Análisis: Asus GeForce GTX 1070 Turbo

Nvidia ha estado renovando toda su gama de tarjetas gráficas desde el pasado mayo, y para los que quieran jugar a algo más que 1080p o mantener los 60 FPS en todos los juegos está la GTX 1070. Es un modelo que consume poco, por debajo de los 150 W, y tiene una gran potencia para jugar a una buena cantidad de títulos a QHD y 4K.

El modelo GTX 1070 Turbo de Asus es uno de los más interesantes actualmente, por potencia, precio y calidad general de la tarjeta gráfica.

Inspección visual

Este modelo de GTX 1070 Turbo de Asus destaca por incluir una ventilación tipo turbina, en la que los componentes de la tarjeta quedan encapsulados en la carcasa, y un ventilador mueve el aire de dentro de la caja del PC hasta la parte trasera, sin que se recircule aire caliente al resto de componentes. Suelen ser ideales para pequeños PC con espacio ajustado en los que no se puedan instalar varios ventiladores para mover el aire en el interior.

La tarjeta mide 111 x 266 x 38.1 mm, e incluye dos conectores HDMI 2.0b, dos DisplayPort 1.4 y un DVI-DL. Los dos conectores HDMI son una ventaja para aquellos que utilicen varios monitores de este tipo, que es lo más habitual pese a que el modelo base de GTX 1070 de Nvidia incluye tres conectores DP y un solo HDMI.

Este modelo funciona a las frecuencias de referencia, con una velocidad base de 1506 MHz y un turbo de 1683 MHz, con 8 GB de memoria GDDR5 a 8 GHz. Su precio actual es de 439 euros, que la convierten también en uno de los modelos más baratos de GTX 1070 que se pueden encontrar. Está alimentada por un único conector PCIe de ocho pines, por lo que no está orientada a subir frecuencias.

Arquitectura Pascal

Nvidia ha llevado la delantera claramente en el apartado del consumo a AMD desde hace más de dos años. Lo que no han podido conseguir antes a base de reducir el tamaño de los transistores de los chips, Nvidia lo consiguió con la arquitectura Maxwell. Se presentó a principios de 2014, y se revisó para el lanzamiento de las tarjetas de la serie 900, que llegaron en septiembre del mismo año.

Pascal supone una iteración más de dicha arquitectura. Empezando a analizar los cambios por el diagrama de bloques, la arquitectura Pascal usada en la GTX 1070 tiene la estructura clásica que lleva usando Nvidia desde las tarjetas Fermi. Al máximo nivel, en Pascal se encuentran los clústeres de procesamiento gráfico (GPC, Graphics Processing Cluster), que se componen a su vez de clústeres de procesamiento de texturas (TPC, Texture Processing Cluster), y estos a su vez incluyen un multiprocesador de flujos de datos (SM, Streaming Mutiprocessor) y un motor de polimorfismo (PolyMorph Engine). Los chips incluyen varios controladores de memoria.

Un repaso a los fundamentos de generación de gráficos

Hablar de arquitecturas cuando en realidad no se tiene idea de lo que ocurre entre bastidores en el PC cuando se están mostrando gráficos 3D por pantalla puede ser cuanto menos confuso. A alto nivel, cuando se mueve un personaje por el mundo creado por los diseñadores de juegos, esos movimientos se traducen en llamadas a la librería gráfica de turno (DirectX, Vulkan, OpenGL, Metal) según lo que haya estipulado el programador.

Esas llamadas son introducidas en un búfer, y cada cierto tiempo se envían a la GPU para procesamiento. Los gráficos que se muestran por pantalla están creadas por millones de triángulos, que es el elemento básico en la generación de gráficos por computadora. La GPU tendrá que coger las instrucciones, creando los triángulos relacionados a generar, y crear diversas cargas de trabajo que serán ejecutadas por los GPC.

Arquitectura Pascal

El chip GP104 de la GTX 1070 incluye tres GPC de cinco TPC cada una, y ocho controladores de memoria. Cada SM incluye cuatro grupos de núcleos que son los que tendrán que recibir diversos datos y ejecutarlos. A esos triángulos habrá que aplicarles la teselación (división en partes más pequeñas) para así poderles aplicar mapas de desplazamiento que son los que crean la sensación de profundidad de las texturas.

