掀翻公版独霸!超另类GTX260+研发始末

    [泡泡网显卡频道2月6日] 编者按：作为长期关注显卡的人群，我们玩过不少显卡，但是关于显卡的幕后研发故事我们却很少能够了解。今天我们在iGame研究所的某卧底同学（暂且这么称呼）为我们带来了七彩虹最新的一款十分另类的非公版GTX260+的研发始末，以飨读者。

    14亿颗晶体管、1700颗元件组合，能爆发出怎样的一种动力？此篇故事的主角——定制版GTX260，是一片值得记录的显卡，因为他的到来，“公版”独霸的时代要离我们而去了。

    第一次开放公版，之后的事情呢？也正是现在要说的。对于芯片性能，GTX260这颗GPU，在1920x1200分辨率下出色的游戏效能，从我们全球的供货情况看，GTX260无愧于220美元价格段非常好的PCIE显卡。对于电路设计而言，我们遭遇了不小的困难与波折，但是结果却非常的棒，本文会给你描述一些我们的困恼。

    今年1月微型计算机杂志上有这样一篇文章《从订制到定制 IT的个性化定制时代》，以及2008年8月《iGame研究所探秘及显卡研发经理访谈》对于iGame研发的报道，都给整个行业在“定制”这个概念上带来关注。幸运的是，去年iGame在业内第一家提出并提供One-to-One定制化产品服务，其中遭遇的困难可想而此，但是令人高兴的是，玩家们都拿到了最适合自己的产品。

    定制的想法，是前年早一些的时候，工程师们去法国出差带回来的灵感。让时间回到1858年，查尔斯.弗莱德里克.沃斯(Charles Frederick Worth)在巴黎的rue de la Paix（ 和平大道）七号上开设了第一家专为顾客度身定制的高级时装店。定制的概念由此飞跃了一个多世纪，然而用户的需求在今天，仍旧是重点被尊重与关注的对象。我们在通过“跨界”(Crossover)的思考，在实践中嫁接外行业价值，落实于显卡之上。定制，更像是一种生活态度，追求个性化高品质的一种生活方式。可以想象，“定制”服务在一个批量化流水线的现代企业生产中，他所带来的“麻烦”是无需置疑的。

    好了，我们的话题回到GTX260的研发上来。

● 设计思路：定制版>公版>非公版

    大家看到“定制版>公版>非公版”这个公式决定一定很奇怪？我想先谈谈我们的设计思路。

    设计中，我们主要从两个方面考虑，1、性能2、时间。我们第一步要考虑的就是性能，是“cost up（成本增高）” 而不是Costdown。这个出发点很重要，决定了我们以“性能”为导向去做设计。采购回来的总体成本比“公版”还要贵，我们心理早已有所准备。

    过去，“非公版=缩水”是很多玩家在心理的共识，媒体的报道也诸如“由于NVIDIA开放了非公版设计，这意味着有实力的厂商能自行研发低成本的非公版”。非公版是市场细分化的产物，例如公版的GTX260售价是1999元，很多玩家买不起，在保持性能不变的情况下，Costdown后的非公版的价格是1499元，就会受到普通玩家的欢迎。性能与稳定性不变，Costdown的产品也是好产品，主要看你的需求是什么。定制版按照类型划分，也是非公版，但是按照品质去划分，“定制版>公版>非公版”他又是正确的。

    后面我会讲到超越公版设计，一路上我们遇到的困难与阻力。

● 玩家定制：IPU芯片的诞生

    这一次的设计最大难点有两个方面：1、IPU芯片的布局；2、自行设计的扣Fin涡轮散热器。

    从去年全国优异届定制比赛之后，我们陆陆续续收集到很多的定制方案。我清楚的记得去年11月我们还有帮助网吧单独定制数十片9800GT显卡，从研发角度与批量生产的角度而言，定制是一件不小的“麻烦”。在IPU芯片诞生前，我陆续收到不少需求，例如LED侦错灯不易识别、一键超频按钮无法变压等问题，还有如何才能实现主板上的多档变压增频与节能，种种定制需求。我们想找到一种方案，而实现玩家提出的种种问题问题。

