GeForce 6800背后的故事及拆解
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? ? ?經歷了GeForce FX系列的失敗與市場份額丟失之后,急于挽回市場的nVIDIA于2004年4月14日在舊金山全球首發(fā)了新一代Geforce 6系列顯卡。首發(fā)型號為官方售價為499美元國內4999元的6800Ultra以及定位稍低的6800GT。而此時的NVIDIA還在評估6800Ultra顯卡對顯存帶寬需求,因此當時給媒體送測以及量產的6800Ultra顯卡同時具有1.6ns和2.0ns兩種顯存規(guī)格,這也是NVIDIA在旗艦顯卡上第一次部署GDDR3顯存。

? ? 在發(fā)布會當天老黃還舉行了一場局域網派對LAN PARTY,人們把自己組裝的電腦與主機帶到現(xiàn)場,局域網開黑玩《戰(zhàn)地》、《虛幻競技場》等等游戲,還可以在那里獲得免費的食物與飲料。





? ? ?而國內方面4月21號NVIDIA在國內發(fā)布GeForce 6系列顯卡。有趣的是,早在4月19號ebay上就有一位不愿透露姓名的人士公開售賣GeForce6800Ultra工程版顯卡,并最后拍賣出了將近6000元人民幣的高價。
? ? 在拆解之前先來看看GeForce 6800Ultra多種原型版本以及各個型號的GeForce 6800在老黃精密手術刀之下的變化。這里介紹的主要是以NV40核心為基礎的AGP 6800顯卡,使用NV45/48核心的PCI-E顯卡之后會專門再寫一個專欄補充。
P201 NV40-U 500N/700M SKU1高頻原型


? ? 零售6800Ultra所使用的NV40-U核心還未將頻率壓榨到風冷極限,因此當時民間一直有傳聞會有A2版的超高頻NV40核心來代替A1核心。玩家發(fā)現(xiàn)實際上直到顯卡退市量產6800Ultra頻率的NV40-U核心最高也只停留在450Mhz上,這也給人們留下遐想的空間:真的有未發(fā)布的高頻Ultra么?
? ? 最近碰巧機緣巧合下翻了翻老黃P201文檔,發(fā)現(xiàn)了一個從未量產的SKU,貫穿了2004年2月到4月這個時間點:
SKU1 NV40-U, 500N/700M, 256MB, DVI-I DUAL, DVI-I DUAL, VIVO
? ? 這塊卡目前沒有實物圖出現(xiàn)并只存在P201的原理圖之中,有著夸張的500Mhz核心頻率與700Mhz顯存頻率。不僅如此,這塊顯卡保留了完整的輸入輸出能力:VIVO通常代表保留了飛利浦SAA7114視頻轉換芯片來提供顯卡的視頻輸入功能,而零售GeForce6800全部閹割該功能;第二個DVI-I DUAL中的 “DUAL” 意味著這塊卡的第二個DVI接口Dual link沒有遭到閹割,而零售版6800Ultra的第二個DVI芯片慘遭閹割因此只有單鏈路的輸出能力。
? ? 從標題來看顧名思義使用了P201 PCB以及NV40-U核心,從頻率來看這是一個官超到冒煙的SKU。實際使用上由IBM使用130nm FSG工藝代工的NV40核心在風冷情況下超過470Mhz都很困難,真的很難想象這個500Mhz默認頻率的6800Ultra是一個什么樣未能量產的怪物。
零售版GeForce 6800Ultra


? ? 零售版的6800Ultra顯卡基于P201_A02 PCB,搭載1.6ns或者2.0ns 256MB GDDR3顯存。相比6800Ultra原型卡主要空焊了一顆飛利浦7114/5視頻芯片和一顆Silicon?ImageSil64CT64芯片,這意味著顯卡失去了視頻輸入能力以及下方第二個DVI接口帶寬降低所導致的分辨率支持上限變低(變成Single link DVI,1920x1200)。
? ? 零售版顯卡核心使用的散熱片根據(jù)廠家搭配有銅和鋁兩種材料,核心散熱材質由于導流罩的覆蓋遮擋很難辨別,但只要上手便能感受到重量差距從而最快判斷散熱器所使用的材質。
工程版GeForce 6800Ultra

如果想知道PCB的版本,看背面Logo下版號標識結尾即可(180-P10201-0000-Axx)
A00:


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? ????官方最早的GeForce 6800Ultra宣傳圖(2004年2月的卡,于2004年4月宣傳展示使用,當時一些國外的編輯還吐槽到手的顯卡和宣傳圖上不同),顯卡使用A00版PCB以及AGP4X接口樣式(其實運行在8X速率),單槽設計。
? ? ?不僅如此,這張圖看起來非常類似渲染圖但仔細放大觀看后能發(fā)現(xiàn)這其實是一張軟件后期過美化過后的實物卡,所有的細節(jié)非常到位。如果你仔細觀察,是可以發(fā)現(xiàn)外圍的視頻芯片是齊全的,這也是6800Ultra早期原型的特征。不過這個時候的顯卡還沒有使用美人魚作為主題形象,而是一個初始的NV風格主題顯卡,在FX5900以及后期的PCI-E 6800上出現(xiàn)過(其他測試原型卡散熱器可能都沒有任何圖案)。
A01:


? ? ?A01版PCB的金手指第一個空隙之間雖然被完整PCB板覆蓋,但依舊沒有金手指以及走線填充在其中。A01有個常見的樣式(并非所有):如圖中這樣的單槽擋板+雙槽散熱器。
? ? 可能在經過A00時期測試后老黃發(fā)現(xiàn)單槽散熱并不能良好壓制運行在400Mhz的NV40核心,因此在A01上使用雙槽散熱進行測試,但時間緊迫之下?lián)醢宀]有進行好適配。而芯片方面A01通常保留了完整Dual link DVI(也就是兩顆Silicon?Image芯片),飛利浦視頻芯片是否閹割則是視個體情況而定。
A02:


? ? ?A02版(2004年4月)基本和零售相同,完全的標準AGP8X接口、閹割的芯片、以及標準雙槽外觀都是非常的“正常”。注意顯卡PCB左上角的插座也被取消(A00\A01PCB左上有個5pin的小插座)。華碩的V9999 Deluxe也是可能以這個版本早期為參考生產帶VGA接口的6800Ultra。
? ? ?總體來說工程版6800Ultra PCB有P201_A00\A01\A02三種版型,根據(jù)外圍芯片選配、頻率以及接口來組成不同的SKU,甚至還有閹割全部外圍芯片并將第二個DVI口改成VGA的類型。A00是其中早期原型版本,核心會非常早期而且外圍芯片會焊滿;A01依然是測試驗證使用的PCB,PCB修改繼承自A00但是核心更成熟且大部分卡使用了雙槽散熱器;A02則是提供媒體送測和量產的版型,這一版型沒有必要的芯片以及接口基本全部閹割+調教完畢可用于量產。
? ? 早期的原型A00以及A01 GeForce 6800Ultra搭配的擋板與散熱器大部分是單槽設計,散熱器代號為TM30;中后期NV發(fā)現(xiàn)NV40芯片產生的熱量超過預期,所以個別A00、大部分A01與A02會搭配代號為TM24的雙槽散熱器以及單雙槽寬度的擋板,也就是我們看到的量產樣式。
GeForce 6800GT/GS


? ? 有一種早期公版6800GT使用了和6800Ultra相同的PCB與供電用料,只是散熱更換成單槽散熱器但保留了雙4D電源接口。有傳聞說這是早期版的6800GT,而華碩就推出過一款V9999GT采用類似設計,注意它的AGP金手指和A01版6800一樣,可能是以A01版GeForce 6800為原型的設計。
? ? 比較可惜的是,不知道是產量問題還是老黃的限制因素(和6800Ultra過于接近),無論原廠卡還是華碩的V9999GT這種6800GT發(fā)行量都不大;不過嘛華碩這款降價后當年3899元的售價其實比其他二線品牌的6800U也便宜不了太多。

? ? ?平常最容易買到的公版6800GT相比6800U主要是對供電進行了閹割,核心、顯存縮水一相以及刪除了對應的mlcc電容組和固態(tài)電容,并減少一個大4D電源口。老黃這么做估計是為了降低成本以及拉開和6800Ultra的差距,由于6800GT和6800U在3D性能上只有頻率的差距(6800U 400/550Mhz→6800GT 350/500Mhz),因此硬件上的閹割更能讓老黃睡個安穩(wěn)覺。

