,在 2008 年初 NVIDIA 則又追加了一款較低階的 8800 GS (550/1375/160 MHz),不過又更進一步閹掉一組 TPC 與一組記憶體控制器,所以 TPC 只剩下六組,也就是 96 個 SP,記憶體頻寬也只剩下 192-bit。
至於 G92 上市時為什麼沒叫做 GeForce 9 系列呢?NVIDIA 的說法是當時他們還沒準備好其他等級的 GeForce 9 系列顯示介面卡,所以就把 G92 歸進 GeForce 8 系列裡了 (這理由有人相信?),後來在針對中階市場設計的 G94 核心 (稍後介紹) 上市之後,NVIDIA 才真正開始推出 GeForce 9 系列的產品,不過因為沒端出新的東西 (仍然是 G92 的無限重生),這正式揭開了 NVIDIA 又一次「大改名時代」的序幕,不過 NVIDIA 可能也怕 9 系列的第一款旗艦直接端出改名產品有點沒意思吧,所以第二款 GeForce 9 系列顯示介面卡是大有來頭的 9800 GX2。
還記得我們之前曾經介紹過 7950 GX2 跟 7900 GX2 嗎?9800 GX2 (600/1500/2000 MHz) 是 NVIDIA 的第三款單卡雙晶片顯示介面卡,由兩顆完整的 G92 核心組成,在很長的一段時間內我覺得 9800 GX2 是歷來「外型看起來最有質感、看起來最有份量」的顯示介面卡,正反面都採用了鋼琴烤漆,並且貼上了超大的燙銀類金屬廠徽當裝飾,同時它也是 NVIDIA 後來習慣用散熱器把整張卡包起來的始祖 (8800 GT 則是正面全包的始祖 XD),不過實際上這麼設計是因為 9800 GX2 的兩張 PCB 是採面對面的方式設計,因此從外面看來只有很複雜的電路與電容器而已,因此不得不用個外殼包起來以改進外觀和做絕緣處理。
將 9800 GX2 拆開之後的畫面其實真的還蠻壯觀的,近幾年來說很少看過這麼複雜的電路板出現在計算機裡面 (當今的主流平臺主機板上的零件密度都遠低於這個)。
兩顆 G92 核心之間就是靠著那條金色扁平電纜溝通的,之所以設計成這樣,其實充滿了巧思,如果你對 7950 GX2 的做法還有印象的話,當時 NVIDIA 將兩張 PCB 使用相同的方向迭起來,這意味著第二張 PCB 的散熱器必然會受到第一張 PCB 所發出熱量的影響,而造成子卡的散熱效果不彰,而且這種做法兩張卡之間的聯機所需要的線路勢必得要更長,但對於這類雙層顯示介面卡來說最脆弱、最容易出錯卻也最為關鍵的正是那條聯機。
至於這兩張卡之間的溝通則其實是由上面那張主卡 G92 核心的左下角那顆小晶片 (BR-04) 負責的,這顆晶片可以將 PCI Express 2.0 x16 通道拆分成兩條供兩個 G92 核心使用。
G92 開啟的「大改名時代」
看完比較特別的 9800 GX2 之後,我們接下來就要開始回顧 NVIDIA 那些年改過名字的顯示介面卡到底有多少了,有了 9800 GX2,那理所當然要有單晶片的 9800 GTX 對吧?沒錯,的確是有,在 9800 GX2 上市一個月之後 NVIDIA 就宣佈推出 9800 GTX 作為「新世代單晶片旗艦」了。
不過聽到這訊息之後第一個問題就是,9800 GX2 不是採用 G92 嗎?9800 GTX 應該不會採用更高階的「G90」之類的東西來僭越自家旗艦吧?但繼續用 G92 的話不是就跟 GeForce 8800 GTS 第二版一模一樣了嗎?
正當許多人覺得 NVIDIA 應該不至於這麼做的時候,NVIDIA 用身體力行的方式告訴大家它是不會輕易放棄改名戰法的,沒錯,9800 GTX 也是 G92,所以其實 9800 GTX 就只是 8800 GTS 第二版的超頻版而已 (頻率提高到 675/1688/2200 MHz),除此之外唯一的差別是新增對三路 SLI 的支援,更諷刺的是這張卡是在 2008 年 04 月 01 日上市的,也就是愚人節 XD。
而除了 9800 GTX 之外,NVIDIA 也一不做二不休把 8 系列當中曾經出現的閹割版 G92 也通通改名到 9 系列來了,舉例來說閹掉 1 組 TPC,只剩下 112 個 SP 的 8800 GT 就變成 9800 GT (600/1500/1800 MHz)、更進一步閹掉兩組 TPC,剩下 96 個 SP 的 8800 GS 就直接轉生成 9600 GSO (550/1375/1600 MHz),不過不要以為就這樣結束了,G92 的改名轉生次數還多著呢。
G92 製程升級版:繼續改名,一路改到掛!
