Review NVIDIA GeForce GTX 580

Por Mario Rübke
el 9 de noviembre de 2010 - 6:00.
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Antes de comenzar con las novedades a nivel de arquitectura, debemos mencionar que la GTX 580 se basa en el mismo diseño de la arquitectura “Fermi” de la GTX 480 y que describimos en profundidad en este artículo técnico y de manera más resumida en el Review de la GTX 480. Las bases y conceptos para comprender este apartado técnico están en ese artículo y para evitar redundancias te recomendamos –si no lo has hecho- que lo leas, de todos modos si ya estás familiarizado con la arquitectura puedes seguir leyendo.
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GTX 580, especificaciones.

Para comenzar con este apartado técnico revisaremos los cambios y mejoras en las especificaciones del nuevo tope de línea de NVIDIA, la Geforce GTX 580, a continuación los datos oficiales proporcionados por NVIDIA.

Como podemos apreciar en la siguiente tabla de especificaciones la GeForce GTX 580 trae varias mejoras respecto a la GTX 480, de partida incrementa la frecuencia del núcleo de 700Mhz a 772Mhz, el motor de shaders ahora es más rápido con 1544Mhz respecto a los 1401Mhz de la GTX 480, las memorias también han incrementado su frecuencia desde los 3696Mhz a 4008Mhz, esto incrementa el ancho de banda de la tarjeta desde los 177.4GB a nada menos que 192.4GB/s. Por otra parte la inclusión de un bloque SM adicional le ha permitido a la GTX 580 desmarcarse en rendimiento geométrico de la GTX 480 con una tasa de relleno de pixeles y texturas por segundo de 49.408 Mega Texeles/s y 37.056 Mega pixeles/s respectivamente. Esto ayudado por los 512 CUDA Cores, 32 unidades adicionales respecto a la GTX 480.

En cuanto a consumo la GTX 580 logra bajar delicadamente el TDP respecto a la GTX 480, esto es bastante destacable considerando que la GTX 580 posee mayores frecuencias para sus tres componentes claves (núcleo, shaders y memorias), además de 32 CUDA Cores adicionales y sus respectivos componentes (Polymorph Engine) dentro del Streaming Multiprocessors adicional que contiene estos CUDA Cores “extras”. Aquí se notan las optimizaciones hechas por NVIDIA para optimizar el consumo con un fino trabajo a nivel de transistores, el cual ya detallaremos más adelante en este apartado técnico.

GTX 580: Mejoras en la arquitectura.

Mientras la nueva GeForce GTX 580 utiliza prácticamente la misma configuración de SM que la GeForce GTX 480, NVIDIA ha incorporado dos importantes mejoras las cuales van apuntadas a mejorar el rendimiento respecto a su predecesora en lo que se refiera a clock-por-clock. Una de las primeras mejoras es que la GTX 580 soporta filtro de texturas FP16 a full-speed, esto le permite a la GTX 580 poder manejarse con mejor desempeño en ciertos juegos que a nivel de textura son altamente demandantes. En segundo lugar tenemos que la GTX 580 soporta nuevos formatos “tile” (tile formats) que mejoran la eficiencia con la tecnología Z-cull que NVDIA incorpora en sus tarjetas desde las GeForce 3 y que mejora el rendimiento en los procesos de renderizado mediante la supresión de píxeles que no pasan la prueba de profundidad de Z. Adicionalmente a estas mejoras, la nueva GTX 580 incorpora más CUDA Cores y más SM (Streaming Multiprocessors) que la GTX 480, además de mayores frecuencias.

En la gráfica que hemos reciclado podemos ver a modo general el diseño de la arquitectura del núcleo GF110, la cual está organizada de la siguiente manera: tenemos en total 4 grandes bloques llamados GPC (Graphics Processing Cluster), cada uno de estos GPC contiene 4 bloques individuales llamados Streaming Multiprocessors (SM) para hacer un total de 16 SM, finalmente dentro de estos 16 SM tenemos 32 CUDA Cores. Ahora sólo es cosa de multiplicar el número de SM (16) por el numero de CUDA Cores (32) para obtener los 512 CUDA Cores, así: (32 CUDA Cores * 16 SM = 512 CUDA Cores). En la siguiente ilustración mostramos con más detalles el SM adicional que incorpora la GTX 580 además de todos sus componentes como cache, texturas y otros elementos.

Comparado con la GTX 480, esta tiene el mismo número de GPC (4), pero tiene un SM menos (15) lo que totaliza un total de 480 CUDA Cores. (32 CUDA Cores * 15 SM = 480 CUDA Cores). En definitiva esta cantidad de CUDA Cores es lo que originalmente la GTX 480 debió incorporar, pero el retraso y los problemas que tuvo NVIDIA para tener a tiempo la GTX 480, solo les permitió lanzar la GTX 480 con 480 CUDA Cores. El resto de los componentes se mantiene igual y sin cambios notorios, tal como lo desmenuzamos en el respectivo articulo técnico.

GTX 580: Mejor rendimiento, con menos consumo.

Si hay una de las cosas que más se le critico a NVIDIA con el lanzamiento de la GTX 480 y que fue su gran talón de Aquiles, fue sin lugar a dudas el nivel de consumo y disipación térmica que genera el núcleo GF100, ahora con los datos del GF110 nos comenzamos a dar cuenta lo que siempre debió ser el GF100. NVIDIA debido a la presión ejercida por el lanzamiento de las Radeon HD 5000 series, no tuvo otra alternativa más que lanzar las GTX 480, aun cuando el núcleo no estaba del todo optimizado, una medida que pago caro sin lugar a dudas.

