NVIDIA Maxwell发布前夜猜想

近，有关NVIDIA下一代显卡Maxwell的消息越来越多了，首当其冲的就是GM107等GPU的规格和性能。和Kepler发布节奏类似的是，Maxwell也基本确定是首发小核心产品，大核心产品后期发布。那么，Maxwell在架构上究竟有什么改善呢？相比Kepler的进步在哪里？请看本文综合业内消息给出的分析和猜想吧。

近关于GPU热闹的新闻莫过于NVIDIA即将发布全新一代Maxwell显卡了。NVIDIA自从在2012年发布了Kepler家族产品后，在将近两年的时间内产品架构都没有实质性的更新了。这一次，NVIDIA在Maxwell芯片上将为用户带来一个全新的架构。在产品发布之前，用户关心的问题莫过于：新架构的优势在哪里？能给用户带来什么样的体验呢?虽然答案在NVIDIA没有彻底解禁Maxwell之前，谁都不可能彻底知晓。但是从目前业界发展趋势、晶体管制造工艺发展情况以及NVIDIA对产品的规划来看，还是可以推测出不少的信息。尤其是目前处于Maxwell发布前夜，很多产品信息都已经在网上泄漏，因此对Maxwell新品的分析就更为有的放矢了。

好了，本文将采用问答的方式，就Maxwell的发布时间、产品情况、架构改进和性能目标等诸多内容做出分析。不过由于是预测性质的内容，出现错误和偏差肯定无法避免，一切还得等产品正式上市后才能彻底清晰。

问题一：Maxwell什么时候发布？

Maxwell的发布时间目前依旧不够明确，预计会是在年后2月中下旬。但可以明确的是：发布时间很可能就在近，甚至在看到这篇文章时，Maxwell已经发布并上市也有可能。

NVIDIA在进入了统一渲染架构时代后，对产品发展节奏的控制曾经有过多次尝试和探索。就像英特尔一年一代的Tick-Tock那样，NVIDIA也逐渐形成了自己的产品发布节奏，那就是：两年一次大的架构换代，两次架构换代之间的一年主要以优化改进、型号升级为主。比如Fermi时代GTX 480的GF100算是架构换代的例子，而随后的GTX 580的GF110则是优化改进、型号升级。两年后的2012年的GTX 680、GTX 670、GTX 660以及GTX 650等Kepler家族产品都已齐备，这就是整体架构换代，2013年的GK110以及GTX 780的上市、GTX 770等产品的推出则是优化更新。

从Kepler发布到现在已经两年了，Maxwell无论怎么说也应该出来了，至少AMD已经从Tahiti升级到了Hawaii，GCN架构也有了更新。NVIDIA虽然依靠Kepler家族依旧应对有余，但是GPU发展以及更多新特性的需求使得Maxwell不得不出现，毕竟GPU市场虽然只在两家公司之间竞争，但是如果NVIDIA打一下瞌睡，还是有可能被对手轻松反超的。

问题二：Maxwell为什么还是28nm的产品？

根据目前的爆料来看，Maxwell依旧采用28nm工艺打造。这是因为目前台积电TSMC的主流工艺还是28nm，20nm工艺也只是在2014年第一季度才能开始进入大规模量产而已。考虑到NVIDIA可能早在2013年中期就将Maxwell的相关产品交给TSMC流片试产，那个时候NVIDIA是无论如何都不可能超越时间选择到20nm工艺的。因此可以断定的是，NVIDIA还将使用TSMC的28nm工艺来生产目前的Maxwell。只不过目前曝光的Maxwell从编号上来看明显都是小核心的产品——诸如GM107或者GM117这样的。

为什么首先曝光的是小核心产品呢？答案很明显，20nm就算已经开始量产，但其良率和稳定性肯定无法用于GPU这样复杂的芯片。使用成熟的28nm生产Maxwell的小芯片，良率上更有保证。

那么，接下来的Maxwell中等核心和大核心产品会使用什么样的工艺呢？从TSMC的规划来看，20nm的芯片可能要在2014年第一季度开始大规模量产。如果预期良好的话，难度较小的GPU小芯片可能在2014年3～4月使用20nm工艺进行大规模生产，发布的话可能会拖延到2014年中期。这样一来，新的Maxwell如果使用20nm肯定赶不上2014年初的发布计划了。如果是大型芯片的话，可能要到2015年初(参考GK110，差不多使用了快一年时间才解决大规模量产的问题)，20nm工艺才能解决生产的问题了，等得实在是太久了。

网上报料的Maxwell架构的GeForce GTX 750Ti的GPU-Z图片，从中能看出不少有用的信息。

AMD在2011年底就发布了Tahiti，又在2013年发布了Hawaii，虽然性能不是强的，但也算出过新品了。图为Hawaii核心。

20nm工艺升级的费用对比28nm工艺，贵了不是一点半点。

这应该是两张源于NVIDIA内部的PPT，说明了NVIDIA对20nm工艺的态度其实并不乐观。

 
这应该是两张源于NVIDIA内部的PPT，说明了NVIDIA对20nm工艺的态度其实并不乐观。

目前泄露的GTX 750 Ti运行3DMark系列软件的成绩。综合其他显卡的测试成绩来看，GTX 750Ti比GTX 650Ti性能应该略高，基本和AMD R7 260X持平。

这里又出现一个问题。20nm的意义究竟有多大？之前在国外媒体对AMD的访问中，询问AMD是否考虑TSMC的20nm工艺来生产全新的H awaii以及未来全新系列的芯片时，AMD回答的大意是出于经济性的考虑，相关产品短期内是不会升级到20nm工艺的。仔细分析一下，AMD的回答基于两个方面的考虑：

一方面，20nm成本相比28nm实在是太贵，再加上不可预计的风险，AMD不太会考虑迅速转换至新工艺。在这一点上，根据国外有关电子企业的估计，20nm的转换过程，需要投资总金额高达70～117亿美元。而之前28nm只需要45亿美元左右，这些成本后还是转嫁给AMD、NVIDIA这样的芯片用户的。

另一方面，20nm本身相对28nm改进不大。根据NVIDIA官方的资料，20nm相对28nm在终成本的降低上并没有什么明显的优势。升级到20nm后，制造成本的上升甚至会对冲掉由于芯片面积降低而带来的成本降低。或者说由于工艺问题，20nm对晶体管尺寸的降低和芯片面积的缩小显得不够明显。再加上目前28nm工艺还是有潜力可挖的，因此AMD和NVIDIA终都没有选择20nm，而是继续在28nm工艺上改进产品。

经过分析，短期内20nm的GPU似乎没有希望了。下一个问题是，未来AMD和NVIDIA是否要进入20nm时代呢？答案似乎也是否定的。因为根据TSMC的规划，20nm的寿命只有差不多一年左右的时间。也就是说2015年的第一季度，真正的全代工艺、彻底革新的16nm FinFTE就将正式投产。相比20nm，16nm FinFTE（也就是传说的3D晶体管）才能算得上是真正的革命性改变。目前TSMC宣称自己16nm研发生产进展十分顺利，甚至会面向不同的用户提供不同类型的产品。考虑到16nm对晶体管体积和芯片面积缩小十分明显、鳍状栅极技术对晶体管性能的改进极为显著，16nm还是相当值得期待的。结合前文的分析，如果NVIDIA现在使用20nm生产中等核心和大核心的Maxwell产品，发布时间甚至会拖延到2015年。如果是这样，那还不如干脆等着TSMC 2015年16nm产品上市后直接用16nm工艺生产就行了。