在 2008 年 07 月,也就是 9800 GTX 上市三個月後,NVIDIA 為了進一步降低 G92 的生產成本,釋出了新版本的 G92 (稱為 G92b),在架構與內容上都與原本的 G92 完全一樣,但是製程進一步提升到 55 奈米制造工藝,這使得 G92 的成本實質上與過去的中階 GPU 來說已經沒有太大的差距 (種下了之後 G92 可以繼續玩改名的遠因)。
第一款基於 G92b 的產品就是 9800GTX+,得益於進步的製程,NVIDIA 得以將這款 GPU 的運作頻率進一步再拉高到 738/1836/2200 MHz,再次延續了老 G92 的生命,同時循往例有製程提升必然有良率不足導致閹割版的定律,推出了刪減 1 組 TPC 的 9800 GT (被標成第二版 600/1500/1800 Mhz 或「綠色版 GE」550/1375/1800 MHz,後者核心電壓略低)。
而 NVIDIA 的改名戰法依然沒有在此止步,而是繼續往下一代的 GeForce 100 系列和 GeForce 200 系列推進,熟悉 NVIDIA 的人會知道 GeForce 100 系列本來就是改名出給 OEM 廠商的因此 GeForce GTS 150 實際上就是 9800GTX+ (連頻率設定都一樣) 並不讓人意外,但 GeForce 200 系列的情況就讓人無言了。
推出於 2009 年的 GeForce GTS 250 其實就是 GeForce 9800 GTX+ 的再改名版 (而且頻率反而調降了,只剩 702/1512/2000 MHz),而 GeForce GTS 240 則是 9800 GT 的再改名版 (頻率調高為 675/1620/2200 MHz),GTS 230 也有部分版本是基於 G92b (但是閹掉兩組 TPC 的版本,500/1242/100 MHz,而且只能搭 DDR2 記憶體),這意味著 G92 從 2007 年出生,一路到 2009 年都還作為新型號推出,在市面上至少生存到 2011 年為止!
G94/G96/G98 核心架構
實際上 GeForce 9 系列的首發是 G94 核心,這應該是 NVIDIA 有史以來第一次進入新系列時是以中階產品打頭陣吧,針對中階市場推出的 G94 核心其實本質上與 G92 很像,只是 TPC 的數量最多隻有 4 組 (G92 的一半)。
至於 G96 則是更進一步砍到只剩下一組 TPC,因此 SP 的數量只剩下 32 個,G98 則是最為慘烈的版本,最多隻有「半組 TPC」,TPC 當中只剩下一組 SM 的意思 (16 個 SP),最少則只剩下半組 SM (8 個 SP),記憶體控制器的部分理所當然砍到只剩下一組 (64-bit)。
基於 G98 的歷代入門產品
由於 G94/G96/G98 的型號同樣非常混亂且經歷無數次改名,所以我打算從狀況比較簡單的 G98 開始講起,作為第一代 Tesla 架構當中最低階的核心,G98 與 G92 一樣都是從 GeForce 8 系列就開始出現了,第一款產品是推出於 2007 年的 8300 GS (僅限 OEM 出貨,只有 8 個 SP,450/900/800 MHz,DDR2 記憶體) 與 8400 GS 第二版 (只有 8 個 SP,567/1400/800 MHz,DDR2 記憶體,說起來第一版明明是有 16 個 SP 的 G86 呢)。
在進入 GeForce 9 系列之後 G98 被改名為 GeForce 9300 系列重新發售,分成頻率為 540/1300/1000 MHz 的 9300 GE 與頻率為 567/1400/1000 MHz 的 9300 GS,同樣都採用 DDR2 記憶體,並且只有 8 個 SP。
G98 的最後一次登場則是在 GeForce 100 系列,最入門的 GeForce G 100 實際上就是 9300 GS 改名而來,僅針對 OEM 廠商釋出。
基於 G96 的歷代低階產品
至於 G96 的部分,實際上效能跟 G98 差不了多少 (畢竟也是隻剩下一組 TPC 了),因此主要仍然只見於低階產品,是 G9x 系列核心當中衍伸型號最少的一種。
G96 在 9 系列時期 (2008 年) 被命名為 9500 GT (具備 32 個 SP,550/1400/1600 MHz) 與 9400 GT (具備 16 個 SP,550/1400/1600 MHz) 發售,並在後來推出了移轉到 55 奈米制程的版本 (G96b),在市場中混和銷售。
後來的唯一一款衍生型則是 2009 年釋出的 GeForce GT 120,與其他 100 系列相同是僅供 OEM 廠商出貨用的版本,是 9500 GT 的更名版本。
基於 G94 的歷代中階產品
G94 的架構基本上就是 G92 閹掉一半而來 (比較特別的是 G94 是 NVIDIA 少數封裝的時候裝斜 45 度角的晶片),因此在效能上還有做為中階產品的實力,在這樣的狀況底下 G94 先後的改名次數其實跟 G92 已經相去不遠了。
基於 G92 的首款產品-GeForce 9600 GT (650/1625/1800 MHz) 推出於 2008 年 02 月,實際上是 GeForce 9 系列的第一款產品,具備完整的四組 TPC (也就是 64 個 SP) 與 256-bit 的記憶體頻寬,由於是第一款匯入 65 奈米制造工藝的型號,因此後來有又閹割掉一組 TPC (9600 GSO 512 MB,650/1625/1800 MHz,剩下 48 個 SP) 與進一步閹掉一組記憶體控制器 (因此頻寬剩下 192-bit) 的版本 (9600 GS,500/1250/1000 MHz)。
在上市幾個月後與 G92 一樣也推出了進一步升級到 55 奈米制程的版本-G94b,最初作為 9600 GSO 512 MB 第二版與 9600 GT 綠色版 GE (600/1500/1400 MHz) 推出,後來被改名為 GeForce 100 系列中的 GeForce GT 130 (類似 9600 GS) 與 GT 140 (類似 9600 GT),不過最特別且容易讓人混淆的還是 GeForce 200 系列當中的 GT 230,同時有基於 G94b (48 個 SP,650/1625/1800 MHz,GDDR3 記憶體) 與 G92b (96 個 SP,500/1242/1000 MHz,DDR2 記憶體) 兩個版本,幸好只供 OEM 出貨,否則低階入門市場鐵定大亂。