? ? 6800GS AGP主要有三種:1.6800GT閹割成12管線的6800GS;2.高頻6800標準版改名成的6800GS;3.廠家使用NV41核心+BR02橋接芯片做出來的鬼畜6800GS非公版。
? ? 其中最好的版本當屬是BFG這種基于6800GT閹割出來的6800GS,有比較大的潛力,還能開核成16管線超頻直逼甚至超過6800GT,PCB的供電做工用料也和6800GT完全相同提供了充裕后備保障。
GeForce 6800/LE/XT

? ? 基于P212公版的6800標準版/LE/XT相比P201供電部分用料大幅度縮水,顯存也改成DDR,但依然夠用。這一檔的6800顯卡也正是普通人當年也能買得起的型號,甚至部分型號和自家6600GT都處于競爭關系。
? ? 6800標準版 和6800GS一樣都是12管線,并降低了一些核心頻率(350→325Mhz),顯存由于DDR的關系導致帶寬上不如使用GDDR3的6800GS(500Mhz→350Mhz),總體性能也比6800GS差一些。
? ? 6800LE和XT規(guī)格相似,顯存容量取決于廠家的選擇(128MB/256MB),采用閹割一半規(guī)格的NV40核心,只有8條管線以及4個頂點;頻率方面則核心在標準版基礎上降頻到300Mhz,大量的閹割導致這兩難兄難弟只能和6600GT掰掰手腕。但是只要他們價格足夠便宜,且NV40核心還具有一定的可玩性,玩家愿意折騰下來依就能夠獲得非常不錯的性能提升。
? ? 至于在6800LE基礎上閹割至128bit顯存位寬的更低頻率的6800XE,別說了6600GT了,能不能打過6600標準版都要打個問號?部分被閹割NV40核心都是有幾率開核心的,但這種直接砍一半顯存位寬就屬于無解型號,即使使用16管線完整核心也發(fā)揮不出性能。
6800Ultra拆解

? ? ?因為是工程卡的緣故所以散熱器表面原廠就沒有任何圖案,這也是6800Ultra原本樣貌。AGP版散熱器和PCI-E的是通用的,所以直接打開散熱簡單看看結構。

外殼由鋁片安裝在塑料導風罩上構成,然后加上一個臺達離心扇

? ??散熱器的核心散熱部分是各個版本6800Ultra所通用的,也就是AGP\PCI-E \MAC版的散熱器都是可以通用更換輕松又快樂。手上AGP版使用的是擠鋁散熱,有些廠家為了加強散熱效果會使用銅作為核心散熱片的材質。
? ? 顯存散熱部分由一根鍍鎳熱管穿插在↑→兩個方向的鰭片之中來為顯存導熱,顯存↑部分熱量由其被動散熱(包括平衡掉一些→方向顯存的熱量)。右邊的散熱片則由核心吹出來的熱風散熱(加熱?)顯存,6800Ultra的顯存散熱無論是AGP還是PCI-E的都挺舊式,在個人看來這不是一個十分合理的設計。

移除散熱就可以看到PCB正面完整樣貌

NV40核心由IBM 130nm FSG工藝制造,2.22億個晶體管,287mm2面積。

? ? ?這塊顯卡使用的是2.0ns的三星 K4J55323QF-GC20? 144pin FBGA封裝GDDR3顯存。規(guī)格為8Mx32,八顆組成256bit 256MB規(guī)格,核心和IO電壓都是2.0V±0.1V。由于是2.0ns 這個顯存默認只有1000Mbps/pin速率,NV官方將其超頻以滿足6800Ultra默認的1100M(550Mhz)頻率。
? ? 如果是用1.6ns顯存的6800U(1200M),理論上顯存超頻潛力會更大一些,因為在相同電壓下比2.0ns留出更多的超頻空間。

? ? ?6800Ultra AGP版本主供電一共有3+2相供電,其中核心供電(NVVDD)為3相,顯存供電(FBVDD/FBVDDQ)為2相;在旁邊還有提供外圍Analog 3.3V的一相線性穩(wěn)壓供電(5V→3.3V)。
? ? ?從上往下看:核心供電使用三顆VT1103S高集成MOS,由PCB背面的PWM主控VT1103M控制,這些MOS(官方稱之為slave)內置上下橋以及驅動器。顯存供電使用兩顆VT223(12A)全集成電源IC,無需外部主控控制。
? ? ?電容方面高壓部分使用了MLCC與固態(tài)電容混合濾波的方案,主要由四顆日化330μF固態(tài)加上10顆16V 1210?X5R 22μF MLCC組成。
? ? ?最后便是6800U標志性的雙大4D供電接口。要注意的是大4D接口盡量不要使用同一條線供電,在顯卡工作時也不要熱插拔,否則可能會導致顯卡供電損壞。此外6800U顯卡兩個大4D插法對顯卡的影響是:
都插:無限制最高性能模式
只插主大4D(PRIMARY):性能限制模式
不插:無法運行,蜂鳴器會響


