NVIDIA Titan X (Pascal)

Saimme järjestettyä testiimme NVIDIAn tämän hetken suorituskykyisimmän näytönohjaimen eli Titan X:n, jossa on käytössä GP102-grafiikkapiiri ja 12 gigatavua GDDR5X-näyttömuistia. Esittelemme artikkelissa näytönohjaimen ominaisuudet ja testaamme suorituskyvyn 4k Ultra HD- eli 3840×2160-resoluutioilla. Mukana on lisäksi tehonkulutus-, lämpötila- ja melumittaukset sekä ylikellotustestit.

NVIDIA esitteli Titan X -näytönohjaimen viime vuoden heinäkuussa ja se julkaistiin virallisesti myyntiin 2. elokuuta. Näytönohjaimesta on saatavilla ainoastaan NVIDIAn omaan suunnitteluun perustuva malli ja se on myynnissä vain yrityksen omilla kotisivuilla 1359 euron hintaan. Vertailun vuoksi GeForce GTX 1080 -näytönohjaimen hintataso Suomessa on alkaen noin 650 eurosta, joten Titan X on kaksi kertaa kalliimpi.

Pascal-arkkitehtuuriin perustuva GP102-grafiikkapiiri rakentuu kuudesta Graphics Processing Clusterista (GPC), joista jokaisella on oma rasteroija (Raster engine). Jokaisessa GPC:ssä on viisi Texture Processing Clusteria (TPC), joka sisältää geometriayksikön ja 128 CUDA-ydintä käsittävän Streaming Multiprocessor- eli SM-yksikön. Jokaisessa SM-yksikössä on kahdeksan tekstuuriyksikköä. SM-yksiköitä on yhteensä 30 eli CUDA-ytimiä on 3840 ja tekstuuriyksiköitä 240 kappaletta. Muistiohjain on yhteensä 384-bittinen.

Titan X:ssä käytössä olevasta GP102-400-A1-grafiikkapiiristä on kytketty kaksi SM-yksikköä pois käytöstä eli käytössä on yhteensä 3586 CUDA-ydintä ja 224 tekstuuriyksikköä.

TSMC:n 16 nanometrin FinFet-prosessilla valmistettava GP102 rakentuu 12 miljardista transistorista ja piisirun pinta-ala on noin 500 neliömillimetriä.

Vertailun vuoksi suorituskykyiseen laskentaan suunnattu HBM2-muisteja käyttävä GP100-grafiikkapiiri rakentuu 16 miljardista transistorista ja sen pinta-ala on noin 600 neliömillimetriä. GeForce GTX 1080:n GP104-grafiikkapiiri rakentuu 7,2 miljardista transistorista ja sen pinta-ala on 314 neliömillimetriä. GP102 on siis pinta-alaltaan noin 60 % suurempi kuin GP104, joka selittää osittain isoa hintaeroa.

Titan X -näytönohjaimen esittely

Ulkomitoiltaan Titan X on vastaava kuin GeForce GTX 1080 eli se on kahden korttipaikan korkuinen ja 24 cm pitkä. Ilmanohjain on väriltään musta, ikkunan takaa näkyy alumiininen jäähdytysrivasto ja Titan X -teksti on kirjailtu hopean värisenä.

Takapuolta peittää alumiinilevy, joka ensisijaisesti suojaa piirilevyä sillä kaikki GDDR5X-muistipiirit on sijoitettu piirilevyn etupuolelle. Osan takapuolen alumiinilevystä voi poistaa paremman ilmakierron ja jäähdytyksen varmistamiseksi, jos käytössä on useampi Titan X -näytönohjain SLI-konfiguraatiossa.

NVIDIAn referenssijäähdytyksessä grafiikkapiiri on kontaktissa höyrykammioon, jonka päällä on alumiinirivasto. Radiaalituuletin imee ilmaa kotelon sisuksista ja puhaltaa suurimman osan alumiinirivaston läpi ulos kotelosta näyttöliittimien viereisistä rei’istä.

Näyttöliittimet käsittävät yhden kaksilinkkisen vain digitaalista signaalia siirtävän DVI-D-liittimen, kolme DisplayPort 1.2 -liitintä ja yhden HDMI 2.0b -liittimen.

