電腦達人養成計畫 5-26：追求效率最大化－NVIDIA Maxwell 架構

GM107 核心

使用第一代 Maxwell 架構的核心種類很少，只有 GM107 與 GM108 (主要用於筆記型電腦) 兩種而已，從代號當中可以很明顯的看出來這兩款顯然都不會是高階產品，更不可能是頂級的大核心系列，實際上也確實是這樣，這兩款正好是 Maxwell 家族當中核心規模最小的兩款。

以 NVIDIA 過去的歷史來說，全新一代的架構居然是用最小的核心起頭看起來的確很奇怪，而且改進內容又這麼少，這在當年也確實引起不少媒體紛紛議論 NVIDIA 到底葫蘆裡在賣甚麼藥 (其實說穿了就是大核心版本的 Maxwell 跟當年 Kepler 一樣又難產了，頂級產品一年一改的慣例差點生不出來，最後只好出個基於完整版 GK110 的 GTX TITAN Black 跟 GTX TITAN Z 來撐場，而且當時 Kepler 也還沒在低階入門產品出現，最終造就了只有中階是 Maxwell，其他各價格帶的新產品都是 Kepler 的情況)。

由於屬於中低階產品，所以 GM107 的結構相對而言簡單許多，只有兩組記憶體控制器 (128-bit 頻寬) 與一組 GPC，其中包含了 5 組 SMM (即 640 個 CUDA Core、40 個 TMU、16 個 ROP)，而使用 GM107 核心的產品則只有三款。

其中定位最高的為 GTX 750 Ti (1020 MHz / 5400 MHz)，是系列當中唯一使用完整版 GM107 核心的型號，次一級的 GTX 750 (1020 MHz / 5000 MHz) 則是刪減了一組 SMM，因此僅具備 512 個 CUDA Core、32 組 TMU，而僅用於 OEM 市場的 GTX 745 (1033 MHz / 1800 MHz) 則是只包含 3 組 SMM (384 個 CUDA Core、24 組 TMU)，並且只能搭配 DDR3 記憶體使用。

GM108 核心

至於 GM108 核心則是 Maxwell 架構當中規模最小的，在 GM107 的基礎上進一步刪除了一組記憶體控制器，並且最多只包含 3 組 SMM，主要只用於筆記型電腦上，因此在此就不多贅述。

NVIDIA Maxwell Microarchitecture (第二代)

• 推出日期：2014 年 09 月 (GM204)
• 所屬系列編成：GeForce 900 系列
• API 支援：DirectX 12.0、OpenGL 4.5、OpenCL 1.2、Vulkan 1.0
• Shader Model 支援：SM 5.0

在首款 Maxwell 架構核心推出之後半年，NVIDIA 才終於揭開 Maxwell 架構的真實面目，實際上有不少 Maxwell 架構的新特性都要在第二代 Maxwell 架構當中才看得到 (不過這次跟 Kepler 時期一樣，仍然是從中核心開始首發，完整版大核心還要再等一陣子)。

跳過 GeForce 800 系列的理由

在開始談第二代 Maxwell 架構之前，應該有些人有這個疑問吧？照例作為 GeForce 700 系列接班人的產品線應該叫做 GeForce 800 系列才是，但最後卻直接跳到 GeForce 900 系列了，實際上這是 NVIDIA 考慮到過去幾代產品線當中「架構跨越系列」的情況越來越嚴重 (舉例來說 700 系列當中同時有 Fermi、Kepler 一代、Kepler 二代甚至 Maxwell 一代的產品，而 Kepler 一代的產品散見於 GeForce 600 系列與 GeForce 700 系列) 而做出的改變。

不過真正讓 NVIDIA 下定決心做此改變的理由倒不是桌上型電腦用 GPU 這邊的混亂，其實是筆記型電腦的部分才讓 NVIDIA 下此決定，主因為當時 GeForce 800M 系列已經先推出，而當中採用 Maxwell架構的核心全都比 Kepler 架構核心低階，或許是為了避免讓人以為 Maxwell 是低價版 Kepler 才做此決定。

第三代色彩差異壓縮技術

前面提過 Maxwell 架構為了降低對記憶體頻寬的需求 (目的是減少記憶體控制器配置來節省面積與功耗)，所以把快取加大了許多，然而這在放大規模之後的第二代 Maxwell 架構當中仍然是不夠的 (而且第二代 Maxwell 架構當中渲染輸出單元對比記憶體控制器的數量變得更加懸殊了，因此頻寬不足的問題會變得明顯許多，Tesla 時代每個記憶體控制器平均只需要負責 4 個 ROP，發展到第二代 Maxwell 的時候每個記憶體控制器得負責 16 個，這是第一代 Maxwell 的兩倍)，因此 NVIDIA 在第二代 Maxwell 架構當中把已經許久沒有更新的色彩差異壓縮技術提升到第三代。

最早的色彩壓縮可以追溯到 GeForce FX 時期 (對，就是惡名昭彰的 FX)，而 Maxwell 當中的第三代色彩差異壓縮則是演化自 Fermi 架構當中首次提出的色彩差異壓縮技術 (Fermi 架構是 NVIDIA 第一款把 ROP 與記憶體控制器比值拉到 8:1 的產品)。

畢竟本系列文章的主軸不在於深入探究原理，而是在介紹歷代發展與各種技術，因此色彩壓縮方面的細節我就不多談了。就結果而言，得益於色彩壓縮技術的提升與擴大 L2 快取之後，NVIDIA 官方聲稱平均而言能夠降低 25% 的記憶體頻寬需求。

HDMI 2.0 與第三代 NVENC

相較於第一代 Maxwell 架構而言，基於第二代 Maxwell 架構的系列產品全數支援 HDMI 2.0 輸出 (可以完整支援 60 Hz 畫面更新頻率下的 4K 解析度輸出)，內建硬體編碼器 NVENC 則改進了 H.264 編碼的性能與增加對 H.265 HEVC 編碼的支援。

Polymorph Engine 3.0

除此之外第二代 Maxwell 也補上了第三代的 Polymorph Engine，與先前版本的主要差別是一些架構上的優化。

如同先前提過的，這部分主要影響的是進行曲面細分 (Tessellation) 的性能，因此第二代 Maxwell 架構在這方面也有一些提升。