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Après deux premiers modèles lancés cet été, Nvidia vient de dévoiler toute une famille de Quadro de génération Pascal qui vont pousser vers le haut puissance de calcul et efficacité énergétique. Un lancement qui permet par ailleurs à Nvidia d'introduire le GPU GP100 et sa mémoire HBM2 sur une carte graphique.

Cet été, Nvidia avait débuté le renouvellement de sa gamme de cartes graphiques professionnelles avec l'introduction de deux nouvelles Quadro, les P6000 et P5000 respectivement basées sur les GPU Pascal GP102 (Titan X) et GP104 (GTX 1080). D'autres modèles étaient bien entendu au programme et viennent d'être dévoilés : les Quadro GP100, P4000, P2000, P1000, P600 et P400. En voici les spécifications :

La Quadro GP100 est bien entendu la nouvelle venue la plus intéressante, mais avant d'en parler en plus de détails, intéressons-nous aux autres modèles de la famille que Nvidia positionne de la sorte :

 

 

La Quadro P6000, dont nous avions omis de parler à sa sortie, est basée sur un GPU GP102 complet et équipée de 24 Go de GDDR5X, contrairement à la Titan X qui embarquait le même GPU mais castré et avec "seulement" 12 Go de mémoire. La Quadro P6000 représente l'offre de Nvidia la plus élevée en terme de puissance de calcul en simple précision et de quantité de mémoire embarquée. Elle affiche une puissance brute 70% plus élevée que celle de la M6000 24 Go qu'elle remplace. Elle vise donc les applications de rendu les plus lourdes ou encore le GPGPU.

En-dessous, la Quadro P5000 vise des applications similaires mais est un peu moins véloce. Il s'agit d'une version professionnelle de la GeForce GTX 1080 mais équipée de 16 Go de mémoire GDDR5X. La puissance brute a cette fois été doublée par rapport à la M5000.

Les nouvelles Quadro P4000, P2000, P1000, P600 et P400 remplacent les M4000, M2000, K1200, K620 et K420, ces dernières n'ayant pas profité du passage à l'architecture Maxwell. Excepté pour la P2000 qui passe à 5 Go au lieu de 4 Go, la quantité de mémoire n'évolue pas, Nvidia faisant en sorte de forcer une forte segmentation sur ce point.

La P4000 repose sur un GPU GP104 fortement castré qui permet à Nvidia de limiter sa consommation à 105W et de proposer un format simple slot. Sa puissance de calcul est doublée par rapport la M4000.

La P2000 embarque de son côté un GPU GP106, comme sur la GeForce GTX 1060, mais castré tant au niveau des unités actives que du bus mémoire, raison pour laquelle elle embarque un ensemble inhabituel de 5 Go de mémoire. Sa puissance de calcul profite d'un boost de 65% par rapport à la M2000.

Dans l'entrée de gamme, les P1000, P600 et P400 sont toutes trois basées sur le GPU GP107 (GTX 1050) plus ou moins castré. Leur puissance de calcul est donc plutôt limitée même si elle est doublée par rapport à la génération précédente. Ce type de Quadro est plutôt utile pour profiter des pilotes professionnels dans certaines applications que pour leur puissance de calcul.

De quoi en arriver à la Quadro GP100 qui nous intéresse particulièrement. Sa nomenclature l'indique sans ambiguïté, il s'agit d'une carte à part, qui vise autant les applications traditionnelles des Quadro et que le GPU Computing qui a besoin de plus que la simple précision. Pour rappel, le GPU GP100 qui lui donne son nom est le premier à embarquer la mémoire HBM2, pour une bande passante plus élevée, ainsi qu'une interconnexion de nouvelle génération : NVLink.

Jusqu'ici, le GP100 n'était exploité qu'en format serveur, soit de type PCI Express passif, soit de type module mezzanine. Nous pouvions donc nous demander si Nvidia avait réellement équipé ce GPU de tout l'attirail nécessaire pour en faire une carte graphique, notamment le moteur d'affichage et les sorties vidéo, puisqu'il est avant tout destiné au calcul massivement parallèle. Une interrogation qui trouve donc une réponse avec son arrivée dans une Quadro au format carte graphique classique.

Au niveau de la puissance brute en simple précision (FP32), cette Quadro GP100 n'est pas impressionnante. Sur ce point, le GP100 n'est pas mieux armé que le GP102 et Nvidia a décidé de castrer le GP100 de la Quadro GP100 alors que le GP102 de la Quadro P6000 est complet. Cette dernière est ainsi 15% plus véloce à peu près à tous les niveaux liés au rendu 3D. Le GP100 est probablement équipé de 128 ROP contre 96 pour le GP102, mais ses 6 moteurs de rastérisation ne peuvent en débiter plus de 96. Par ailleurs, il faut se contenter de seulement 16 Go de mémoire contre 24 Go pour la P6000.

Pour de nombreuses applications le choix entre ces deux Quadro sera pour le moins délicat. Là où le GP100 se démarque c'est avec un support très performant de la double précision (FP64) et de la demi-précision (FP16), et bien entendu au niveau de la bande passante mémoire largement supérieure avec 717 Go/s. Autre avantage, mais dont il est difficile d'estimer l'intérêt en pratique, la Quadro GP100 voit ses connecteurs SLI remplacés par 2 liens NVLink. Ceux-ci vont permettre de coupler 2 Quadro GP100 en donnant à chaque GPU un accès plus performant à la mémoire de l'autre.

