Die Architektur des Kepler-Chips setzt sich folgendermaßen zusammen. Wie Fermi, besteht die Kepler-GPU aus einer Kombination aus Graphics Processing Clusters (GPCs), Streaming Multiprozessoren (SMs) und Speichercontrollern. Die neue GeForce GTX 680 kann dabei auf ganze vier GPCs, acht SMs und vier Speichercontroller zurückgreifen. Jeder einzelne GPC hat eine eigene Raster-Engine und zwei SMX-Einheiten. Mit den insgesamt acht SMX-Einheiten kommt die GeForce GTX 680 auf ganze 1536 Cuda-Kerne.
Das Speichersystem wurde ebenfalls komplett überarbeitet, was einen deutlich angestiegenen Speichertakt von 6008 MHz ermöglichte. Dies ist ein neuer Rekord im Bereich der GPU-Industrie. Jeder einzelne Speichercontroller besitzt 128 KByte L2-Cache und acht ROP-Einheiten. Insgesamt hat die GeForce GTX 680 mit vier Speichercontrollern also 512 KByte L2-Cache und 32 ROP-Einheiten.
Ein weiteres, innovatives Feature der neuen GeForce GTX 680 ist zweifellos die GPU Boost Funktion. Die GPU Boost Funktion entspringt dabei Beobachtungen der NVIDIA-Ingenieure während die thermischen Eigenschaften des Chips untersucht wurden, auf deren Basis die finalen Taktfrequenzen determiniert werden. Es wurde ersichtlich, dass eine Vielzahl der aktuellen Spiele, deren Leistungshunger von Spiel zu Spiel unterschiedlich ist, niemals die gesamte TDP des Chips ausreizt. Die GPU Boost Funktion setzt genau an diesem Punkt an. Sobald eine 3D-Anwendung die GPU nicht an das TDP-Limit bringt, ist die GPU in der Lage die Taktfrequenz dynamisch anzuheben. Ein extra zu diesem Zwecke integrierter Hardware-Schaltkreis überwacht dabei die Leistungsaufnahme der GPU. So wird der maximal mögliche Chiptakt im Rahmen der vordefinierten TDP erreicht.