    奔走在多家供应商与无数次的设计方案讨论会后，我们在去年年末时候，IPU芯片的设计终于完成。我们心理非常清楚，在目前的状况下，对于成熟的显卡产品，进行芯片上的任何一个升级，都有不小的困难。定制带来的“麻烦”是多方面的，一方面工程师要在日常的设计中处理市场主流型号的产品设计，一方面还要应对繁杂制作工序的定制需求。此外，采购的繁琐与成本上的增加，都让很多企业退缩下去。

   由于时间问题对于IPU芯片的具体情况，在这里就不再仔细描述。我想在后期的评测与我的博客中，大家会看到他的表现以及详细讲解。

● 苦恼：GTX260散热器该如何选择？

    由于重新设计电路，扣具与电路布局的改变，必然带来那么与之搭配的散热器的重新设计。更重要的问题是：到底要重新开模还是选择第三方方案？重新开模，必然要再一次增加成本。这一次设计GTX260，我们已经在多处做工要高于公版，最终的整体成本是一个大问题！第三方方案会是很多品牌的选择，但我们热屋内并不是最“适合”这个产品。按照当初的设计思路，我们还是决定选择自行研发设计。

iGame自行研发的设计散热器结构图

当初设计GTX260的一些散热方案

    在前期讨论阶段，记得有一天散热器工程师Abner跑来跟我们说，“我这里有一个整体散热方案，不仅能照顾到显卡每个部件的散热问题，还能照顾到机箱内部的散热环境。”于是，我们又找到散热器设计师，在结构不变的情况下，重新设计了很多款式的外形，正如图中你看到的。

    在日常测试中，我们会把测试卡安置在高温高湿老化测试机器中测试，恒温55度下进行。按照NVIDIA的设计指南的说明，这样恶劣的环境，核心温度保持在105°都属正常。一件有趣的事，我们敬业的热器工程师Abner为了保证散热器的性能足够可靠，还用电吹风对着显卡吹，然后运行3DMark测试。最后的结果，一切表现出色。这一套“扣FIN涡轮式”系统散热方案，我们会在今后的测试中介绍。

● 为什么固态比MLCC“好”？

    2001年的时候，我也迷恋过G400MAX显卡上面的那17颗黄豆般的钽电容。跑3DMARK2000，2D直追幻日。

    然而，你对好的定义是什么，这个很重要？是一定价格下的最优性能，还是偏执狂式的最好。这些年，固态电容的流行速度超乎我们的想象，有时RD工程师也不得不开始追逐流行。事实上，电路设计讲究的不是“最”这个概念，而是“适合”。你一定知道，F1赛车是开不上山路的，这个时候四驱越野车会更好，他们很多时候不能放在一起比较。不过于迷信单纯的优异用料，一直贯穿着我们的设计思路。

    在研发的过程中，泡泡网的编辑给了我们很多“超越公版”的建议，其中一个非常尖锐，为什么我们不用MLCC电容组成的供电模块？MLCC有迷人的优势：小型好布线、高频性能好，介电层数量增加，可带来ESR的显著降低。在2004年后MLCC也是逐渐渗透钽电容长期垄断的市场。MLCC也有他的不足，工厂对我们反映的情况，在SMT过程中，MLCC类电容结构上存在着很大的脆弱性，因为是由多层陶瓷电容叠加而成，所以强度低，极不耐受热与机械力的冲击，在SMT机上过波峰焊中尤为明显。这是不良率的问题，新的方案都是有风险的。我们很清楚这一点。

    但是接到泡泡网编辑的定制建议后，回到研发室我们又进行了重新考虑。从方案成熟度、成本与交货期上，目前的电源模块结构都比MLCC要更适合在GTX260上使用，另外，还要考虑之前所确定的散热器结构问题。事实上，MLCC并不是什么高深的设计用法，大家手上的手机，有可能用到200颗MLCC产品。MLCC在滤波之后的话，不见得一定比传统供电会好多少，我们还要看具体的滤波设计对比。