NVIDIA ilmoittaa Titan X -näytönohjaimen TDP-arvoksi 250 wattia. Virransyöttö on varustettu 6- ja 8-pinnisillä PCI Express -lisävirtaliittimillä, jotka mahdollistavat teoriassa yhdessä PCI Express x16 -väylän kautta 300 watin tehonkulutuksen (75 + 75 +150 wattia).

Virransyöttö on 9-vaiheinen, josta seitsemän vaihetta on pyhitetty GP102-grafiikkapiirille ja kaksi vaihetta GDDR5X-muisteille. NVIDIA suosittelee käytettäväksi vähintään 600-wattista virtalähdettä.

NVIDIA on asettanut Titan X:ssä GP102-grafiikkapiirin toimimaan 1417 MHz:n perustaajuudella ja Boost-taajuus 3D-rasituksessa on 1531 MHz.

384-bittisellä muistiväylällä ja 10 Gbps:n eli 10000 MHz:n tehollisella kellotaajuudella toimivilla GDDR5X-muisteilla muistiväylän kaistanleveys on 480,4 gigatavua sekunnissa.

Todellisuudessa GP102-grafiikkapiirin kellotaajuus laski 3D-rasituksessa viidessä minuutissa reilusta 1700 MHz:stä 1417 MHz:n perustaajuudelle, kun lämpötila nousi 84 asteeseen. Tuulettimen kierrosnopeus nousi viidessä minuutissa 50 %:iin (2420 RPM).

Testikokoonpano ja suorituskykymittaukset

Vertasimme Titan X -näytönohjaimen suorituskykyä ensisijaisesti 4k Ultra HD- eli 3840×2160-resoluutiolla GeForce GTX 1080 -näytönohjaimeen. Testeissä oli mukana vertailukohtina NVIDIAn referenssinäytönohjain sekä Asuksen tehtaalla valmiiksi ylikellotettu ROG Strix GeForce GTX 1080 -malli.

Näytönohjainten testikokoonpano on kasattu Corsairin isohkon Obsidian 800D -kotelon sisälle, jonka pohjassa on yksi 140 mm:n kotelotuuletin ja testit ajettiin kylkipaneeli kiinni. Testikokoonpanona toimi Intelin 4,0 GHz:n kellotaajuudelle ylikellotettu 8-ytiminen Core i7-5960X -prosessori asennettuna Asuksen X99-Deluxe   -emolevylle, joka on varustettu 16 gigatavulla DDR4-2800-nopeudella toimivaa keskusmuistia. Käyttöjärjestelmänä on käytössä 64-bittinen Windows 10 Pro asennettuna Kingstonin 480 gigatavun M.2 SSD:lle. Kokoonpanon virransyötöstä vastaa Corsairin 1000 watin HX-virtalähde.

• Intel Core i7-5960X (8/16 ydintä/säiettä, 4,0 GHz)
• Asus X99-Deluxe (Intel X99)
• 16 Gt Corsair Vengeance LPX 16GB DDR4-2800 (9-11-9-27 1T)
• Kingston 480 Gt HyperX Predator PCIe
• Kingston 256 Gt HyperX SSD SATA 6 Gb/s
• Corsair HX1000 (1000W)
• Microsoft Windows 10 Pro 64-bit
• GeForce 378.49 -ajurit

Näytönohjainten testimetodit

io-techin näytönohjaintesteissä suorituskykyä mitataan kolmella eri tavalla. Mukana on täysin synteettinen 3DMark-testi, jonka grafiikkatesti antaa tuloksen pisteinä sekä pelejä, joissa käytetään omaa sisäistä benchmark-ominaisuutta antamaan keskimääräisen ruudunpäivitysnopeuden pelimoottoria hyödyntävässä valmiissa testirutiinissa. Tärkeimmässä roolissa ovat kuitenkin OCAT-sovelluksen avulla mitattu keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus ja 99. persentiili, kun peliä pelataan 60 sekunnin ajan.

99. persentiili (99th percentile) ilmoittaa muuttujan arvon, jota parempia ovat 99 % arvoista. Yksinkertaistetussa esimerkissä on 100 mitattua arvoa, jotka asetetaan paremmuusjärjestykseen. 99. persentiili jättää huomioimatta huonoimman arvon ja ilmoittaa 99. parhaimman arvon.

