Nvidia GeForce GF100 : la révolution géométrique ?

Fréquences

Une autre différence importante introduite avec le GF100 concerne les domaines de fréquence. Depuis le G80, 3 domaines principaux existent : la fréquence GPU, la fréquence des SMs/schedulers et la fréquence des unités de calcul. Ces deux dernières fréquences sont liées puisque les unités de calcul fonctionnent grossièrement à la manière des unités dual pumped du Pentium 4 et donc à une fréquence double par rapport au scheduler, aux registres etc. Du G80 au GT200, les fréquences importantes étaient uniquement celles du GPU et des unités de calcul. Les unités de texturing, les ROPs, le setup / rasterizer étaient tous dans le domaine du GPU.

Avec le GF100, cela change. Tout ce qui est dans le GPC fonctionne à la fréquence des SMs/schedulers. Autrement dit, en termes d’unités d’exécution, il ne reste que les ROPs dans le domaine de la fréquence GPU. Nvidia n’a pas voulu parler des fréquences pour le GF100 mais si nous nous basons sur l’architecture actuelle, cela apporterait un gain à de nombreuses unités. Cela facilite également la synchronisation entre tout ce petit monde, ce qui devrait améliorer le rendement et/ou simplifier le design.

Architecture mémoire

Le GF100 dispose tout d’abord de nombreux registres généraux, 32768 de 32 bits par SM, d’une structure de caches généralistes avec un cache L1 de 16 Ko par SM (possibilité de 48 Ko en mode compute uniquement), un texture cache de 12 Ko per SM (lecture uniquement) et un cache L2 global de 768 Ko. Ce dernier se connecte, ou plutôt fait partie des 6 contrôleurs mémoire de 64 bits qui forment le bus de 384 bits.


Les caches L1 et de texture partagent les mêmes ports vers le cache L2 en lecture. La bande passante entre le L1 et le L2 est au total de 384 octets per cycle, soit de +/- 270 Go/s suivant la fréquence qui sera retenue, et ce, dans chaque direction.

Si le nombre de registres de 32768 peut paraître élevé, il est en réalité en baisse par rapport au nombre d’unités de calcul, ce qui veut dire que les longues latences seront moins bien masquées par le nombre de threads. Par contre la structure de cache permettra de réduire les longues latences et de pouvoir étendre l’espace registre à travers le L1 pour conserver plus de threads dans les SMs quand la pression sur les registres généraux est forte.

Il est difficile de savoir à quel point l’architecture de cache généraliste choisie par Nvidia sera efficace. Certes elle est plus flexible et va permettre de faire de nouvelles choses, mais elle remplace une série de caches dédiés très efficaces dont elle devra se charger de tout le travail.


Si vous avez suivi la présentation compute de l’architecture Fermi, vous vous souvenez probablement que le cache L1 et la mémoire partagée (qui permet aux threads d’un même groupe de communiquer entre eux) sont liés. Ils se partagent 64 Ko de cette manière : 16 Ko pour l’un et 48 Ko pour l’autre. Dans un sens ou dans l’autre, ce qui laisse 2 possibilités. En mode graphique ce sera toujours 16 Ko de L1 et 48 Ko de mémoire partagée, le L1 n’étant réellement utile que lors de calculs peu prédictibles, ce qui est le contraire du rendu 3D.

Direct3D 11 exige le support d’une mémoire partagée de 32 Ko partagée entre maximum 1024 threads (1536 threads maximum dans un SM du GF100). Si le GF100 peut donc aller au-delà, en pratique il est en général recommandé de conserver au moins 2 groupes de threads par SM. Autrement dit pour de meilleures performances il faudra en général se contenter de 768 threads et de 24 Ko de mémoire partagée ou de 512 threads et de 16 Ko de mémoire partagée. Cette dernière option étant préférable puisqu’il s’agit d’un dénominateur commun avec l’architecture des Radeon HD 5000.