Nowości od Nvidii: najpotężniejsze GeForce i zapowiedź futurystycznej architektury Pascal

Odbywająca się w San José w Kalifornii konferencja GPUTechnology okazała się dla Nvidii okazją dla pokazania izapowiedzenia produktów zaskakujących. Zaprezentowanonajpotężniejszą jak dotąd kartę graficzną z rodziny GeForce,zapowiedziano niezwykle szybką magistralę do połączenia CPU iGPU, wreszcie zaś przedstawiono szczegóły związane z architekturąPascal, mającą być następcą dopiero co pokazanego Maxwella.

Postęp techniczny w dziedzinie GPU drastycznie przyspieszył wostatnich latach – i widać to po nowych osiągnięciach „zielonejdrużyny”. Na początek przyjrzyjmy się prawdziwemu potworowi –karcie Titan Z, będącej w praktyce superkomputerem upchniętym doformatu karty graficznej.

Titan Z to następca przedstawionej w zeszłym roku karty GTXTitan i potężniejsza wersja zaprezentowanej w lutym tego roku kartyGTX Titan Black. Podobnie jak swoi poprzednicy, bazuje naarchitekturze Kepler i wykorzystuje procesor GK110 – ale podwajaparametry Titan Blacka. Łącznie w karcie znajdziemy 5760 rdzeniCUDA, 12 GB RAM i dwa 384-bitowe kanały pamięci. NVIDIA twierdzi,że moc obliczeniowa tej maszyny to 8 TFLOPS, nieco więcej niżsuperkomputera ASCI White IBM-a z 2000 roku, najwydajniejszej maszynyz początku stulecia. Główną różnicą między Titanem Z a ASCIWhite jest rozmiar – ten pierwszy mieści się w typowej obudowiePC, ten drugi potrzebował 512 szaf serwerowych i ważył łącznieponad 100 ton.

Jak na swoją moc obliczeniową, Titan Z jest zaskakująco tani.NVIDIA chce go sprzedawać za 2999 dolarów. To naprawdę niewiele:jak przypomina Jen-Hsun Huang, założyciel i szef Nvidii, wychodzijakieś pięćdziesiąt centów za procesor. Eksperci z serwisuAnandTech zauważają, że Titan Z może być zresztą jeszczewydajniejszy – częstotliwość zegarów oceniają na 700 MHz,podczas gdy Titan Black taktowany jest zegarem 890 MHz. Być możenawet nie trzeba będzie przy podkręcaniu ulepszać chłodzenia,producent twierdzi bowiem, że jego flagowa karta podczas pracydziała cicho i jest chłodna.

Tyle od Nvidii na dziś. Przyszłość zapowiada się jeszczeciekawiej. Przedstawiono magistralę o nazwie NVLink, która pozwalana ujednolicenie pamięci podręcznej CPU i GPU, umożliwiającprocesorom na znacznie szybsze dzielenie się pracą, niż jest todzisiaj możliwe. Przepustowość tej nowej „rury” wynosi 80GB/s, to jest pięciokrotnie więcej, niż jest to możliwe dzisiajprzez PCI Express 3.0.

Swoje zainteresowanie superszybką magistralą NVIDIA uzasadniawłaśnie chęcią obejścia wąskiego gardła współczesnejarchitektury PC, którą jest właśnie PCI Express. Jak wyjaśniająinżynierowie zielonej drużyny, łączenie współczesnych GPU zprocesorami x86 przez PCIe oznacza, że ich dostęp do pamięci CPUjest cztero-, a nawet pięciokrotnie wolniejszy, niż szybkośćpamięci CPU. Jeszcze gorzej jest w wypadku popularnych wsuperkomputerach procesorów IBM PowerPC, mających większąprzepustowość pamięci niż procesory x86. Zastąpienie PCI Expressprzez NVLink pozwoli GPU na dostęp do pamięci podręcznej procesoraz taką samą szybkością, jak czyni to sam procesor.

PCI Express nie zniknie za szybko z przyszłych PC, nowearchitektury Nvidii będą dalej wspierały tradycyjną magistralę,ale w systemach obsługujących NVLink karty graficzne będą mogływykorzystywać to rozwiązanie do szybkiej komunikacji GPU-CPU, atakże między wieloma GPU. Otworzyć to ma drogę do oszczędnychenergetycznie i skalowanych superkomputerów, których mocobliczeniowa będzie liczona w eksaflopsach.

Pierwsze nowe karty, które wykorzystają NVLink, to modelewykonane w architekturzePascal, następcy niedawno debiutującego Maxwella. Pojawią sięone na rynku w 2016 roku, przynosząc interfejsy pamięci oszerokości nawet kilku tysięcy bitów. Do tak szerokich interfejsówNVIDIA chce podłączyć zupełnie nowe pamięci, ułożone w gęstetrójwymiarowe stosy i umieszczone w tej samej kostce, co GPU. Takimoduł, zawierający procesor graficzny z pamięcią i interfejsemNVLink, ma mieć jedną trzecią długości pełnowymiarowej kartyPCI Express.

Warto pamiętać, że w szóstej wersji swojej architekturyCUDA, NVIDIA wprowadziła ujednolicenie dostępu do CPU i GPU zperspektywy programisty, uwalniając od konieczności ręcznegoprzenoszenia danych pomiędzy rozłącznymi obszarami pamięci. Całapamięć komputera staje się wówczas jednym blokiem, w którymoperacje dostępu, transferu i zarządzania zachodzą „pod maską”CUDA. Dzisiaj to oczywiście tylko software'owa sztuczka, ale wyglądana to, że w połączeniu z architekturą Pascal, w systemach zNVLinkiem, pokaże to pełnię swoich możliwości – a są tomożliwości niezwykłe, NVIDIA otwarcie mówi bowiem o wykorzystaniumodułów Pascal w maszynowym uczeniu się i innych technikachsztucznej inteligencji.

Teraz pozostaje tylko oczekiwać na odpowiedź AMD. NVIDIA nicbowiem nie mówi na temat kompatybilności NVLink z rozwiązaniamikonkurencji. Czy będzie to więc kolejna własnościowa technikazielonej drużyny, podobnie jak to jest dziś z CUDA?