Das Jahr 2016 war ein entscheidendes Jahr für die Welt der Grafikkarten. In diesem Jahr stellte NVIDIA eine völlig neue Architektur vor, die den Markt nachhaltig prägen sollte: Pascal. Diese Architektur brachte nicht nur einen deutlichen Leistungssprung, sondern auch eine verbesserte Effizienz, die neue Maßstäbe setzte. Fotografen, Videobearbeiter und alle, die auf grafische Leistung angewiesen sind, profitierten enorm von dieser neuen Generation von Grafikprozessoren.
Die Pascal-Architektur wurde nach dem berühmten Mathematiker und Physiker Blaise Pascal benannt und trat die Nachfolge der erfolgreichen Maxwell-Architektur an. Bereits im März 2014 angekündigt, war die Spannung groß, als die ersten Produkte auf Basis dieser neuen Technologie vorgestellt wurden.
Die revolutionäre Pascal-Architektur im Detail
Die technologische Basis der Pascal-Architektur war fortschrittlich für ihre Zeit. Sie setzte auf FinFET-Fertigungsprozesse, entweder im 16 nm Verfahren von TSMC oder im 14 nm Verfahren von Samsung. Anfangs wurden die Chips ausschließlich im 16 nm Prozess von TSMC gefertigt, spätere Chips wie der GP107 und GP108 wurden jedoch im neueren 14 nm Prozess von Samsung hergestellt.
Ein Highlight der Architektur, insbesondere beim GP100 GPU, war die Integration von High Bandwidth Memory (HBM2). Der GP100 verfügte über vier HBM2-Stacks, was bei den High-End-Modellen insgesamt 16 GB HBM2 ermöglichte. Neben HBM2 implementierte Pascal auch Technologien wie Unified Memory und NVLink, die die Kommunikation und den Datenaustausch innerhalb des Systems verbesserten.
Mit der Veröffentlichung von Windows 10 Version 2004 wurde zudem die Unterstützung für einen Hardware Graphics Scheduler hinzugefügt, der Latenz reduzieren und die Leistung verbessern kann. Dies erforderte jedoch einen Treiber auf WDDM 2.7 Level, was die fortlaufende Weiterentwicklung der Treiber für diese Hardware unterstreicht.
Die Geburtsstunde der GeForce 10 Serie
Die ersten Grafikkarten, die auf der revolutionären Pascal-Architektur basierten, waren die GeForce GTX 1080 und die GeForce GTX 1070. Sie wurden am 6. Mai 2016 angekündigt und kamen wenige Wochen später auf den Markt, die GTX 1080 am 27. Mai und die GTX 1070 am 10. Juni 2016. Ihre Einführung sorgte für Aufsehen, da sie sofort unzählige Leistungs- und Effizienzrekorde brachen und weltweit Anerkennung fanden. Sie lieferten eine nie dagewesene Leistung für ihren Preis und ihre Leistungsaufnahme und machten High-End-Gaming und anspruchsvolle kreative Workloads für eine breitere Masse zugänglicher.
Der Höhepunkt: Die GeForce GTX 1080 Ti
Obwohl streng genommen nicht im Kalenderjahr 2016 veröffentlicht, sondern am 10. März 2017, ist die GeForce GTX 1080 Ti untrennbar mit der Pascal-Architektur und der GTX 10 Serie verbunden. Sie wurde als der ultimative Grafikprozessor dieser Generation enthüllt und setzte neue Maßstäbe. Dank der leistungsfähigsten und effizientesten Hardware, die NVIDIA zu diesem Zeitpunkt entwickelt hatte, war die GeForce GTX 1080 Ti laut Hersteller bis zu 35 % schneller als die GeForce GTX 1080 und in Spielen sogar schneller als die NVIDIA TITAN X.
Diese beeindruckende Leistung wurde durch die Verwendung von 3.584 CUDA-Recheneinheiten und 11 GB GDDR5X-Videospeicher (G5X-VRAM) erreicht, der mit einer Datenrate von 11 Gbit/s arbeitete. Der unglaublich schnelle G5X-Speicher der GeForce GTX 1080 Ti war damit noch schneller als der G5X-Speicher der GeForce GTX 1080 und der NVIDIA TITAN X, vergrößerte die Speicherbandbreite erheblich und ermöglichte eine nie dagewesene Leistung in dieser Klasse.
Die GeForce GTX 1080 Ti Founders Edition verfügte zudem über eine neue Kühlung mit hohem Luftdurchsatz, die eine verbesserte und leisere Kühlung im Vergleich zu Vorgängermodellen bot. Dies maximierte das Potenzial des GPU Boosts und ermöglichte bessere Übertaktungsmöglichkeiten. Auch die Effizienz wurde durch eine neue 7-phasige Stromversorgung verbessert, die 14 hocheffiziente Dual-FETs verwendete, um bei hoher Auslastung eine bessere Leistungseffizienz zu gewährleisten.
