超能课堂(47)：NVIDIA显卡性能靠频率？GPU Boost是怎么回事？
红色帝国AMD这几年在显卡市场有点不顺心，独显份额不断下滑，一度跌破20%大关，直到今年Q1季度才开始有回升，真正翻身还得看今年的Polaris显卡市场表现，好在AMD已经给大家带来了曙光。AMD输给NVIDIA有多方面的因素，市场、渠道、营销以及最重要的产品上都有影响，特别是在Maxwell架构之后，NVIDIA显卡性能、能效全面压制了AMD，如果AMD真的输在产品上，那么有个问题——AMD显卡到底差在哪里？
影响显卡性能的不外乎架构、工艺这些大方向，不过今天我们这篇超能课堂要关注的不是AMD、NVIDIA显卡架构设计导致的差异，直接影响显卡性能的还有频率这个指标，这次我们来看看AMD、NVIDIA过去几年中不同显卡在频率上有什么差别了。
GPU Boost：动态调节GPU频率
集成电路芯片通常都是固定（最高）频率运行的，这样做其实并不灵活，理想情况应该是频率根据需要调整，这种频率动态调节技术说起来也不新鲜了，Intel处理器所用的Turbo Boost就是频率动态调节技术，，可以参考下。
NVIDIA的GPU Boost技术不仅可以用于游戏卡，专业卡上也有应用
在GPU上，NVIDIA最先在Kepler架构的GTX 680显卡引入了GPU Boost加速技术，随后在GTX 700系列显卡上发展到了GPU Boost 2.0，而在最新的GTX 1080显卡上推出了GPU Boost 3.0加速技术。此外，该加速技术也不只是GeForce专享，在NVIDIA的Tesla等专业卡上也应用了GPU Boost技术以提高性能，而且部分场合中对性能的提升还是非常明显的，官方表示有40-50%。
实现GPU加速并不是把频率调高调低这么简单，它需要GPU根据当前的使用情况——功耗、温度、电压、转速等多方因素作出抉择，尽可能提高显卡频率以提升性能，而在不需要高性能的情况下则会降低频率以节能。
功耗是影响GPU加速的一个关键因素
GPU Boost 1.0的算法
在GTX 680显卡上，NVIDIA推出了GPU Boost 1.0加速技术，影响频率提升的主要因素就是显卡TDP功耗，GPU会根据显卡当前的状态来管理频率加速状态。
GPU Boost 2.0把显卡温度也考虑进去了
到了GTX 700系列及GTX Titan显卡上，NVIDIA推出了GPU Boost 2.0技术，与第一代显卡它要考虑的因素更多，不光是功耗，还有显卡的温度，也就是说GPU加速频率要照顾到功耗及温度两方面，不会为了性能而让温度超标，这样可以不仅可以提高性能，也不会导致温度失控进而导致风扇转速飙升，带来额外的噪音。
在我们的测试中，NVIDIA显卡自GTX 700之后温度上限多控制在80-83°C左右，这其中就有GPU Boost技术的考虑。
GPU Boost 3.0加速
无论GPU Boost 1.0还是GPU Boost 2.0，GPU频率增加的步进都是固定的（之前做过测试，大约是13MHz一个GPU Offset），而在GTX 1080显卡上，NVIDIA又带来了GPU Boost 3.0技术，它的一个关键改变就是Offset频率不再固定，每个电压点都有对应的频率Offset，这样做的一个好处就是GPU实际加速频率可以更接近理论值。
AMD这边对GPU加速技术似乎并不热心，HD 7970最高频率就是925MHz，之后在HD 7970 GHz显卡上AMD也带来了动态频率调节技术，基础频率1000MHz，加速频率1050MHz。不过之后的AMD显卡频率虽然也变成了动态调节的了，但AMD的加速做法不太一样，官方公布的频率实际上是最高频率，而支持GPU Boost加速技术的NVIDIA显卡公布的频率实际上是显卡最低频率，二者主要的区别可以参考下面的表格：
AMD、NVIDIA最近几代显卡的基础及加速频率
从这张图中我们可以看到，AMD这几代旗舰显卡的频率一直徘徊在1000MHz左右，28nm工艺下升级过的几代显卡都是如此，NVIDIA的显卡有大小两种核心，大核心的GK110、GM200频率设定比较低，小核心的GK104、GM204就高一些，加速频率可达1.2GHz（非公版上1.3GHz甚至1.4GHz也很轻松），这要比AMD显卡高得多。
到了16/14nm工艺时代，双方在频率上都会提升，但NVIDIA显卡明显更激进一些，GTX 1080显卡基础频率1607MHz，加速频率1733Mhz，仅频率方面就比前代GTX 980提升了40%，这也是GTX 1080显卡性能比后者大幅提升的一个重要原因。
公版GTX 1080显卡日常应用加速频率实际上可以达到1797MHz
NVIDIA Pascal显卡的实际运行频率其实比标称的加速频率还要高很多，GTX 1080显卡在游戏应用中加速频率实际上可达1797Mhz，之前测过的非公版GTX 1080显卡更夸张，游戏中甚至可以稳定在1.9-1.95GHz之间，要比官方宣称的加速频率高很多。
AMD的RX 480显卡频率比前代也有提升，此前曝光的信息显示加速频率可达1266MHz，预售页面上标的参数是1288MHz。不过，与NVIDIA Pascal显卡相比，Polaris显卡相比，AMD显卡的频率还是更加保守一些，并没有N卡这么疯狂。
总的来说，AMD、NVIDIA两家公司的GPU因为架构及厂商衡量的标准不同，频率上确实存在很大差异，这不会是单纯的技术原因，也不会是简单的市场原因，特别是在Polaris及Pascal显卡上，AMD、NVIDIA双方选择了不同的代工厂，前者是三星/GF系的14nm FinFET LPP工艺，后者是TSMC的16nm FinFET Plus工艺，这对显卡的性能也会有一定影响。
另一方面，频率的设定不仅影响性能，还会影响显卡的超频潜力，NVIDIA的Pascal显卡自身的频率已经很高，虽然非公版大都可以突破2GHz，但与显卡加速频率相比，超频带来的性能增幅越来越小。AMD这边因为没有多少实测，超频潜力还不好说，不过看到有爆料称AMD会提供新超频工具，RX 480显卡已经超频到1600MHz了，如果是这样，那么在超频这点上，AMD显卡留给用户的空间更大。
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