超能课堂(164）：马甲与屠龙刀，A、N如何给显卡续命？
相比2017年矿卡带来的一派繁荣景象，2018年的显卡市场上显得死气沉沉，唯一的大动作就是NVIDIA推出了图灵架构的GeForce RTX 2080 Ti/2080/2070显卡，年末还补了一个TITAN RTX显卡，不过这四款显卡的定位可不低，对主流用户影响不大。AMD、NVIDIA的销售主力还是现在的RX 500及GTX 10系列，而为了提高游戏市场的新鲜感，这两家在创造“新卡”上费尽心机。
早前就说过，AMD、NVIDIA现在这一代显卡的升级周期是最长的，GTX 10系列发布到现在两年半多了，当然有很大因素都是矿卡导致的，不过这两家也通过马甲、阉割等多种手段事实上延长了显卡的换代周期，这其中也有很多因素的考量，今天的超能课堂就来聊聊AMD、NVIDIA的马甲与屠龙刀的那些事。
GPU是如何影响显卡成本的？
我们都知道GPU是一个显卡的核心部件，价格也是最高的，所以一款显卡中的大部分营收及利润其实是被AMD、NVIDIA赚走的，毕竟他们掌握了核心科技。那么一张显卡中，具体的成本都来自哪里呢？
AMD R9 290X与R9 Fury X显卡成本对比（来源于electroiq网站）
electroiq网站早前对比R9 290X与R9 Fury X显卡的BOM成本（不含散热器），虽然是几年前的数据了，不过数据依然有参考意义。在这两张显卡中，Fury X比较特殊，因为是HBM显存的，所以它的成本比R9 290X高得多，主要多在了48美元的HBM显存及25美元的中介层上，因为封装比较麻烦。
在正常显卡中，R9 290X的GPU成本是80美元，占到了总成本的一半多，第二大成本来源就是显存，接着就是PCB成本了，这个是看显卡厂商的水平了。
晶圆不同位置的良率是不同
那80美元的GPU芯片成本是怎么来的呢？这个问题就更复杂了，这个要看厂商使用什么样的制程工艺、良率及芯片本身的核心面积了。我们知道现在的高性能芯片普遍是300mm（12英寸）晶圆，用初中数学可以算出来其总面积大概是70695mm2，然后除以每个芯片的核心面积，这样就能算出来一片晶圆能生产多少个芯片，然后再用晶圆的价格除以数量就能得出芯片的成本价了。
这样说起来容易，实际上晶圆的成本、良率分析是个复杂的过程。芯片多是方的，晶圆是圆的，所以有一部分晶圆是没法用的，然后在能用的面积内，芯片的良率也是不一样的，因为半导体材料本身就有缺陷（硅晶圆即便是11个9的纯度也不能完全保证没缺陷），越复杂的芯片制造过程中出现缺陷的可能就越大，所以总有一部分芯片是不能用的或者有缺陷的（有缺陷密度这个指标可以衡量工艺的缺陷水平），所以良率会严重影响芯片的成本价。
良率对芯片成本的影响（来源于伯克利大学论文）
良率对成本的影响有多大？根据上面这篇论文的计算，奔腾处理器9%良率的话成本高达417美元，这时候别想着卖了，亏得要死，而386DX在90nm下良率达到71%之后，核心成本是4美元，当然这也跟它核心面积只有43mm2及晶圆成本900美元有关。
上面的数据已经够老了，对现在的28nm工艺来说，台积电的12英寸晶圆加工价格大概在5000美元左右，而目前比较先进的14/16nm工艺12英寸晶圆加工价格在7000-10000美元，有的可能更高，这取决于代工厂的技术及报价，当然这个价格还跟工艺成熟息息相关，28nm工艺量产多年，折旧期已经过了，成本会大大降低，14/16nm及最新的10nm、7nm还没有。
有兴趣的可以算算AMD及NVIDIA的高端GPU成本价，核心面积可以参考上面的数据，计算的话有很多在线良率计算器，比如这里，另外还有个简化版的中文版，不过需要手动填写良率。简单算了下，现在的TU102核心成本至少是100美元，不过现在数据算出来的结果跟真实水平误差会很大，图灵显卡的制造成本只有老黄那边最清楚。
总的来说，这部分内容我们介绍了GPU核心的成本来源及影响因素，在工艺一定的情况下影响成本的主要是晶圆厂的良率及芯片自己的核心面积，在这个过程中制造出有部分缺陷的芯片是跑不了的，而如何处理这些缺陷芯片也是个问题，剔除完全不能用的，还有部分部分缺陷芯片可以屏蔽部分单元，降级出售，这也是芯片厂厂商很常见的处理手段。
为什么市面上会有马甲卡或者阉割卡？上面的解释是从技术角度解释了，但真正起决定作用的并不是技术，而是厂商的市场策略，这才是关键。对于厂商来说，追求的无非是利益最大化，而要想达到这个目标，就是要芯片最大程度利用起来，有两种方式可以利用好这些芯片。
GPU显卡延寿秘籍之换马甲
马甲显卡这两年听说的可能少了，因为显卡升级换代时间变长了，但在前几代显卡上很流行。之所以有马甲卡问世，一种可能是厂商手头没有新架构，但是还要抢市场，另外一种可能就是现有产品没升级的必要，但需要有个新名字吸引人，不管哪种这两个原因导致的马甲卡都是为了延长GPU寿命周期，毕竟生产的量越多，GPU芯片越有可能便宜。