En équipant sa nouvelle Quadro de cette connectique, Nvidia en fait notamment une solution de développement très utile pour la plateforme Tesla puisqu'il est possible de l'utiliser pour faire du développement sur station de travail en vue d'en déploiement sur serveur par la suite.

La Quadro GP100 se retrouvera dans quelques mois en face de la Radeon Instinct MI25 qui devrait profiter d'une puissance de calcul légèrement supérieure mais d'une bande passante inférieure. Comme pour le reste des nouvelles Quadro, la disponibilité de la Quadro GP100 est prévue pour mars, à un tarif qui n'a pas encore été communiqué.

Terminons par un petit mot sur ce que cela implique du côté des cartes graphiques destinées au moins en partie aux joueurs. La Quadro GP100 laisse penser que le GP100 pourrait également se retrouver dans une nouvelle Titan. De quoi pouvoir envisager le remplacement de la Titan X 12 Go actuelle par une version GP100 16 Go en même temps que le lancement d'une éventuelle GeForce GTX 1080 Ti en GP102 ?

Comme prévu, Jen-Hsun Huang, le CEO de Nvidia, a levé un coin du voile concernant le premier produit Pascal, l'accélérateur Tesla P100. Au menu : 15 milliards de transistors, 10 Tflops, HBM2, 4 Mo de L2…

Le Tesla P100 est un nouvel accélérateur dédié au calcul massivement parallèle qui embarque un GPU GP100, auquel nous faisions référence précédemment en tant que Pascal, nom de code de son architecture. Il s'agit bel et bien d'un nouveau monstre de puissance. Pour cette première utilisation de procédé de fabrication 16nm FinFET Plus, Nvidia n'a pas eu peur de concevoir un énorme GPU et le GP100 intègre pas moins de 15.3 milliards de transistors répartis sur 610 mm². A comparer aux 8 milliards de transistors de l'actuel GM200 qui mesure également 600 mm².

De quoi pouvoir pousser la puissance de calcul vers le haut mais surtout intégrer de nouvelles fonctionnalités avant tout dédiées au monde du HPC telles que la connectique NVLink qui offre une bande passante combinée de 160 Go/s.

 

 

Le Tesla P100 se présente sous la forme d'un module au format mezzanine qui revient à superposer 2 PCB, avec un ou plusieurs connecteurs entre ceux-ci. Sur le Tesla P100 il s'agit de 2 connecteurs de 400 broches qui vont permettre de proposer la connectique NVLink. Ce format facilite également l'intégration dans les serveurs et la mise en place d'un refroidissement performant ce qui permet à Nvidia de pousser le TDP à 300W.

Concernant la puissance brute du Tesla P100, Nvidia annonce 10.6 Tflops avec GPU Boost en FP32, la précision classique, un gain de 60% par rapport aux 6.6 Tflops de la Titan X. L'architecture Pascal dans cette implémentation supporte également la double précision en demi-vitesse, soit 5.3 Tflops, un nouveau bond en avant par rapport au record actuel : 2.6 Tflops pour le GPU Hawaii d'AMD des FirePro W9100 et S9170. Dans l'autre sens, Pascal supporte également la demi-précision, le FP16, et peut alors monter à 21.2 Tflops.

A quelle configuration de GPU pourrait correspondre tout cela ? Au départ, nous supposions que le nombre d'unités de calcul passerait de 3072 sur le GM200 à 4608 sur le P100, réparties dans 36 blocs d'unités de calcul (SMP ?), ce qui aurait permis assez facilement d'augmenter à peu près toutes les capacités brutes du GPU de 50%. Il n'en est cependant rien et les changements sont plus profonds au niveau de l'architecture. Il s'agit ainsi pour le Tesla P100 de 3584 unités de calcul réparties dans 56 blocs de 64, mais le GP100 continent physiquement 60 de ces blocs.

Le gain de puissance de calcul brute provient ainsi principalement d'une hausse de la fréquence du GPU (+/- 1.5 GHz) alors que le GPU computing devrait profiter de cette organisation en plus petits blocs d'unités de calcul, mais également des autres évolutions de l'architecture Pascal, pour gagner en efficacité.

Sur ce point, Nvidia se contente de parler d'une augmentation de la taille du fichier registre. Au total le GM200 embarque +/- 6 Mo de registres, ce qui correspond à 256 Ko par SMM ou encore à 512 registres 32-bit par unités de calcul. Le GP100 passe à 15 Mo de registres, ce qui implique une augmentation de 100%, soit 256 Ko par SMP ou encore 1024 registres 32-bit par unité de calcul. De quoi permettre de maintenir un meilleur taux d'occupation des unités de calcul, particulièrement en double précision.

Le cache L2 passe de son côté de 3 à 4 Mo alors que l'interface mémoire est large de 4096-bit en HBM2. Nvidia annonce une bande passante de 720 Go/s pour les 16 Go de mémoire HBM2 CoWoS, le nom donné par TSMC à sa technologie 2.5D, similaire à celle employée par AMD pour son GPU Fiji.

Ce passage à la mémoire HBM2, associé à NVLink, à la puissance de calcul en hausse et au support de la précision FP16 permet au Tesla P100 d'afficher une progression conséquente sur différents plans par rapport à ses prédécesseurs.

Jen-Hsun Huang a terminé le chapitre consacré à Pascal en déclarant que la production en volume avait débuté et que son propre serveur basé sur le Tesla P100 serait commercialisé à partir du mois de juin. Il est probablement raisonnable de s'attendre à une nouvelle GeForce Titan d'ici là, mais sera-t-elle basée sur le GP100 ?