Weitere Modelle und späte Entwicklungen
Neben den Flaggschiffen GTX 1080, 1070 und 1080 Ti umfasste die GeForce 10 Serie weitere Modelle wie die GTX 1060 und die GTX 1050 Ti. Auch die GTX 1070 Ti wurde später eingeführt.
Interessanterweise erlebte die GTX 1050 Ti im Jahr 2021 eine Wiedergeburt. Aufgrund von Produktionsproblemen bei den neueren RTX 30-Serienkarten, einer allgemeinen Verknappung von Grafikprozessoren durch die COVID-19-Pandemie bedingte Halbleiterknappheit und einer gestiegenen Nachfrage durch Kryptowährungs-Mining wurde die Produktion der GTX 1050 Ti zusammen mit der RTX 2060 und deren Super-Variante wieder aufgenommen.
Ebenfalls im Januar 2021 veröffentlichte NVIDIA still und leise die GeForce GT 1010, eine weitere Karte auf Basis der Pascal-Architektur, die sich eher an den Einsteigerbereich richtete.
Die Exklusivität der Founders Edition
Mit der Ankündigung der GeForce 10 Serie führte NVIDIA die sogenannten Founders Edition Versionen der GTX 1060, 1070, 1070 Ti, 1080 und 1080 Ti Grafikkarten ein. Dabei handelte es sich um das, was früher als Referenzkarten bekannt war: Karten, die von NVIDIA selbst entworfen und gebaut wurden und nicht von ihren autorisierten Board-Partnern. Diese Karten dienten als Referenz, um die Leistung der Partnerkarten zu messen.
Die Founders Edition Karten zeichneten sich durch ein hochwertiges Design aus. Sie besaßen ein Gehäuse aus im Druckgussverfahren gefertigtem und maschinell bearbeitetem Aluminium. Die Kühlung erfolgte typischerweise über einen einzelnen Radiallüfter. Bei den Modellen 1070 Ti, 1080 und 1080 Ti kam zusätzlich eine Vapor Chamber Kühlung zum Einsatz. Weitere Merkmale waren eine verbesserte Stromversorgung und eine neue, flache Backplate (bei 1070, 1070 Ti, 1080, 1080 Ti).
NVIDIA bot eine begrenzte Anzahl von Founders Edition Karten für die GTX 1060 an, die nur direkt über die NVIDIA Website erhältlich waren. Die Preise der Founders Edition Karten (mit Ausnahme der GTX 1070 Ti und 1080 Ti) lagen in der Regel über der unverbindlichen Preisempfehlung (MSRP) der Partnerkarten. Allerdings konnten einige Partnerkarten mit komplexeren Designs, wie z. B. mit Flüssigkeits- oder Hybridkühlung, teurer sein als die Founders Edition.
Es gab auch kleine Unterschiede in den Anschlüssen. So verfügten die NVIDIA Titan Xp und die Founders Edition der GTX 1080 Ti nicht über einen Dual-Link-DVI-Anschluss, aber ein DisplayPort-auf-Single-Link-DVI-Adapter war im Lieferumfang enthalten.
Pascal für mobile Leistung: Notebook GPUs
Ein bedeutendes Merkmal der Pascal-Generation war die Implementierung in Notebooks. Das Bemerkenswerte hierbei war, dass die Spezifikationen der Notebook-GPUs (insbesondere bei GTX 1060–1080) sehr nah an die ihrer Desktop-Pendants heranreichten oder diese sogar übertrafen (bei GTX 1050/1050 Ti). Im Gegensatz zu früheren Generationen gab es keine stark „abgespeckten“ Versionen für Notebooks. Daher wurde das „M“-Suffix in den Modellnamen komplett entfernt, was darauf hinwies, dass diese Notebook-GPUs eine ähnliche Leistung wie die Desktop-Varianten boten. Dazu gehörte auch die Möglichkeit für den Nutzer, die Kernfrequenzen zu übertakten, was bei früheren Notebook-GPU-Generationen nicht möglich war.
Dies wurde durch niedrigere Thermal Design Power (TDP)-Werte im Vergleich zu ihren Desktop-Äquivalenten ermöglicht, was den Einbau dieser leistungsstarken GPUs in Notebook-Gehäuse mit verbesserten Wärmeableitungsdesigns thermisch machbar machte. Diese Notebook-GPUs waren ausschließlich über OEMs (Original Equipment Manufacturer) erhältlich.
Zusätzlich wurde am 27. Juni 2017 eine Variante mit niedrigerer TDP und geringerer Geräuschentwicklung eingeführt, die als „Max-Q Design“ bekannt ist. Diese wurde speziell für ultradünne Gaming-Systeme in Zusammenarbeit mit OEM-Partnern entwickelt und zeichnete sich durch verbesserte Wärmeableitungsmechanismen bei geringerer Betriebslautstärke aus. Max-Q Design bot auch eine zusätzliche, leistungsfähigere Option für bestehende Gaming-Notebooks.
