GeForce GTX Titan X im Test: Nvidias 4K-Grafikkarte mit 12 GB Speicher

Einleitung

Geschichte wiederholt sich. Wie bei Kepler führt Nvidia auch bei Maxwell den größten Chip der Architektur für Endkunden als „Titan“ auf dem Markt ein und positioniert die GeForce GTX Titan X vorerst als Grafikkarte für absolute Enthusiasten.

Der verbaute GM200 bietet 50 Prozent mehr Ausführungseinheiten als der GM204 auf der GeForce GTX 980 und kann mit erstmals 12 GB GDDR5 auf drei Mal so viel Speicher zurückgreifen. Beim Kühler setzt Nvidia auf die erste von der GeForce GTX Titan bekannte Variante mit Vapor-Chamber und nicht die abgespeckte Version auf GeForce GTX 980 und GTX 970.

Mehr geht bei Nvidia aktuell nicht und sollte in naher Zukunft auch nicht gehen. Im Gegensatz zur ersten GeForce GTX Titan mit beschnittenem GK110 soll die GeForce GTX Titan X nämlich bereits auf den Vollausbau des GM200 setzen.

Wie gut sich die GeForce GTX Titan X in der Praxis schlägt, wird ComputerBase auf den folgenden Seiten klären und dabei auch den praktischen Nutzen des großen VRAM einer Probe aufs Exempel unterziehen.

Technische Eckdaten

Beim GM200 hat Nvidia acht Milliarden Transistoren auf einem 601 mm² großen Rechenkern untergebracht, der wie alle anderen aktuellen Nvidia-GPUs im 28-nm-Prozess bei TSMC hergestellt wird. Das sind knapp drei Milliarden Transistoren mehr als beim GM204 und runde eine Milliarden mehr als beim größten Chip der Kepler-Architektur, dem GK110. Alle verfügbaren Einheiten sollen auf der GeForce GTX Titan X aktiv sein. Die Packdichte erreicht mit 13,3 Millionen Transistoren pro mm² einen neuen Höchstwert.

Chip	GK110	GM204	GM200
Transistoren	ca. 7,1 Mrd.	ca. 5,2 Mrd.	ca. 8,0 Mrd.
Fertigung	28 nm HP TSMC	28 nm HP TSMC	28 nm HP TSMC
Chipgröße	550 mm²	398 mm²	601 mm²
Packdichte*	12,9	13,1	13,3
* In Millionen Transistoren pro mm²

Die zweite Generation der Maxwell-Architektur ist gegenüber GM204 und GM206 unangetastet geblieben, die GPU verfügt allerdings über 50 Prozent mehr Ausführungseinheiten. Die Anzahl der Graphics Processing Clusters (GPC) ist von vier auf sechs gestiegen, womit 24 Streaming-Multiprocessors und damit insgesamt 3.072 Shadereinheiten vorhanden sind. Die Anzahl der Textureinheiten beträgt 192. Auch bei den ROPs, dem Speicherinterface und dem L2-Cache setzt sich der Aufschlag von 50 Prozent fort.

Mit einem Basis-Takt von 1.002 MHz taktet die GeForce GTX Titan X allerdings deutlich konservativer als die GeForce GTX 980. Der maximale Takt beträgt 1.152 MHz, die durchschnittliche Frequenz gibt Nvidia mit 1.076 MHz an. Der 12.288 MB große GDDR5-Speicher, der sich aus 24 Chips auf Vorder- und Rückseite zusammensetzt, arbeitet wie bei GeForce GTX 980 und GTX 970 mit 3.506 MHz.

	GeForce GTX Titan	GeForce GTX 980	GeForce GTX Titan X
Shader-Einheiten	2.688	2.048	3.072
Basis-Chiptakt	837 MHz	1.126 MHz	1.002 MHz
Maximaler Takt	1.006 MHz	1.240 MHz	1.152 MHz
SP-GFLOPS*	5.408 GFLOPS	5.079 GFLOPS	7.079 GFLOPS
ROPs	48	64	96
Pixelfüllrate*	48.288 MPix/s	79.360 MPix/s	110.592 MPix/s
TMUs	224	128	192
Texelfüllrate*	225.334 MTex/s	158.720 MTex/s	221.184 MTex/s
L2-Cache	1.536 KB	2.048 KB	3.072 KB
GPU ohne Monitor abschaltbar	X	X	X
Speichermenge	6.144 MB GDDR5	4.096 MB	12.288 GDDR5
Speichertakt	3.004 MHz	3.506 MHz	3.506 MHz
Speicherinterface	384 Bit	256 Bit	384 Bit
Speicherbandbreite	288.384 MB/s	224.384 MB/s	336.576 MB/s
Stromangaben Typisch/Maximal	?/250 Watt	?/165 Watt	?/250 Watt
* Leistungswerte für eine bessere Vergleichbarkeit auf Basis des maximalen Taktes

In vielen Belangen ist der GM200 dem Vorgänger GK110 klar überlegen, in einem allerdings nicht: Der Double-Precision-Leistung. Während sie auf der GeForce GTX Titan im Verhältnis 1:3 zur Single-Precision-Leistung vorhanden war, liegt die Rate auf der GeForce GTX Titan X nur noch bei 1/32 – und damit genauso hoch wie auf dem GM204 und dem GM206. Mehr kann der Chip nicht.