El motor de polimorfismo se encarga de capturar la información de vértices de los triángulos, así como de dividirlos en polígonos más pequeños para su posterior teselación, lo que aumenta exponencialmente el número de polígonos de un fotograma. Los motores de polimorfismo incluyen su propia teseladora y capturadora de vértices. Otras funciones que realiza este motor es el de calcular sombras mediante los SM, y de ahí viene el nombre de los sombreadores (shaders) que Nvidia los llama núcleos CUDA.

El SM es un multiprocesador paralelo, y en el GP104 cada SM incluye 128 núcleos CUDA, con 256 KB de registros y 96 KB de memoria compartida, así como 48 KB de caché L1, más ocho unidades de texturas.

El SM se encarga de gestionar las urdimbres (warp, también llamados manojos) o grupos de 32 hilos mediante un gestor de urdimbres, que son enviadas a los núcleos CUDA por la SM para que recopilen los datos necesarios a través de unas unidades especiales llamadas planificadores de hilos. En un momento dado puede haber varias urdimbres en proceso de ejecución, y en función del tiempo que lleven ejecutarse, puede irse alternando la ejecución de unas y otras mientras, por ejemplo, se recopila toda la información necesaria para completar la instrucción.

Para el motor de polimorfismo es una unidad de cálculo, que una vez generado un triángulo también tiene que calcular con las SM cosas como la transformación del punto de vista o correcciones de perspectiva. Una vez tienen todos los datos, la urdimbre se ejecuta.

Las SM también incluyen registros donde se guarda información a usar por las instrucciones que ejecutan los núcleos CUDA, unidades de funciones especiales (SFU) para la ejecución de funciones trascendentes (seno, coseno, logaritmo, etc.) y unidades de carga y almacenaje (LD/ST). Suele verse como óptimo el que, debido a que la información se almacena en registros comunes, todos los sombreadores ejecuten la misma instrucción al mismo tiempo.

Una vez que termina el procesamiento de generación de polígonos por la TPC, la GPC se encarga de pasar la información al motor de rasterizado, segmentándolo para crear cargas de trabajo más pequeñas. Esto significa que se transforman en píxeles concretos para que puedan ser fácilmente manipulados, teniendo en cuenta la posición espacial del triángulo (que previamente ya se ha corregido al calcular su posición global en las SM), y eliminando la información que no afecta al renderizado del triángulo.

Todos los cálculos se realizan nuevamente a través de una GPC que tenga asignada la ROP, pero en este caso se tratan de hilos de generación de píxeles en vez de hilos de generación de vértices. Es una doble función que tienen los SM. También se ejecutan en grupos de 32 píxeles, u ocho grupos de 2 x 2 píxeles

Estos píxeles son enviados a las unidades de renderizado (ROP, Raster Operations Pipeline), de las que el GP104 incluye ocho en cada controlador de memoria (un total de 64 ROP). Se encargan del posprocesamiento de los píxeles generados por las GPC, la aplicación del antiescalonamiento (antialiasing), la fusión de píxeles, y las comprobaciones de profundidad. Una vez terminado todo el procesamiento, se ponen en el búfer de vídeo para mostrarse por pantalla.

Los sombreadores son programados con un lenguaje de sombreado, por ejemplo el de OpenGL o DirectX, pero también hay otros como el usado por Sony en la PlayStation o el de Metal (iOS). Suelen tener una sintaxis similar a C.

Equipo de pruebas

Para la realización de las pruebas de rendimiento he utilizado diversos equipos debido a que quería comprobar a la vez que analizaba la tarjeta gráfica algunas cosas adicionales. Por ejemplo, cómo afecta el uso de un procesador de cuatro núcleos lógicos como un Core i5-6400 frente a un ocho núcleos lógicos como el Core i7-6700K.

Aun así, el equipo principal de pruebas utilizado para realizar todas las mediciones lo tenéis a continuación. La habitación donde se han hecho las pruebas estaba a 22 ºC.