目前的方案同样可以获得出色的纹波噪音

    很多时候，不采用一个大家认为更好的材料，并不是因为技术的问题，成本、时间、结构、环境都综合决定了，这个方案是不是“最优”而去采用。

    电感是通直隔交，这里是滤波作用，把交流成分挡住不让其通过；电容是通交隔直，这里起到了旁路滤波作用，进一步把直流电中的交流成分引到地线，这样出来的就是很纯净的直流电了。目前显卡上的电容器件，行业已经达到了一个很高的标准，再往上的电容器件，性价比未必适合市场需求，产品很可能因为价格而“叫好不叫座”。况且留给我们自己设计电路的时间并不太多。我们的iGame工程师kevin，日以继夜的赶进度，使得春节后要送到玩家的手上。

    对于“完美”与“适合”的选择，在设计过程中，事实上我们也很痛苦。

● 第一次：1700颗元件+7相供电

    这一次我们为玩家定制的GTX260上将会有高达1700多颗电子元件，而市场上可能会有缩水至1200颗元件的产品。少了500颗零件，这是一个很直观的感受，暂且不评价好与坏问题。

    供电电路，是玩家关心的问题，也是我们在设计中很谨慎的部分。供电电路最主要是为高达大约14亿颗晶体管的GPU提供适合的电压和电流，保证GPU在高频、大电流工作状态下稳定地运行，特别是喜欢超频的GTX260的用户。供电设计考虑到元件特性、PCB板特性、铜箔厚度、散热、稳定性、干扰等等多方面的问题，他的周围是电路信号强度最大的地方。尤其当用户超频的时候，电路设计得不好会产生串扰cross talk效应，而影响到较弱信号的其他电路部分。

   一开始我们也考虑，4+1相核心/显存分离供电电设计，这是目前市场上大多数非公版的设计方式。但是在设计过程中我们拜访了很多中国玩家，他们提出希望增加供电项目的必要性。从理论上计算，1相能供电25A，4相是100A，那么如果采用6相就能达到150A。从日常应用上讲，只要稳定的提供足够给GPU电流，并没有一定的说谁好谁坏，但是针对高端GTX260显卡的超频需求，能过大电流的设计是有需要的，更何况我们的玩家都经常有在液氮下超频的经历。

    并不奇怪，现在的高端主板都已在使用8相的解决方案，理论上8相可以提供230～240A的电流给CPU使用。但是目前主流的GPU并不需要那么高的电流供应，6相供电，我们认为是目前显卡供电上的一个高配方案，非常适合GTX260玩家的超频与大游戏体验。

    与供电搭配的固态电容选择上，我们更多的去使用NCC日本化工的PS系列固态电容，以及三洋的SEPC固态电容，因为这两家公司的固态电容都是自己研发的，拥有各自的专利，具备更好的性能。而其它品牌的固态电容大多是购买第三方专利生产的，自己并没有投入多少研发力量。不过三洋SEPC固态电容由于缺货，存在交货周期长的问题，因此目前不少高品质显卡仍主要选择日本化工PS系列固态电容。

    这样计算下来，成本方面，一定会有所增加，但是我们不准备把成本的压力转交给用户，就算当做我们对iGame品质上的一种苛刻要求，回报玩家。

● 困恼：公版也是“缩水”的产物

    事实上，这一次的GTX260开放设计，公版留给品牌厂商的Costdow空间并不大。我想公版在设计之初，已经不能像过去那样不惜血本的进行设计，而是重新考虑“性价比”。我们看到Hyper Power(节能省电技术)这个功能芯片也省去了，过去是帮助NVIDIA GPU+MCP搭配完成省电功能的，能省去1~2个美金的成本，而原因很简单，小众功能，只有搭配NVIDIA少数高端主板才能实现功能。

    而供电部分的设计，也都是刚刚够用就好，例如使用普通的TO252封装的MOS管，也是考虑了开放给各大品牌设计后，更方便的找到这颗料件做设计。如果按照过去的标准去，今天市场上的GTX260价格也不会低于2000元了。

    在测试过程中，NVIDIA给出的纹波噪音标准是300mv，在模拟示波器下，iGame的纹波噪音标准仅有224mv，这与我们当初的“定制版>公版>非公版”设计思路是分不开的，使用滤波效果更好的lowESR电容，更低感值的电感等料件综合作用的结果。

    此外，我们在之前的设计中还发现一个有趣的现象，第一版10层PCB版本的GTX260出来的时候，竟然没有8层PCB版的GTX260的效能好，这是电路优化后的结果，NVIDIA在这方面也做了很多工作。不一味的用最好的料件设计，我想有两个原因，首先是设计思路上“相对适合”与“绝对最好”的选择问题，其实竞争对手在竞品的上市价格上施加压力。