Ahora con el núcleo GF110 de la GTX 580, NVIDIA al parecer enmienda el camino y dice haber mejorado el rendimiento por watt de la tarjeta con menos consumo de energía. Para esto la GTX 580 tuvo un proceso de reingeniería a nivel de transistores, donde NVIDIA evaluó cada bloque de la GPU, utilizando transistores con menos fuga de electricidad (transistores más lentos) en ciertas zonas no críticas, mientras ha incorporado transistores de más velocidad en ciertas zonas más críticas del núcleo. Así un gran porcentaje de los transistores en el chip fueron modificados para un mejor rendimiento y optimización, que le permiten a NVIDIA lograr mayores frecuencias y mejor rendimiento con menos consumo comparado con la GTX 480, se estima que entre un 10 – 15% menos de consumo.

GTX 580: Mejor rendimiento en DirectX 11.

Una cosa lleva a la otra, el hecho de haber incorporado un bloque adicional de Streaming Multiprocessors (SM), dota a la GTX 480 de un motor “PolyMorph” adicional respecto a la GTX 480 (15 vs 16), lo que le permite obtener un mayor rendimiento en juegos diseñados para DirectX 11, específicamente en la técnica de teselacion (tessellation) utilizada en los juegos DX11, además de mejorar el rendimiento geométrico de la GTX 580. NVIDIA presume un mejor rendimiento en teselación que las AMD Radeon por cuanto la GTX 580 posee 16 motores dedicados para telesación, comparado con las Radeon HD 5870 que sólo posee una unidad dedicada para este efecto. Recodemos que la Teselación es uno de los elementos calves de DirectX 11.

El “PolyMorph Engine”, es el motor que administra el apartado geométrico del GF110, es el responsable de manejar asuntos como Vertex Fetch, Tessellation, Viewport Transform, Attribute Setup y Stream Output, es justamente aquí donde está ubicada la unidad de teselación adicional con que cuenta la GTX 580. Esto se potencia además con los 32 CUDA Cores adicionales que trae la GTX 580 respecto a la GTX 480, que operan a mayor frecuencia respecto a los CUDA Cores de la GTX 480 (1544Mhz vs 1401Mhz).

GTX580: Mejorado Sistema de refrigeración.

Una tarjeta tan poderosa como la GeForce GTX 580 precisa necesariamente de un sistema de refrigeración eficiente y además silencioso, en este sentido NVIDIA se ha esmerado en diseñar un “nuevo” sistema de refrigeración para la GTX 580, más eficiente en cuanto a disipación de temperatura y que genera menos ruido, comparado con la solución de enfriamiento convencional de la GTX 480, aunque superficial y estéticamente parezcan iguales.

La GeForce GTX 580 incorpora un sistema de refrigeración basado en la técnica de cámara de vapor (vapor Chamber), una tecnología de disipación que no es nueva en todo caso y que varios fabricantes (como Sapphire) incorporan en sus tarjetas desde varias generaciones, de hecho AMD (ATI) incorpora este sistema de enfriamiento desde las Radeon HD 2900 series y ahora NVIDIA lo ha incorporado en la GTX 580 para disminuir la temperatura y el nivel de ruido de la GPU. Este nuevo sistema de refrigeración posee una estructura modular en la cual convergen varias capas aislantes, refrigerantes y conductoras del calor; emplea una cámara de vapor de cobre que extrae el calor generado por la GPU y lo distribuye en el disipador (heatsink) para que este sea expulsado por el ventilador de la tarjeta hacia el exterior. En el siguiente diagrama muestra su funcionamiento.

Pero esto no es todo, NVIDIA también ha hecho algunos cambios en el diseño del ventilador (fan) para reducir la vibración y el ruido, haciendo a la GTX 480 menos ruidosa que su predecesora, la GTX 580 también incorpora un algoritmo de control más inteligente para el ventilador de la GPU que suaviza la velocidad del ventilador bajo carga.

GTX 580: Menos ruido

Para finalizar la GTX 580 incorpora un nuevo diseño externo para la carcasa del sistema de enfriamiento, esto con dos objetivos: facilitar la expulsión del aire caliente hacia el exterior y mejorar el flujo de aire entre las tarjetas en configuraciones SLI. Todas estas mejoras hacen a la GTX 580 más eficiente en cuanto a disipación de temperatura y al mismo tiempo más silenciosa (según NVIDIA).

GTX580: Nuevo hardware de monitoreo de energía.

Por generaciones las tarjetas gráficas de NVIDIA han incorporado sensores térmicos por hardware con el objetivo de proteger a la tarjeta de problemas ocasionados por una temperatura excesiva, provocadas por una mala ventilación, overcock excesivo, sobrevoltaje entre otras causas. Ahora con la GTX 580, NVIDIA a extendido esta característica para monitorizar también el consumo de energía, así la GTX 580 posee su propio circuito de hardware dedicado para monitorizar en tiempo real, tanto el flujo de corriente como el voltaje de cada rail de alimentación de 12v que provienen de los conectores de alimentacion PCIe 6-pines (75W), del conector PCIe de 8-pines (150W máximo) con los que se alimenta la GTX 580, ademas de la alimentación proporcionada por el puerto PCI Express (75W).

Así el nuevo circuito de monitorización de consumo de energía eléctrica mide dichos niveles y puede asi ajustar dinámicamente el rendimiento de la tarjeta en ciertas aplicaciones (juegos o benchmarks) altamente demandantes, esto si es que los consumos exceden los niveles para los cuales estan diseñada la tarjeta. Este nuevo módulo de hardware para monitorizar el consumo eléctrico de la tarjeta funciona similar al sensor o mecanismo de protección térmica.

Hemos terminado de revisar las principales novedades de la GeForce GTX 580 de NVIDIA, ahora luego de este tradicional apartado teórico-técnico que siempre incorporamos en nuestras revisiones pasaremos al resto de los detalles.