Pruebas de rendimiento

Las pruebas de rendimiento de las nuevas tarjetas gráficas suelen centrarse en comprobar su potencia con respecto a otros modelos. Aunque ese tipo de pruebas también las encontraréis a continuación, me ha parecido más interesante analizar lo que sucede al utilizar la GeForce GTX 1070 Turbo de Asus con una serie de procesadores para ver qué tipo de limitación imponen al rendimiento de la tarjeta.

Puesto que es una tarjeta gráfica para jugar potente, las pruebas que veréis a continuación también se han realizado a las resoluciones de 1080p, 1440p y 4K UHD. Como norma general, las pruebas se han realizado teniendo solo activo el antiescalonamiento FXAA, deshabilitando características específicas de gráficas como HBAO+ o PureHair, y poniendo todas las opciones a los valores máximos posibles. En este caso me interesa más comprobar la potencia en bruto en juegos de las tarjetas gráficas que las diferencias entre las arquitecturas de AMD y Nvidia.

Ashes of the Singularity

Ashes of the Singularity es más una prueba de rendimiento que un juego, y hay que tomarlo como tal. Aun así resulta interesante probarlo debido a que es el más avanzado en cuanto a aprovechar las posibilidades de las DirectX 12. Beneficia notablemente a las tarjetas gráficas de AMD, aunque las Pascal también se benefician algo o bastante de las DX12 en los modelos más potentes.

Comparativa por procesador

Comparativa de GPU

Rise of the Tomb Raider

Este juego de Microsoft Studio es bastante exigente en cuanto a procesador, aunque sobre todo si se quiere jugar con las DirectX 11. Bajo las DX12 descarga de trabajo al procesador, con lo que incluso un i3-6100 es suficiente como para aprovechar bastante bien las tarjetas gráficas más potentes, pero en los procesadores de cuatro y ocho núcleos es mejor jugarlo bajo DX11.

Comparativa por procesador

Comparativa de GPU

Hitman

Hitman fue actualizado en agosto de 2016, con importantes mejoras de rendimiento según el número de núcleos del procesador. Ahora le afecta bastante menos, pero sigue siendo un juego claramente pro-AMD, aunque ahora sí cuenta con soporte a DX12 bajo las tarjetas gráficas de Nvidia. En el caso de las tarjetas Pascal, consiguen una mejora de rendimiento en torno al 5 %, en vez de una reducción al activarlos como pasaba hasta ahora.

Comparativa por procesador

Comparativa de GPU

Total War: Warhammer

Total War: Warhammer recibió el parche que activaba las DirectX 12 y la computación asíncrona tiempo después de su puesta a la venta. Pero fue bastante bien recibido por los usuarios de AMD, porque ha aumentado notablemente el rendimiento del juego en estas tarjetas gráficas.

Pero a su vez, es dependiente de la potencia del procesador, pero sobre todo en DX11, ya que en DX12 descarga bastante trabajo del procesador y permite obtener bastante más rendimiento adicional al combinarlo con otros procesadores de cuatro y ocho núcleos.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Deus Ex: Mankind Divided

Eidos ha añadido un nuevo título con compatibilidad a DirecX 12, en la línea de Rise of the Tomb Raider.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Gears of War 4

Gears of War 4 es un ejemplo de juego DirectX 12 en el que no necesariamente salen beneficiadas las tarjetas gráficas de AMD. La arquitectura Pascal de Nvidia es compatible con la computación asíncrona, que se puede activar y desactivar en la prueba de rendimiento dentro del juego para ver su efecto, y que lo examiné cuando el juego salió al mercado.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Para jugar a 4K es necesario al menos 3 GB de VRAM, por lo que la prueba no es posible en las GTX 950, RX 460, y tarjetas similares.

