NVIDIAn tulevaisuuden GPU-suunnittelmat ja loppuyhteenveto

NVIDIAn tulevaisuuden GPU-suunnittelmat

Nykyisen Fermi-arkkitehtuurin seuraaja on 28 nm:n viivaleveydellä valmistettava Kepler, jonka tuotanto on tarkoitus aloittaa ensi vuoden toisella puoliskolla (H2/2011). Keplerin on tarkoitus saavuttaa 3-4-kertainen suorituskyky wattia kohden (kaksoistarkkuus GFLOPS / wattia) Fermi-arkkitehtuuriin verrattuna, joten NVIDIAn uutena suuntana suunnitteluun tulee olemaan tehonkulutuksen radikaali leikkaus. Huangin mukaan NVIDIA suunnittelee sijoittavansa Keplerin kehitystyöhön muutama miljardi dollaria.

Vuonna 2013 on tarkoitus julkaista Kepler-arkkitehtuurin seuraaja Maxwell, joka valmistetaan oletettavasti 22 nm:n viivaleveydellä. Maxwellin on tarkoitus tarjota 16-kertainen parannus rinnakkaislaskentaan (kaksoistarkkuus GFLOPS / wattia) Fermi-arkkitehtuuriin verra
ttuna. Huangin mukaan nykyhetken ja Maxwellin välissä grafiikkapiireissä tullaan näkemään runsaasti uusia ominaisuuksia:

”Between now and Maxwell, we’re going to introduce features like virtual memory. We’re going to enhance the GPU’s ability to autonomously process, so it’s less dependent on the CPU, along with a very large improvement in performance”, kertoi Huang NVIDIAn tulevaisuuden GPU-suunnitelmista.

Avauspuheen jälkeen järjestetyssä lehdistötilaisuudessa Huang oli kertonut, että Maxwell tarjoaa 40-kertaisen suorituskykyparannuksen viime vuonna lanseerattuun Fermi-arkkitehtuuriin verrattuna ja 10-12-kertaisen suorituskykyparannuksen Kepleriin verrattuna. Jokaisesta arkkitehtuurista on odotettavissa GF110:n tapainen ”mid-life kicker”, jossa arkkitehtuurin ominaisuuksia parannellaan ennen kokonaan uuteen arkkitehtuuriin ja pienempään viivaleveyteen siirtymistä.

Loppuyhteenveto

NVIDIAn uusi GeForce GTX 580 tarjoaa kiistatta markkinoiden suorituskykyisimmän grafiikkapiirin ja vahvistaa GeForce GTX 480:n viitoittamaa etumatkaa AMD:n suorituskykyisimpään yhden grafiikkapiirin ATI Radeon HD 5870 -näytönohjaimeen verrattuna. GeForce GTX 580 ei kuitenkaan ole markkinoiden suorituskykyisin näytönohjain, sillä AMD:n viime vuoden marraskuussa julkaisema kahdella Cypress-grafiikkapiirillä varustettu ATI Radeon HD 5970 vie suorituskykymittauksissa selvän 8-1 voiton. GeForce GTX 580 sijoittuu suorituskyvyllään GeForce GTX 480:n ja ATI Radeon HD 5970:n välimaastoon. GeForce GTX 580:n etuna on suorituskykymittauksissa erittäin hyvät minimiruudunpäivitysnopeudet, jotka ovat pelitesteissä vähintään yhtä tärkeä huomioida kuin keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus. Lisäksi yhden grafiikkapiirin ratkaisua käytettäessä ei tarvitse odotella muun muassa uutuuspelien kanssa ajuripäivityksiä ja erillisiä CrossFireX/SLI-profiileita.

Näytönohjaimen tehonkulutukseen on hyvä kiinnittää huomiota, mutta sähkölaskussa 3D-rasituksen aiheuttama lisäkustannus on vuositasolla marginaalinen. Korkean tehonkulutuksen kanssa käsikädessä kulkevat väistämättä korkea lämpötila ja melutaso. GeForce GTX 580:n tehonkulutusta ja lämmöntuottoa on saatu optimoitua transistoritason muutoksilla, vaikka GF110-grafiikkapiiri tarjoaa enemmän ominaisuuksia ja korkeammat kellotaajuudet GeForce GTX 480:n epäonnistuneeseen GF100-grafiikkapiiriin verrattuna. Uusi höyrykammiota hyödyntävä jäähdytysratkaisu on korvakuulolla ja mittaustulosten valossa tehokas uudistus, sillä rasituksessa noin kuusi astetta alhaisemman grafiikkapiirin lämpötilan lisäksi melutasoa on saatu laskettua jopa yli viidellä desibelillä.