? ? 高頻NV40核心在高負載運行時需要消耗大約60A電流,八顆GDDR3顯存則是16A左右??恐莻€年代的豪華供電硬頂著高頻NV40核心帶來的電源消耗,這也就是不推薦定位稍低的AGP 6800GT或者開核6800LE按照6800Ultra的規(guī)格長時間去跑的原因,時間長了供電加速老化很容易出問題,而且閹割小能手老黃的操作導致前兩者供電規(guī)模遠不如后者。

? ? ?電源低壓處濾波是全MLCC。右邊30顆16V 1206 X5R 10μF MLCC負責核心,左邊12顆6.3V 1206 X5R?22μF MLCC負責顯存。

? ? ?就上面說的那樣,6800U的顯存供電使用了兩顆12A 的VT223電源芯片供電。如果要修改提供給顯存電壓,遠不如核心供電那樣直接軟件修改方便(那會顯卡的顯存供電不支持通過總線通信修改顯存電壓)。需要自己DIY顯存電壓更進一步榨取顯存超頻潛力的話,就要通過影響這個電源芯片F(xiàn)BVDD_ VREF引腳基準值來實現(xiàn)。
? ? ?你可以看到兩顆顯存電源芯片都有一個相同的0603貼片電阻,這個就是要改造的地方。
VT223輸出電壓的計算公式是:設定阻值?Rset = (輸出電壓Vout / 1.23)x 43.2K即
Vout = Rset / 43.2K?x 1.23

? ? 查詢一下0603貼片電阻標識的值83C,可知道它是一個71.5K的電阻。代入公式簡單算下即可知道供電芯片給顯存默認電壓大約是2.035V(這個卡FBVDD、VDDQ是一樣的設定,如果要改的話需要一起改)。那么這時候你想給顯存提高0.1V電壓進一步壓榨顯存頻率潛力,根據(jù)公式需要用上75K阻值的貼片電阻來達成大約2.135V。這個時候再去對照表里找75.0K阻值信息,也就是需要標識85C的0603貼片電阻替換即可達成2.135V輸出電壓。?
? ? ?看完了供電部分再來看看顯卡的輸出接口配置以及被取消的插座用處:


? ? ?由于NV40核心DAC只能對一個DVI接口提供完全的Dual link輸出,第二個DVI接口就必須要依賴外置芯片來提供TMDS。零售6800U卡上第二個DVI口(J5)只會有一個芯片來提供Single link DVI輸出,以此讓GeForce無法在輸出方面匹敵Quadro FX4000(FX4000是兩塊芯片為下方DVI提供Dual link,完整支持2560x1600分辨率),另外在這里使用的芯片型號有Sil178CT64也有用Sil164CT64的。
? ?飛利浦視頻芯片SAA7114/5是為顯卡提供視頻輸入輸出VIVO功能,但是6800U和7800GTX零售卡全部閹割。

? ? ?J6 Frame Locker接口是和給FX4000 SDI使用的同步接口,F(xiàn)X4000 SDI會在顯卡基礎上再安裝一層同步卡擴展板,兩者之間通過這個12Pin接口通訊;J7是立體聲接口,用于音頻相關;J8 12Pin則是連接PCI電視調制卡使用的接口,可能是為了打造NPC版6800顯卡測試所使用的接口(如果焊接5Pin說明使用內置視頻功能,如果焊滿12Pin則是PCI調制卡和內置視頻全兼容)。此外查詢了下,這個接口和GeForce FX5900 NPC(nvidia personal cinema)上連接擴展子卡的12Pin接口針腳定義是相同的,也許曾經可能真的會有推出6800 NPC版本的打算?最后一個JTAG則是測試核心用接口。
? ? ?最后是PCB版號以及日期:

? ?04年16周 1Di

版號180-10201-0000-A02
這次就到這里了,有錯誤歡迎指出哦!
開頭Geforce lan參考來源:
NVIDIA Geforce 6800 (NV40) Launch ?- Legit Reviews The Geforce LAN