The Division

The Division es uno de los juegos en línea que más éxito ha tenido este año, pero al que la falta de contenido de alto nivel lastra la fidelización de los jugadores. El banco de pruebas incluido es muy completo en el sentido del recorrido que hace la cámara, que pone a prueba diversas características de calidad de imagen, explosiones y muñecos en movimiento. Además, los FPS varían poco o nada de una ejecución a otra, por lo que es una prueba fiable en cuanto a sus resultados.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

The Witcher 3

The Witcher 3: Wild Hunt es un juego que, una vez desactivado Nvidia Hairworks y otras opciones pro-Nvidia, no tiene una especial preferencia por ninguna compañía de tarjetas gráficas. La calidad de sus gráficos se pone a la máxima posible, desactivando las características específicas de Nvidia, y se contabilizan los FPS de varios cortes del juego.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Crysis 3

Crysis 3 sigue siendo un juego bastante exigente a nivel gráfico, y una buena prueba para comprobar la potencia de una tarjeta gráfica. En su tiempo fue un juego patrocinado por AMD, pero actualmente rinde mejor en las tarjetas de Nvidia. La configuración gráfica para las pruebas se sitúa en muy alta, y se toman medidas de tiempos de circuitos preestablecidos que se repiten varias veces para intentar ajustar al máximo la fiabilidad del rendimiento, ya que el juego carece de banco de pruebas integrado.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Dirt Rally

DiRT Rally es un ejemplo de juego de carreras en el que el escenario está muy cuidado, pero tampoco es especialmente exigente en el apartado gráfico. El juego incluye una prueba enlatada, que consiste en cuatro etapas, y va cambiando entre vista exterior e interior. La calidad se pone a ultra, con antiescalonamiento 2x MSAA.

Comparativa por procesador

Comparativa por GPU

Temperaturas, ruido y overclocking

La arquitectura Maxwell era generosa con las subidas de frecuencia, y Pascal está en la misma línea. Las frecuencias de la GTX 1070 Turbo de Asus se pueden subir hasta los 1706 MHz de base y 1883 de turbo, una subida de 200 MHz, mientras que la frecuencia de la memoria se puede llevar a los 8.7 GHz, 700 MHz más. En el caso de la memoria no es una subida demasiado impresionante, pero no es una tarjeta para overclocking.

La temperatura de la tarjeta gráfica en reposo se sitúa sobre los 46 ºC en reposo con un ruido de 32 dB del equipo antes mencionado, mientras que en carga sube a los 74 ºC y unos 38 dB. Cuando se suben frecuencias, la temperatura asciende en carga a los 80 ºC y el ruido va a los 40.5 dB, por lo que son niveles normales de temperatura y ruido.

También se puede valorar las mejoras de rendimiento en función de si se sube solamente la memoria o solo el reloj de la GPU.

El consumo del equipo de pruebas con la gráfica en carga se sitúa por debajo de los 200 W, y con el overclocking adicional se sitúa en torno a los 220 W. La ganancia total de rendimiento con las frecuencias subidas se sitúa en torno al 10 % a 1080p, con algunas excepciones que llegan a superar el 14 %, dependiendo mucho de cómo de intenso de GPU sea el juego.

Conclusión

La GTX 1070 es la primera opción de compra para aquellos que quieren jugar más allá de los 1080p, o quieren hacerlo a ultra en el futuro cercano manteniendo los 60 FPS. Es una tarjeta silenciosa, que consume poco y ofrece un alto rendimiento.

Este modelo de Asus con refrigeración tipo turbina es un buen modelo de entrada, y superior a la tarjeta de referencia de Nvidia en el apartado de ruido cuando se haga overclocking, aunque no sea un modelo pensado para ello. Mantiene unas temperaturas en carga que son buenas, y no aporta un gran nivel de ruido adicional al equipo en el que se instale.

Para gastarse 439 euros en una tarjeta gráfica hay que tener las ideas bien claras. Este modelo permitirá jugar a 1080p y ultra a 60 FPS durante un par de años más, pero está en el límite si lo que está por venir es como Deus Ex: Mankind Divided, en el que en ultra llega justo a esos 60 FPS a 1080p. Habrá que tocar un poco los ajustes si se quiere esa tasa de generación de fotogramas en cualquier juego, y quizás para algunos títulos de 2017, los más exigentes, le sea difícil mantenerlos. Para los más exigentes seguirá siendo mejor opción la GTX 1080.