當NVIDIA推出GTX 680之後，也一併帶來許多新的技術，包含了新的Kepler核心架構、新的記憶體控制器，以及全新的反鋸齒技術，但是以上這些技術都沒有GPU Boost更受到矚目。接下來小編就針對這項新的技術分析，並分享測試心

得讓各位玩家參考，玩家們往後使用GTX 600系列顯示卡時就能更加了解。

█ 顯示卡也要Boost

Kepler架構的問世，引起全球各界媒體與玩家的矚目，率先搭載Kepler GK104核心的GTX 680更是成為近年來NVIDIA的代表作！而GTX 680也帶來許多新穎的技術，其中有一項技術備受矚目，也成為業界中創舉的技術，那就是「GPU Boost」！

相信多數玩家還有印象Intel當時率先在CPU中導入了Turbo Boost技術，在不同的負載程度的狀態下，CPU會自動調整核心的時脈，對於運算核心來說突破性的發展，但既然能在CPU上實現，那麼相信離GPU應該也不遠了，因此GPU Boost的原理其實和Intel Turbo Boost、AMD Turbo Core相去不遠，都是根據TDP來決定是否要提高時脈，不過或許有其他考量，NVIDIA對外公佈的相關技術資料實在太少，多數玩家根本不了解GPU Boost，這也是促使小編動筆寫這篇文章的原由。

前一段小編說道GPU Boost與Intel Turbo Boost、AMD Turbo Core的原理相似，原因是目前還有多數的應用程式僅支援單核心處理，所以CPU的Boost在核心負載程度不高的條件下，降低部分核心的時脈，利用有限的TDP大幅提高一部分核心的時脈，加速處理應用程式的速度。而GPU Boost雖然原理相似，但技術上更加困難，主要是因為GPU的架構較CPU複雜許多，CPU僅數個核心，而GK104就有總數1536個CUDA核心，在核心中包含了難以估算的數學計算程序，加上線路設計或者是頻率控制都有一定的難度，所以可以說CPU的Boost是利用核心的負載程度來控制，而GPU Boost必須利用TDP負載度來控制核心時脈，讓我們繼續往下看GPU Boost是如何由TDP來控制時脈。

小編教室：

TDP（Thermal Design Power）並不是功耗，而是處理器在最大負荷時產生的熱量，也可稱為熱功耗，單位為W。大家熟悉的功率（P）是電流（I）×電壓（U）或（Ｖ），所以不要搞錯囉！

█ GPU Boost發揮核心最大效益

各位應該都很好奇GPU是如何知道每個核心的負載？GK104擁有1536個CUDA核心，要控制每個核心的負載幾乎不可能，而且GPU本身的設計就無法判斷單一核心的使用率，簡單來說，GPU只能知道有多少核心在動作，但是卻不知道每個CUDA核心的使用率，然而因為每個核心負責的工作排程都不同，小編舉個例子，一間工廠有1536個員工，但老闆並不會知道這些員工究竟是否全力在工作，但可以從最後的產值就知道是否有達到額定的產值，而這裡比喻的產值就是TDP。

就因為GPU的設計無法判斷每個核心單元的使用率，所以GPU因處理程序的關係，整體使用率可能只有80%~90%左右，讓部分CUDA核心處於閒置，導致TDP並無法達到額定的最大值，很顯然這樣代表GPU並沒有發揮到最大效率。在前幾期介紹GTX 680時小編有提到，Kepler相較於以往的設計主要是以更小的核心，和更少的電晶體來達到更低的功耗，因此外接電源只需要兩個6Pin就能驅動，但是用更多的核心數量來提升效率，而這部分也和軟體本身的優化有一定的關係。

GPU Boost之所以能成功全都要歸功於GPU的核心控制模組和VBIOS的設計，並且監控GPU運作時的實際TDP，再透過計算當下的TDP和設計時最大TDP之間的差距，就能知道剩餘多少TDP空間可以發揮，再利用提高核心時脈的方式達到最大TDP；GPU調整核心時脈都是以整個核心同步，這點和CPU可以調整部分核心時脈不一樣，所以當時脈控制器將頻率送進核心裡面，雖然所有核心都會提升時脈，閒置的核心依舊是閒置，但運算中的核心卻又可以提升處理的速度，最後讓輸出的總效能和所有核心都滿載是一樣的TDP，如此一來就不會因為達不到額定的TDP而浪費效能，不可否認這是一個聰明且又能發揮GPU效能的設計！