Näytönohjaimen ruudunpäivitysnopeutta mitattaessa 60 sekunnin ajan, mitattuja arvoja kertyy useampia tuhat kappaletta. Jos mitattu keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus on tasan 60 FPS (ruutua sekunnissa), se tarkoittaa että yhden ruudun renderöintiin kulunut keskimäärin 16,67 millisekuntia ja testijakson aikana ruutuja renderöidään yhteensä 3600 kappaletta. Joku ruuduista on saatettu renderöidä hitaammin esimerkiksi 33,33 millisekunnissa (30 FPS) ja joku ruuduista nopeammin esimerkiksi 11,11 millisekunnissa (90 FPS).

Käytännön esimerkissä DOOM-pelissä ruutuja on renderöity 60 sekunnin aikana 3986 kappaletta ja kuten kuvaajasta voidaan nopealla silmäyksellä todeta, että joukossa on muutamia yksittäisiä heikompia renderöintiaikoja.

99. persentiilissä kaikki 3986 ruudun renderöintiaikaa järjestetään ensin paremmuusjärjestykseen. Kun 1 % eli 40 ruutua jätetään huomioimatta, 99. persentiilin arvo on 3946. nopeimmin renderöidyn ruudun renderöintiin kulunut aika eli 19,301 millisekuntia. Tästä saadaan laskettua ruudunpäivitysnopeus kaavalla 1000/aika eli 51,8 FPS.

Kyseessä ei ole siis perinteinen ruudunpäivitystesteissä esitetty minimiarvo, joka voi olla vain yksittäinen muita hitaammin renderöity ruutu ja poikkeustapaus, vaan minimi, kun 1 % huonoimpa ruutuja on jätetty huomioimatta.

Esimerkkinä käytetyssä tapauksessa huonoin ruudun renderöintiaika on 24,374 millisekuntia eli 41 FPS ja 2. huonoin ruudun renderöintiaika on 22,182 millisekuntia eli 45 FPS.

Yksittäisten hitaampien renderöintiaikojen huomioimatta jättämisen lisäksi 99. persentiilin avulla pystytään hahmottamaan mahdollisia ongelmia, jos kahdella eri näytönohjaimella on mitattu sama ruudunpäivitysnopeus, mutta toisella pelikokemus tuntuu hitaammalta. Tällöin toisella näytönohjaimella saattaa olla joukossa enemmän hitaasti renderöityjä ruutuja, joka ilmenee korkeampana 99. persentiilin arvona.

Suorituskyvyn skaalautuminen resoluution mukaan

Testasimme Titan X:n suorituskyvyn skaalautumista Full HD-, QHD- ja Ultra HD -resoluutioilla The Witcher 3: Wild Hunt -pelillä ja parhailla High/Ultra-tason kuvanlaatuasetuksilla.

Keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus laski noin 25 %, kun resoluutio nostettiin Full HD:sta QHD:ksi ja 38 %, kun resoluutio nostettiin QHD:sta Ultra HD:ksi. Käytännössä peli on 2560×1440-resoluutiolla hyvinkin pelattava parhailla kuvanlaatuasetuksilla, mutta 3840×2160 -resoluutiolla kuvanlaatuasetukset on syytä tiputtaa High/Ultrasta High-tasolle.

3DMark Fire Strike Ultra

3DMarkissa Titan X:n grafiikkatulos oli 1400-1600 pistettä parempi kuin GeForce GTX 1080 -näytönohjaimilla.

Battlefield 1

Battlefield 1 testattiin DirectX 11 -rajapinnalla, sillä DirectX 12 -rajapinnalla OCAT-sovellus ei jostain syystä tallentanut koko 60 sekunnin testisessiota. Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 11,7 FPS:ää eli noin 22 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

The Witcher 3

The Witcher 3:ssa Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 14,4 FPS:ää eli noin 27 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

Deus Ex: Mankind Divided

Deus Ex: Mankind Dividedissä Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 8,8 FPS:ää eli noin 18 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

Doom

Doom testattiin OpenGL-rajapinnalla, sillä se on GeForce-näytönohjaimilla suorituskykyisempi kuin Vulkan-rajapinta. Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 15,4 FPS:ää eli noin 22 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

Gears of War 4

Gears of War 4:n sisäisessä testissä Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 25 FPS:ää eli noin 52 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

Total War: Warhammer

Total War: Warhammerin sisäisessä testissä Titan X:n ruudunpäivitysnopeus oli 19,2 FPS:ää eli noin 42 % suorituskykyisempi kuin Asuksen tehdasylikellotettu GeForce GTX 1080.