Ylikellotustesteissä GeForce GTX 580 venyi vakiojännitteellä GF110-grafiikkapiirin osalta 850 MHz:n ja 1,1 voltin käyttöjännitteellä 900 MHz:n kellotaajuudelle. GDDR5-muistit toimivat vakaasti ilman grafiikkavirheitä 1088 MHz:n kellotaajuudella. Ylikellotettuna Geforce GTX 580 onnistui kuromaan suorituskykymittauksissa ATI Radeon HD 5970:n etumatkan kiinni. Samalla tehonkulutus nousi tosin yli 400 wattiin ja melutaso yli 54 desibeliin.

ATI Radeon HD 5970 on hinnoiteltu Suomessa noin 550 euroon, joten kyseessä on yli 50 euroa kalliimpi näytönohjain kuin GeForce GTX 580, jonka saatavuudeksi ilmoitetaan julkaisun yhteydessä useita tuhansia kappaleita ja Suomeen ensimmäisiä myyntikappaleita odotetaan viimeistään ensi viikon alussa alle 500 eurolla.

AMD suunnittelee julkaisevansa marraskuun lopulla markkinoille suorituskykypäivityksen nykyiseen ATI Radeon HD 5800 -sarjaan eli luvassa on Cayman-grafiikkapiiriin perustuvat Radeon HD 6950- ja 6970-näytönohjaimet. Myöhemmin loppuvuonna luvassa on vielä huippusuorituskykyinen kahteen Cayman-grafiikkapiiriin perustuva Antilles-koodinimellinen Radeon HD 6990 -näytönohjain, joka korvaa nykyisen kahteen Cypress-grafiikkapiiriin perustuvan Hemlock-koodinimellisen ATI Radeon HD 5970 -mallin.

Cayman-grafiikkapiirissä stream-prosessoriarkkitehtuuri on vaihtunut VLIW5-konfiguraatiosta VLIW4:ään (Very Long Instruction Word), joka tarkoittaa käytännössä stream-ytimien ryhmittelyn muuttamista viiden ytimen ryppäistä neljään ytimeen. Neljän stream-prosessorin konfiguraatioon siirtymisen lisäksi muita ominaisuuksia ovat 256-bittinen muistiväylä, kahden gigatavun GDDR5-muistimäärä, 32 ROP-yksikköä eli grafiikkapiiri kykenee suorittamaan 32 rasterioperaatiota kellojaksossa ja 128 Z/Stencil ROP -yksikköä. Radeon HD 6970 -näytönohjaimen TDP-arvo on alle 300 wattia eli se on varustettu 8- ja 6-pinnisillä lisävirtaliittimillä, kun taas Radeon HD 6950-mallin TDP-arvo tulee olemaan alle 225 wattia, jonka ansiosta se selviää kahdella 6-pinnisellä lisävirtaliittimellä.

Nähtäväksi jää, kykeneekö AMD haastamaan Cayman-grafiikkapiirillään GeForce GTX 580:n markkinoiden suorituskykyisimmän grafiikkapiirin tittelistä. Varmaa kuitenkin on jo tässä vaiheessa, että tuleva kahteen Cayman-grafiikkapiiriin perustuva Radeon HD 6990 tulee olemaan markkinoiden suorituskykyisin näytönohjain pitkälle ensi vuodelle asti ennen seuraavia suurempia arkkitehtuuripäivityksiä.

GeForce GTX 580

Hyvää

• Suorituskyky
• Tehonkulutuksen optimointi (vs GeForce GTX 480)
• Grafiikkapiirin lämpötila (vs GeForce GTX 480)
• Melutaso (vs GeForce GTX 480)
• Ylikellotuspotentiaali

Huonoa

• Nimeäminen markkinoinnin ehdoilla, taas uusi 100-luku
• Tehonkulutus rasituksessa
• Advanced Power Management -ominaisuuden todellinen tarkoitus?
• Yli 500 euron hinta Suomessa
• Vanhentunut näyttötuki (DisplayPortin puute, kolmen näytön tuki vain SLI-konfiguraatiossa)
• Ei tukea häviöttömien ääniformaattien bittivirtaukselle (DTS-HD Master Audio & Dolby TrueHD)