圖 / GPU閒置時會以最低的時脈和功耗運作

圖 / GPU的設計是要讓所有核心都滿載才會達到額定的TDP

圖 / 但是因為受到軟體所需的處理程序關係，負責計算的GPU核心也不相同，

因此部分不須計算的核心處於閒置。

圖 / VBIOS判斷TDP空間之後，消耗剩餘TDP來提升所有CUDA核心的時脈，讓正在計算的核心速度更快。

█ 和使用超頻軟體有何不同？

以往玩家們要提升GPU時脈就必須使用超頻軟體來調校，透過顯示卡超頻軟體可以將核心時脈和電壓值固定在某個階段，並且長時間持續運作，顯示卡本身完全不會顧慮TDP的限制直到上限。但是NVIDIA的GPU Boost並不需要任何軟體來控制，玩家們也不能自行關閉，技術上就如上一段所說的，並沒有在GPU或顯示卡上裝特殊的控制器，整個運作的流程都和TDP有關係，簡單來說TDP是主導GPU Boost的重要關鍵！

GPU Boost並沒有辦法控在某個數值，即使玩家們透過超頻軟體手動將時脈提高，GPU Boost依舊會繼續動作，比方說預設Boost最高時脈為1110MHz，但是手動將時脈提高100MHz之後，時脈會累加上去變成1210MHz。儘管是如此，最後還是會因為當下的條件和使用環境而改變，但不管如何，在非常嚴苛的環境下依舊能維持1006MHz的時脈運作。

圖 / 即使負載程度相當高的狀態下，最低的運作時脈依然為1006MHz。

█ GPU Boost加速流程與限制

GTX 680是第一款擁有GPU Boost功能的顯示卡，公版繪圖核心預設的時脈為1006MHz，而官方公佈的GPU Boost之後時脈為1058MHz，但是實際測試後發現在沒有修改條件下，GPU Boost最高時脈可以達到1110MHz，相較於基本時脈1006MHz共提升104MHz；前面有提到GPU Boost與Intel和AMD處理器的Boost有那麼幾分相似，但其實更加複雜，尤其是我們要知道GTX 680的CUDA核心數量共有1536個，加上執行不同應用程式所需要的TDP都不盡相同，當然還有VBIOS在扮演著重要的關鍵角色，因此整個也會有個完整的工作流程，讓我們繼續往下看吧。

當我們實際使用GTX 680來測試GPU Boost時，首先可以安裝GPU-Z來看到顯示卡的各種參數，琳琅滿目數據只需要看GPU核心時脈、電壓值、TDP熱功耗這幾個項目就好，接下來開啟欲使用的應用程式，軟體本身當然是要以遊戲或顯示卡測試軟體為主，這樣才能讓GPU動起來。

在說明GPU Boost工作流程之前，或許各位可以先了解顯示卡前端作業流程，以下小編就簡單描述。當執行遊戲軟體之後，CPU會開始接收指令，不論是DirectX或是OpenGL，都會先經過CPU來做前端作業，在經由驅動程式把相關的訊息傳達到顯卡，以上就是前端作業的流程。接下來當顯示卡接手之後，在GPU內有用來監控核心時脈的控器，在透過VBIOS判斷GPU當下的TDP和理論最大額定TDP之間的差距，在尚未達最大TDP之前提升所有CUDA核心的時脈，直到額定的195W最大TDP為止！簡單來說，就是運用還沒用到的TDP來提升所有核心的速度，獲得最大的TDP使用率，也就是提升所謂的效能功耗比。

但是GPU Boost會受到TDP與溫度的限制，而且核心的負載率和TDP有直接關係，當核心使用率較低時TDP並不會達到100%，那麼GPU Boost才能繼續動作，例如GTX 680額定的最大TDP為195W，不論核心的使用率是否由達到100%，都會停止GPU Boost的動作，當TDP降低之後才會繼續。而透過測試還得知GTX 680的GPU Boost所提升的時脈約每13MHz為一個階段，最高達到1110MHz，依照不同的軟體運作的時脈也會不同；提升時脈的的同時電壓也會隨之提升，幅度由1.062V到1.175V，而公版GTX 680的最大電壓值則是1.175V，儘管透過軟體手動調高時脈，電壓值也不會再上升。
 