Tehonkulutusmittaukset

Tehonkulutusta mitattiin seinästä Etech PM-300 -mittarilla, joka kertoo koko kokoonpanon tehonkulutuksen ilman näyttöä. 3D-rasituksena käytettiin Rise of the Tomb Raider -peliä.

Titan X -näytönohjaimella kokoonpanon tehonkulutus oli 38 wattia korkeampi kuin GeForce GTX 1080 -referenssinäytönohjaimella. Tehdasylikellotetun Asuksen GeForce GTX 1080 -näytönohjaimen tehonkulutus oli noin 50 wattia korkeampi kuin Titan X:llä, sillä GP104-grafiikkapiiri toimi yli 1900 MHz:n kellotaajuudella.

Lämpötilamittaukset

Grafiikkapiirin lämpötila mitattiin EVGA:n Precision XOC -ohjelman Hardware Monitoring -työkalulla ja 3D-rasituksena käytettiin Rise of the Tomb Raider -peliä.

NVIDIAn omaa jäähdytysratkaisua käyttävillä GeForce GTX 1080 -referenssinäytönohjaimella ja Titan X:llä grafiikkapiirin lämpötila nousi vakiona asetettuun Temperature Target -maksimiarvoon eli reiluun 80 asteeseen. Asuksen DirectCU III -jäähdytyksellä tehdasylikellotetun ROG Strix GeForce GTX 1080:n GP104-grafiikkapiirin lämpötila oli 13-15 astetta alhaisempi eli 69 astetta.

Melumittaukset

Melumittauksissa Velleman DVM805 -desibelimittari sijoitettiin 60 senttimetrin päähän kiinni olevan kotelon kyljestä. Ympäristön melutaso testikokoonpano pois päältä oli 32,6 desibeliä. 3D-rasituksena käytettiin Rise of the Tomb Raider -peliä. Virallisesti melua mitataan tiettyjen standardien mukaan, joten mittaukset ovat lähinnä suuntaa antavia.

Huom! Melu on logaritminen suure, jonka yksikkö on desibeli (dB). 3 desibelin muutos tarkoittaa melutason kaksinkertaistumista ja 10 desibelin muutos melutason kymmenkertaistumista. Tuulettimen melu voi olla silti häiritsevää, vaikka mitattu desibeliarvo jäisi alhaiseksi. Jokaisella tuulettimella on omanlainen äänensävy, joka on seurausta tuulettimen rakenteesta, kuten lavoista, moottorista ja osien laadusta.

Titan X ja GeForce GTX 1080 käyttävät samaa jäähdytysratkaisua, joten niiden melutaso oli hyvin lähellä toisiaan noin 37 desibelissä. Asuksen DirectCU III -jäähdytyksellä varustetun ROG Strix GeForce GTX 1080 -näytönohjaimen melutaso oli noin desibelin alhaisempi.

Ylikellotustestit vakiojäähdytyksellä

Ylikellotustestissä Titan X -näytönohjain oli asennettuna suljetun kotelon sisälle. Ylikellottaminen suoritettiin EVGA:n Precision XOC -ohjelmalla, josta säädettiin Power- ja Temp Target- eli tehonkulutuksen ja lämpötilan ylärajat maksimiin ja tuulettimen kierrosnopeuden annettiin olla lämpötilan mukaan automaattisesti säätyvässä Auto-asennossa. Saavutetut kellotaajuudet ovat suuntaa antavia.

Titan X:n ylikellottaminen oli yllättävän helppoa, mutta melko pian tuli selväksi, että menohaluja rajoittaa NVIDIAn oma ja Titan X:lle riittämätön referenssijäähdytys.

GP102-grafiikkapiiri saatiin toimimaan vakaasti +200 MHz korotuksella eli 1731 MHz:n Boost-taajuudella, jolloin grafiikkapiirin kellotaajuus heitteli 3D-rasituksessa todellisuudessa 1830 MHz:n tuntumassa.

Vakiona GP102-grafiikkapiirin todellinen kellotaajuus laski 3D-rasituksessa 1417 MHz:iin, joten ylikellottamalla saavutettiin todellisuudessa noin 400 MHz eli 30 % korkeampi kellotaajuus.

GDDR5X-muistit toimivat vakaasti +600 MHz eli 12 % korotuksella, joka tarkoittaa 11,2 Gbps siirtonopeutta eli 11200 MHz:n tehollista kellotaajuutta. EVGA Precision XOC -ohjelma ilmoittaa ylikellotettujen GDDR5X-muistien kellotaajuudeksi 5600 MHz ja GPU-Z-ohjelma puolestaan 1401 MHz.