在NVIDIA这边，10年前的G80、G92核心可以说是马甲经典，最早的G80核心是90nm工艺，首发于8800 Ultra显卡，然后有8800 GTX、8800 GTS，而且GTS还有两个版本，之后NVIDIA升级了65nm工艺，不过规格变化不大，新的核心变成了G92，G92继续发威，所以又有G92版的8800 GS、8800 GTS、8800 GT，当然这些还没完，后来到了GeForce 9系列，G92核心又衍生出了9800 GTX+、9800 GTX、9800 GT、9600 GSO等等。
不再一一列举了，坦白说这么多型号我真正记住的只有个别，如果不是查资料，是无法全面了解G80/G92家族的子子孙孙的，上面TPU网站的数据库中就列举了G92核心的产物，看看大家还记得多少。
G80/G92核心是NVIDIA马甲卡的巅峰，甚至是整个GPU行业的一次记录，当然这中间也有很多变动，至少制程工艺升级了一次，已经算是两代GPU了。
最近几年NVIDIA的马甲卡没这么疯狂，比较明显的一次也就是Kepler时代，GTX 680化身GTX 770显卡，GTX 670还出了个OEM版的GTX 760 Ti，GT 640衍生出了GT 740，GT 730的情况比较乱，有马甲也有新架构。
在马甲方面，AMD也不遑多让，最典型的就是HD 7000系列到R9 280/270再到R9 380/370系列了。到了14nm工艺时代，有了Polaris，AMD也马甲了RX 480到RX 580，再到现在的RX 580 2048SP等等，RX 590如果没有工艺升级，那也是马甲卡了。
如果说的深一点，其实AMD的GCN架构这五代也算是马甲换马甲了，最初AMD还比较收敛，GCN架构升级是GCN 1.0到GCN 1.1到GCN 1.2/1.3这样，但是从Polaris开始，AMD直接改成了GCN 5.0，而之前的架构也变成了GCN 1.0到GCN 4.0。
听上去架构变化很大是不是，但是并没有，特别是GCN 5.0这一代，之前单独写过Polaris架构的分析，看上去升级很多，但是从实际测试来看，GCN这几代显卡性能变化主要取决于频率及流处理器单元，同频率下性能基本一致，架构上的优势没有体现出来。
GPU显卡延寿秘籍之屠龙刀
图片来源于泡泡网，NV法务请找友媒泡泡网
显卡换马甲这个策略不好多用，用多了玩家是会反感的，G80/G92那个算是特例，除了制程工艺升级之外，G92后期从高端卡变成了中端卡，定位都变了，所以10年前GeForce这波马甲卡还是“真香”的。不用马甲的话，给GPU延寿的方法还有屠龙刀——阉割。
阉割GPU规格变成新卡这事其实跟换马甲并不冲突，很多时候这两者是可以并行的，某款显卡既有可能是马甲的也有可能是阉割出来的。说到这里，估计大家都知道现在阉割显卡最多的是谁了——没错，就是那家公司，以往的例子就不说了，光是Pascal这一代就有很多例子了，GTX 1060系列就是最佳代表。
GTX 1060之所以特殊，是因为它创造了一个型号中显卡规格可以完全不同的先例（之前有吗？想不到了），3GB、6GB版GTX 1060显卡不仅是显存容量不同，CUDA核心数都是不一样的，这样的情况在之前是少有或者说没有的，以往区分同型号显卡的主要是显存容量，至少规格还是一样的。
除了3GB、6GB的差别之外，GTX 1060显卡还出了一个5GB版，这个卡是上半年发布的，它的特殊之处在于阉割部分显存位宽，将显存容量从6GB减少到了5GB，而它针对的市场主要是网吧，因为今年上半年显存涨价正疯狂，减少1GB显存也能减少部分成本，对性能影响又不大。
除了3GB、5GB、6GB之外，下半年GTX 1060又玩了新花样——GDDR5X显存版，NVIDIA也很有意思，最初是在官方网站悄悄改了GTX 1060的显存支持规格，增加了GDDR5X，被眼尖的网友抓到，大家才意识到NVIDIA又要出刀了，结果就是现在的GDDR5X显存版GTX 1060，不过这个卡的核心实际上是之前NV为挖矿市场准备的P104/P106，可以说是马甲也可以说是阉割了。
GTX 1060花样频出一方面是因为这个卡的销量是游戏卡中最多的，有实际需求，另一方面则是因为GTX 1060库存也是最多的，改来改去有清库存的需要，得增加一些卖点。
最后的话
不论是马甲还是阉割显卡，这两件事在AMD、NVIDIA的过往历史中都是常见操作，单从这两件事上说它们没什么好或者不好的，消费者是否接受还是取决于改名、阉割之后的显卡性能、价格等等因素，像G80/G92那样的“奇迹”实际上对NVIDIA来说还是好事，跨度这么久的话GPU生产成本早就降下来了，这样才能让收益最大。