Die GT-Serien-Notebook-GPUs wurden ab dieser Generation nicht mehr eingeführt und durch die MX-Serien-Notebook-GPUs ersetzt. Nur die MX150 basierte auf dem Pascal GP108 Die, das auch bei der GT1030 für Desktops verwendet wurde, allerdings mit höheren Taktfrequenzen im Vergleich zur Desktop-Variante. Die anderen Chips der MX-Serie waren umbenannte Versionen der Vorgängergenerationen (MX130 war eine umbenannte GT940MX GPU, während MX110 eine umbenannte GT920MX GPU war).
Technologische Grundlagen: APIs und Features
Die Pascal-Architektur unterstützte eine Reihe moderner APIs, die für Entwickler von Spielen und Anwendungen wichtig waren. Dazu gehörten Direct3D 12 (mit Feature Level 12_1 oder 11_0 bei MX110 und MX130), OpenGL 4.6, OpenCL 3.0 und Vulkan 1.3.
Bei OpenCL 3.0 wurde die Funktionalität von OpenCL 1.2 zu einer obligatorischen Basislinie gemacht, während alle OpenCL 2.x und OpenCL 3.0 Features optional waren.
SLI (Scalable Link Interface) für die Nutzung mehrerer Grafikkarten wurde unterstützt. Bei den Notebook-GPUs unterstützten nur die GTX 1070 und GTX 1080 SLI. Bei Desktop-Karten unterstützte SLI HB (High Bandwidth) maximal 2-Wege-SLI unter Verwendung von SLI HB-Bridges. Bei Verwendung traditioneller SLI-Bridges war maximal 4-Wege-SLI möglich, wobei die Leistung hauptsächlich in synthetischen Benchmarks verbessert wurde.
Fragen und Antworten zur Pascal-Generation
Hier finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zur NVIDIA Pascal-Architektur und den im Jahr 2016 relevanten Grafikkarten:
Welche NVIDIA GPUs kamen 2016 auf den Markt?
Die ersten und bedeutendsten NVIDIA GPUs, die 2016 auf den Markt kamen und auf der neuen Pascal-Architektur basierten, waren die GeForce GTX 1080 (Ende Mai 2016) und die GeForce GTX 1070 (Anfang Juni 2016).
Was ist die Pascal-Architektur?
Pascal ist eine GPU-Architektur von NVIDIA, die 2016 eingeführt wurde. Sie folgte auf die Maxwell-Architektur und zeichnete sich durch Fortschritte in der Fertigungstechnologie (16nm/14nm FinFET), höhere Leistung, verbesserte Effizienz und neue Technologien wie HBM2 (bei bestimmten Modellen) und NVLink aus.
War die GeForce GTX 1080 Ti eine Karte von 2016?
Nein, die GeForce GTX 1080 Ti wurde am 10. März 2017 veröffentlicht. Sie ist jedoch die leistungsstärkste Grafikkarte der GeForce GTX 10 Serie, die auf der Pascal-Architektur basiert und oft im Zusammenhang mit dieser Generation genannt wird.
Was bedeutet Founders Edition?
Die Founders Edition bezeichnet Referenzkarten von NVIDIA, die von NVIDIA selbst entworfen und gefertigt wurden. Sie zeichnen sich durch ein hochwertiges Gehäuse und spezielle Kühllösungen aus und dienten als Referenz für Partnerkarten.
Gab es Pascal-GPUs auch für Notebooks?
Ja, die Pascal-Architektur wurde auch für Notebooks adaptiert. Diese mobilen GPUs trugen keinen „M“-Zusatz mehr im Namen und boten eine Leistung, die sehr nah an oder sogar über der ihrer Desktop-Pendants lag. Später wurde auch das energieeffizientere Max-Q Design eingeführt.
Welche Rolle spielten die Pascal-Karten im Jahr 2021?
Aufgrund globaler Halbleiterknappheit und hoher Nachfrage, unter anderem durch Kryptowährungs-Mining, wurde die Produktion der GTX 1050 Ti im Jahr 2021 wieder aufgenommen. Auch die GT 1010 wurde Anfang 2021 veröffentlicht.
Fazit
Die NVIDIA Pascal-Architektur und die daraus hervorgegangene GeForce 10 Serie, insbesondere die im Jahr 2016 erschienenen GeForce GTX 1080 und GTX 1070, markierten einen Wendepunkt in der Entwicklung von Grafikkarten. Sie lieferten einen enormen Leistungsschub und eine verbesserte Effizienz, die die Möglichkeiten für Gamer und professionelle Anwender erweiterten. Die Innovationen reichten von der fortschrittlichen Fertigung über neue Speichertechnologien bis hin zur erfolgreichen Adaption der Architektur für leistungsstarke Notebooks. Auch wenn die GTX 1080 Ti erst 2017 folgte, krönte sie die Serie und festigte den Ruf von Pascal als eine der erfolgreichsten GPU-Generationen von NVIDIA. Selbst Jahre nach ihrer Einführung zeigten Karten wie die GTX 1050 Ti aufgrund besonderer Marktbedingungen noch Präsenz, was die Langlebigkeit und Bedeutung dieser Architektur unterstreicht.
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