Testikokoonpanon tehonkulutus nousi Titan X ylikellotettuna 267 watista 411 wattiin eli 144 wattia. GP102-grafiikkapiirin lämpötila nousi ylikellotettuna 84 asteesta 87 asteeseen eli kolme astetta. Näytönohjaimen tuulettimen kierrosnopeus nousi ylikellotettuna 50 prosentista 83 %:iin ja kokoonpanon melutaso 37 desibelistä todella äänekkääksi 45 desibeliin.

3DMark Fire Strike Ultran grafiikkatestin tulos parani ylikellotetulla Titan X:llä 834 pistettä.

The Witcher 3:ssa keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus parani ylikellotetulla Titan X:llä 10,1 FPS:ää eli noin 15 %.

Ylikellotustestit nestejäähdytyksellä

TechBBS-foorumilla on muutamalla käyttäjällä kokoonpanossaan Titan X -näytönohjain nestejäähdytettynä. Nimimerkki Contay lähetti muutaman kuvan omasta kokoonpanostaan, jossa Titan X:ää jäähdytetään EKWB:n full-cover-blokilla omassa 360 mm:n jäähdyttimellä varustetussa kierrossa.

GP102-grafiikkapiiri toimii ylikellotettuna vakaasti 2050 MHz:n kellotaajuudella ja lämpötila on jäähdyttimen tuulettimien kierrosnopeudesta riippuen 3D-rasituksessa noin 45-50 astetta.   GDDR5X-muistit toimivat 11200 MHz:n tehollisella kellotaajuudella.

Nestejäähdytyksellä Titan X:n grafiikkapiiristä saa siis irti noin 200 MHz korkeamman kellotaajuuden kuin vakiojäähdytyksellä. Samalla GPU:n lämpötila on 3D-rasituksessa lähes 40 astetta alhaisempi ja kokoonpanon melutaso huomattavasti miellyttävämpi.

Yhteenveto

Pascal-sukupolven Titan X -näytönohjain on kiistanalainen tuote, johtuen siitä että se on saatavilla ainoastaan NVIDIAn omalla referenssijäähdytyksellä ja se on myynnissä ainoastaan NVIDIAn omassa verkkokaupassa päätä huimaavaan 1359 euron hintaan.

NVIDIA on toistaiseksi pantannut GeForce GTX 1080 Ti:n julkaisua, joka mahdollistaisi näytönohjainvalmistajien omiin piirilevyihin ja jäähdytysratkaisuihin perustuvat tehdasylikellotetut mallit. Tilanne on yksinkertaisesti seurausta vallitsevasta näytönohjainten markkinatilanteesta, kun AMD ei ole viime aikoina kyennyt tarjoamaan vastusta suorituskykyisimpien high-end-näytönohjaimien saralla.

io-techin testien perusteella Titan X tarjoaa riittävästi suorituskykyä 4k Ultra HD -pelaamiseen hyvillä kuvanlaatuasetuksilla. GeForce GTX 1080 -näytönohjaimella 60 FPS:n ruudunpäivitysnopeuden saavuttamiseksi kuvanlaatuasetuksia täytyy tiputtaa ainakin yhdellä, jos ei jopa kahdella pykälälle Medium- tai Low-tasolle.

Täysin riittämättömästä NVIDIAn referenssijäähdytyksestä huolimatta Titan X ylikellottui erinomaisesti ja suorituskyky parani entisestään noin 15 %. Näiden tulosten valossa GP102-grafiikkapiirissä riittää potentiaalia vielä runsaasti, kunhan jäähdytys saadaan kuntoon ja mahdollisesti kaksi pois päältä kytkettyä SM-yksikköä eli kaikki 3860 CUDA-ydintä käyttöön.

AMD on ilmoittanut julkaisevansa seuraavan sukupolven Vega-grafiikkapiirin huhti-kesäkuussa, joten NVIDIAn voisi olettaa vihdoin julkasevan GeForce GTX 1080 Ti -näytönohjaimen. Nähtäväksi jää, kuinka paljon NVIDIAn tarvitsee puristaa tehoja irti GP102-grafiikkapiiristä, jotta se pystyy kilpailemaan Vegan kanssa.

Kiitos TechBBS-käyttäjälle xarot näytönohjaimen lainaamisesta testiin!