█ 能否發揮GPU Boost全看關鍵70℃

雖然現在知道只要TDP還未達到最高時，GPU Boost會提升CUDA的時脈，直到TDP最大值。不過還有一個非常重要的關鍵，那就是核心的溫度！要驗證溫度是否為關鍵很簡單，首先讓GTX 680在正常的環境下運作，並且透過GPU-Z來監控，主要是用來觀看時脈和溫度的變化。根據小編的測試，GTX 680的GPU Boost會在啟動軟體後直接到時脈的最大值1110MHz，不過一旦溫度達到70℃之後，會自動下降13MHz，也就是1097MHz，80℃則會降至1084MHz，相對的只要將風扇轉速提高讓核心溫度下降，就會恢復GPU Boost的運作，將風扇轉速提高之後，核心溫度維持在75℃左右，TDP約97%，如此一來時脈就會定在1097MHz；如果有辦法將溫度控制在70℃以內，這樣時脈就能維持在最高的1110MHz。

看到這裡大家對於GPU Boost多少應該都能理解，包含運作的方式和影響的層面，運用未使消耗的TDP來作為提升時脈的動力，但是各位一定很想知道TDP究竟是否能改變？答案是可以的！想超頻的玩家們可以透過顯示卡超頻軟體來改變TDP，例如小編測試時所使用的MSI Afterburnet，就能將TDP設定為70%~132%，但是各位要注意的是，當提高TDP就會增加整體耗電量，耗電量一旦提升核心溫度也會跟著加速上升，因此正確的方式應該是增加TDP的同時，逐步增加核心時脈和電壓，並且同時降低核心溫度，這樣才不會讓溫度限制GPU Boost的運作！

█ 是否能針對特性核心Boost？

當研究過GPU Boost和CPU Boost之後，不難發現這兩種Boost的方式並不同，CPU只針對特定核心進行Boost，在處理不支援多和架構的軟體時，能利用剩餘的TDP來大幅提高單一核心的時脈，讓處理器更有效率。而GPU Boost目前的設計是同時提升所有CUDA的時脈，或許有玩家會認為為什麼不能針對GPC模組或是SMX模組，甚至是單一核心來提升時脈？小編要告訴各位讀者，並不是不能這麼做，而是不需要！原因是GPU中的每個CUDA核心都是執行續，處理程序的工作排程並不會固定在某個GPC模組或是SMX模組，依照軟體的運算需求，每個CUDA核心的工作時間也極短，隨時都會變換處理程序，因此沒有必要去控制特定或是單一核心的時脈。再來就是效率上的問題，控制每個CUDA核心除了技術困難度增加之外，在效率上遠不如直接提升所有CUDA核心的時脈，因此目前的技術都可以控制單一GPC模組或是SMX模組，甚至是CUDA核心的時脈，但是沒有這個必要。

圖 / CPU能單獨控制特定核心的時脈，因此能讓核心處理不支援多核心的軟體時更加快速！

圖 / GTX 680擁有1536個CUDA核心，且每個CUDA的處理時間非常短，沒有針對單一核心調整的必要性。

█ GPU Boost只是開端

經過反覆的測試，可以得到一個具體且正確的答案，「TDP決定GPU Boost的高度」！這項技術彷彿帶給顯示卡全新的生命，多年來顯示卡因為架構特性的關係，擁有CPU更優異的平行運算效率，在同一個體積之下可以不斷增加核心執行續的數量，從當時G80僅有數個CUDA核心到今日GK104的1536個CUDA核心，相當驚人的成長速度。但也是因為GPU的執行續有處理排程順序，並不是所有的執行序都同時進行運算，再GPU中有工作排程處理引擎，能幫所有的CUDA核心安排處理順序，但CUDA核心等待處理的同時，等於永遠都達不到額定TDP，效能也因此受到牽制。

運用技術將閒置的TDP來提升整個GPU的時脈，在相同的耗電量下可以運用到100%的TDP，有效提升效能耗電比。加上以往高階顯示卡的TDP都在250W左右，但是實際上卻沒有達到該有的效率，而GTX 680只需195W的TDP就能達到100%的效率，甚至可以超越，從這點就可以看到未來顯示卡的影子。不過核心製成的進步，不斷縮小了TDP的上限，未來是否會因為這樣而影響GPU Boost的發展性，目前是不得而知！GPU Boost只不過是開端，目的就是為了提升控制TDP以及核心的使用率，未來技術更加成熟後，即使製程進步縮小TDP的空間，也能因為高效率核心來達到更高的效益！