    补充一个问题，很多玩家询问我们，“该如何分辨6层PCB或8层PCB？”。玩家中流传的一个方法是，通过看显卡核心与显存之间是否有布线来区别显卡PCB层数的方法。这个方法显然是不可靠的，事实上目前有不少采用8层PCB设计的显卡由于GPU要求以及PCB板材料的需要将核心与显存之间的布线设定在最外层。现在也并没有十分可靠、分辨显卡PCB层数的方法。不过还是有一些经验可徇，一般而言采用分离式供电设计的显卡，如果其核心供电部分在核心附近，那么这款显卡很大可能是采用6层PCB设计的，因为这样布线最短，核心可直接从PCI-E接口位置取电，这样显然比将核心、显存供电部分全部放在显卡最右边，核心主要通过辅助供电接口来取电的布线设计更短。

● 说点轻松的事情：如何用显卡治癌症

    说一些轻松点的事情吧。

    或许一些玩家已经加入了Folding@home (蛋白质折叠过程研究) 这样一个活动，我们这一次设计的iGame GTX260还获得了不错的成绩。Folding@home是一个由斯坦福大学主持，全球主要硬件厂商共同参与的大规模公益性分布式运算项目。其主要是研究了解蛋白质折叠、误折以及相关的疾病，主要研究的疾病包括：癌症、阿兹海默症、亨廷顿病、帕金森氏症等。我想，这是一个比单纯跑3DMark来得更有价值的事情。

    Folding@home (蛋白质折叠过程研究) 官方主页：
    中文：http://www.equn.com/folding/
    英文：http://folding.stanford.edu/

    如果蛋白质没有正确地折叠将会使人得一些病症：如阿兹海默氏症(Alzheimers)、囊肿纤维化（Cystic fibrosis）、疯牛病(Mad Cow, BSE)等, 甚至许多癌症的起因都是蛋白质的非正常折叠。所以了解其非正常折叠十分的重要。而显卡的协同计算能帮助到这一点。

    过去计算机模拟1纳秒（1/1,000,000,000秒） 需要花费大约一天的时间。不幸的是，蛋白质折叠是以数十毫秒（10000纳秒）作为时间表的。而今天的显卡却不需要了，如果使用显卡的用户都来参加这个公益活动，这其中有0.1%参与Folding@Home，就能够为该计划带来超过10个PFLOPS的运算能力，远远高于全世界最强大的超级计算机（运算能力不足1PFLOPS）。以结果考量，我们的PPD（Points Per Day每日运算得分）越高，也就意味着，能解决人类这些顽固疾病的机会也就越大。

    要用NVIDIA显卡参与Folding@home计划，你可以需要下载支持NVIDIA GPU的客户端，下载地址：http://folding.stanford.edu/English/DownloadWinOther。网络上的教程已经很多了，我也参与在其中。

    文章要结束了，其中的很多感受，并不能一下在这篇文章中表达完全。iGame研究所在后面的时间，带给大家更多好玩的产品，下一代新研发的技术，也在酝酿之中了。如果你对产品有什么好的定制意见，可以在这里给我留言。

【什么是“定制型”？】

    iGame研究所(iGame Institute)，基于iGame品牌下的显卡研究机构。作为七彩虹显卡旗下的高端研发团队，以超过500万用户的庞大使用数据作为基础进行功能与技术设计。

    iGame作为目前全球首家推出one-to-one定制模式的高端显卡品牌。与大批量流水线生产相反，与不考虑用户需求相反，iGame定制型（customize），将根据中国玩家的需求进行最为贴身的产品设计，在iGame研究所中，选择合作型定制，玩家如同身处高级定制服装店，从颜色到散热器等，均可以透过iGame定制专区与iGame工程师咨询协商。
iGame目前定制产品可提供主要有以下三大类型：
   1、合作型定制。
   2、适应型定制。
   3、选择型定制。

    如果您有任何有关GTX260设计与技术的疑问，可以在留言处，iGame研究所首席研发工程师Eric将会在下一篇文章中，统一回答大家的疑问。■<