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散热模组由风扇,鳍片,热管与均热板构成,这里的核心是热管,热管的内壁是由粉末烧结成的多孔结构,在制造成型后,热管内部会填充少量的高纯水,并被抽成真空,以降低水的沸点和凝固点。 7 E7 d% B4 h9 G+ A" ` ; }0 z& R9 u( p. s散热原理:当热管一侧接触到热源,这一侧的水就会蒸发为水蒸气,往压强更低的另一侧飘荡,在温度更低的区域释放热量,重新凝结成液态水,而凝结的液滴,会在毛细作用下,沿着多孔的内壁回流,达成气液循环,通过气体液体的转化,实现热量的高效传导。$ P" P: W2 F2 c
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为了提高导热效果,大部分显卡会使用多根热管来传递热量,但热管直接接触核心不仅会有空隙,还会有热管无法接触到GPU芯片。所以现在高端显卡一般会使用大铜底包裹热管进行均热,一些高端显卡会使用到能力更强的均热板取代大铜底。均热板,你可以理解为面积非常大的板状热管,同样采用气液转换传递热量,导热能力是纯铜底的数倍。/ ]" ~$ l6 c/ u4 j# h. N, d
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不过热管和均热板能提供的对流面积非常有限,因此还需要搭配大量的铝制散热鳍片,扩大散热面积,最后通过风扇加强空气对流,带走芯片上的热量。早期的显卡采用下压式风扇设计,从风扇面进风,从侧面出风。现在显卡为了提高散热效果,会采用贯穿式风道设计,热量可以直接从背板的隔栅处排出。4080猛禽的风扇还使用了特殊的设计,中间的风扇与左右两侧的风扇旋转方向不同,保证风扇之间的气流方向相同,从而更高效的排出热量并降低噪音。 4 h! ?- O5 u5 j6 O% b" F9 k1 j% P! U% d U$ _/ H$ v2 [
4 x' g" j$ L& i: u6 z" I三.显卡的主板 % H* ~/ n; u+ j* C0 m $ N: U2 z6 r6 [ 我们可以把这块电路板从外往里划分成四个部分:接口,供电,显存以及GPU。 0 Z9 Z: M5 a y( N( r' ` 3 D' X2 y' ?; T3 M : u/ |4 M; P& J, k* n& a$ n9 T; Y8 d# G7 }
7 G: q; A5 ?5 Z) U' r GPU相当于显卡的大脑,负责几乎所有的运算任务。要注意,GPU并不等于显卡,GPU通常指的是最中间的这块儿芯片,而显卡指的是包括芯片、显存、供电接口、电路板以及散热模块的整体。 5 r" M, Y; P! Z) C0 |- e# u2 S+ U- ]( I7 K
GPU芯片主要由英特尔、AMD和Nvidia 三家厂商供应,而我们熟知的华硕等AIC厂商主要完成的是电路板与散热的设计和生产。 % ~; h# N, @3 h$ O% c/ O" f+ { h% S2 n
就像主板上所有的元器件都是为CPU服务一样,显卡电路板上的所有元器件也都是为GPU而服务的。视频接口让显卡可以直接把运算好的图像发送给显示器显示。这张4080猛禽搭载了两个HDMI2.1和三个DP1.4接口,不同版本的视频接口能承载的分辨率和刷新率不同。 1 ^* t3 w) x7 Z( U6 A 1 J8 A/ ]! v& c( K8 s# F8 b PCIE接口让显卡能够通过主板和CPU、内存等其他原器件交互数据,它的数据传输能力和版本以及规则有关。比如说这张4080猛禽用的就是PCE4.0 x16接口,在主板同样支持PCE4.0的情况下,单条4.0通道每秒可以传输2GB的数据,16条总共可以传输每秒32GB的数据。5 ?* m5 |" U9 {# S
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1 M3 @ P& v4 J# t 供电模块保证了显卡有充足的电力分配,它们分布在GPU和显存的外围,由PWM芯片、电容、电感和。MOS管组成电源会从右上方的供电接口输入+12伏的供电,之后再用供电模块儿降压至1.1伏与1.35伏,输送给GPU与显存。这张RT4080猛禽采用直出供电的设计,一个MOS管和一个电感就是一个供电项,总共有18项70A的GPU供电和三项50A的显存供电,即使显卡满载运转,也能提供持续稳定的电能。% c; ~+ S$ V% o7 Z5 p% Y. O: W
6 u0 M. E, l) u* b* \) D4 x0 R CPU在计算时需要把数据临时存放在内存里,而高速运行的GPU同样需要把数据暂存在显存里,GPU周围黑色的小方块就是显存,这块4080猛禽使用的是最新的GDDR6X显存,频率1400兆赫兹,每颗显存都是2GB的容量,32bit的位宽,八颗一共16GB、256bit。图片 # ~8 M7 E: D8 C6 U7 X( E 4 p. ^! Q2 t4 u" Z( E" V7 C7 y 显存的总带宽是由频率、位宽还有显存类型共同决定的。显存的频率代表一秒钟可以传输多少个周期,位宽代表显存一次可以传输的数据量。GDDR6X显存每个周期内可以传输16倍的数据,把它们相乘,再把bit换算成Byte以后,就得到了716.8GB/s的总带宽,代表显存每秒能传输的数据量。 + c7 U* O) m' x* @; y t p. {0 L J# ~9 R3 I) \; Y( u7 a' v& `) L( x
一般来说,游戏的分辨率越高,贴图和模型越精致,对显存容量和带宽的要求就越高,但在显存够用的情况下,显卡的性能还是由显卡的核心GPU来决定。这张RTX4080显卡搭载的GPU芯片叫做AD 103-301。它使用的是Nvidia最新的ADA-Lovelace架构,面积只有379平方毫米,不过一个矿泉水瓶盖儿大小,但内部却集成了整整459亿颗晶体管。之所以能有这么高的晶体管密度,靠的是台积电先进的5nm光刻工艺。2 C& k6 J l' [. y6 [5 w5 k4 t
2 L! }1 T w% g, k) b; w: Z 台积电会根据英伟达的设计方案,在一块儿12英寸的硅晶圆上,通过复杂的生产工艺刻制出复杂的电路图案。数量庞大的晶体管在GPU的内部组成了复杂的电路结构,就像一座微缩的城市,其中大部分的电路都可以用于图形运算。 # a& v. C3 m- i/ `' m % Y% R% D! b9 k& n/ k* m$ f4 Y 我们一般会用一张简化图来观察GPU结构:主要由SM流式多处理器、L2缓存、NENC视频编码器、NEC视频解码器、显存控制器和PCE控制器构成。8 j$ d% P5 u4 P) v: \
3 q; }( I7 j1 d( l% N: c5 m SM流式多处理器占据了GPU的大部面积,他负责了几乎所有的图形运算。这颗AD103-301核心里一共有76组SM单元,每组SM单元里包含128个流处理器,总共9728个流处理器。英伟达把这些流处理器叫做CUDA核心。$ Y# a0 Z. _6 ^& J1 q( A
3 m0 L# E2 |# S. X2 ^ 显卡的流处理器数量越多,频率越高,性能就会越强。0 I1 R7 G2 Y6 y$ w' G