Für professionelle Anwender, die in der ersten Titan eine Alternative zu deutlich teureren Tesla-Karten fanden, ist die neue GeForce GTX Titan X damit keine Alternative. Tesla auf Basis von GM200 wird selbst aber auch nicht mehr Leistung bieten können.

	GK110	GK110 (Titan)	GM204	GM200
DP/SP-Verhältnis*	1/8	1/3	1/32	1/32
* Leistung Double Precision im Verhältnis zu Single Precision, maximal

Die Display- und Video-Fähigkeiten des GM200 entsprechen denen des GM204. Der GM206 ist mit seiner neuen Video-Engine also weiter entwickelt. Wie alle Maxwell-Grafikkarten der 2. Generation ist die GeForce GTX Titan X mit einem HDMI-2.0-Anschluss ausgestattet, mit HDCP 2.2 für Ultra-HD-Blu-rays kann aber nur der GM206 und damit vorerst nur die GeForce GTX 960 umgehen. Auch müssen GM200-Käufer darauf verzichten, den H.265-Codec (HEVC) per NVENC zu decodieren.

Nvidia hat mittlerweile bekannt gegeben, dass der GM200 DirectX 12 mit dem Feature-Level 12.1 in Hardware unterstützt und damit alle neuen Funktionen der API zum Start unterstützen wird. Kepler-Grafikkarten sowie der GM107-Chip auf der GeForce GTX 750 (Ti) müssen mit dem Feature-Level 11.0 vorlieb nehmen. Sie bieten unter DirectX 12 also Vorteile wie den reduzierten Overhead, nicht aber neue Funktionen für die Darstellung.

Die GeForce GTX Titan X im Detail

Wie die GeForce GTX Titan wird es die GeForce GTX Titan X über den gesamten Lebenszyklus ausschließlich im Referenzdesign geben. Während Kunden das neue Flaggschiff in den USA für 999 US-Dollar (plus Steuern) sofort erwerben können, soll die Verfügbarkeit in Deutschland in fünf bis zehn Tagen gegeben sein – einen Preis nannte Nvidia zum Start nicht.

Optisch unterscheiden sich erste und aktuelle GeForce GTX Titan auf der Vorderseite nur durch die Farbgebung, das Kühlsystem ist identisch. Damit kommt auf der GeForce GTX Titan X wieder die Version mit Vapor-Chamber zum Einsatz; auf GeForce GTX 980 und 970 setzt Nvidia auf eine abgespeckte Version mit Heatpipes. Verschwunden ist die Backplate. Durch den zusätzlichen Platz sollen Multi-GPU-Systeme weniger Probleme mit der Frischluft haben.

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Nvidia will die Spannungsversorgung der GeForce GTX Titan X derart ausgelegt haben, dass sich die Grafikkarte besser übertakten lässt. Der Aufbau bleibt mit einem 6+2-Phasendesign allerdings unverändert. Das Power Target lässt sich um zehn Prozent auf 275 Watt anheben. Für die ab Werk erlaubten 250 Watt sind ein 8-Pin- und ein 6-Pin-Anschluss vorhanden.

Nvidia gibt an, die elektronischen Geräusche so weit wie möglich reduziert zu haben. Dank ausgewählter Bauteile soll die GeForce GTX Titan X nur ein minimales Spulenfiepen aufweisen. Monitore können an einem DVI-, einem HDMI- oder drei DisplayPort-Anschlüssen betrieben werden.

Merkmal		Ausprägung
Karte	PCB-Design	Eigenentwicklung
	Länge	27 cm
	Stromversorgung	1 × 8 Pin 1 × 6 Pin
Kühler	Design	Eigener Kühler, 2 Slot
	Kühlkörper	Alu-Kern, Alu-Radiator, Vapor-Chamber
	Lüfter	1 × 75 mm (radial)
	Lüfter abgeschaltet (2D)	Nein
Takt (Stromsparmodus)	GPU-Basis	1.002 (135 MHz)
	GPU-Maximum	1.152 MHz
	Speicher	3.506 MHz (405 MHz)
Speichergröße		12.288 MB GDDR5, Hynix
Anschlüsse		1 × Dual-Link-DVI 1 × HDMI 2.0 3 × DisplayPort 1.2