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Sans le nommer directement, Jen-Hsun Huang, le CEO de Nvidia, vient de dévoiler les premières informations au sujet du "gros" GPU Kepler, le GK110. Nous avons tout d'abord la confirmation qu'il s'agit bien d'un énorme GPU de pas moins de 7.1 milliards de transistors fabriqués en 28nm, un nouveau record. Certains doutes subsistaient par rapport à ce chiffre puisqu'il correspond presqu'exactement à deux GPU GK104, la configuration de la nouvelle carte Tesla K10, mais ce n'est qu'une coïncidence.

GTC oblige, c'est avant tout son intérêt pour le monde professionnel et particulièrement pour le calcul haute performance qui est mis en avant par Nvidia. Deux nouvelles technologies importantes font leur apparition dans ce GPU. Tout d'abord Hyper-Q qui permet d'utiliser jusqu'à 32 queues d'exécution pour alimenter le GPU, contrairement à une seule auparavant. Une limitation qui empêchait dans bien des cas la pleine exploitation de toute la capacité de calcul des GPU.



Hyper-Q permet de maximiser le rendement du GPU et de réduire le temps d'exécution.
La seconde innovation se nomme Dynamic Parallelism et vient également apporter une réponse à un problème d'efficacité actuelle. Le travail à exécuter sur le GPU est en général segmenté, et chacun des segments est initié par le CPU. Entre chacun de ceux-ci, le GPU rend ainsi la main au CPU qui reçoit les résultats d'une fonction, et dans certains cas renvoie ces mêmes résultats au GPU pour lancer une seconde fonction qui en est dépendante. L'inefficacité est évidente. Dynamic Parallelism représente la capacité du GK110 à auto-générer de nouvelles tâches, de quoi éviter ces allers-retours entre le CPU et le GPU.


Cette nouvelle flexibilité dans l'exécution des tâches va faciliter le travail des développeurs d'une part en proposant plus simplement un rendement élevé et d'autre part en leur permettant d'écrire leurs programmes d'une façon plus naturelle.


Enfin, Nvidia a dévoilé une photo du die du GK110, certes retravaillée artistiquement mais qui permet de se faire quelques idées sur les spécifications de ce GPU. On peut tout d'abord observer la présence de 15 SMX et d'un contrôleur mémoire de 6x 64 bits, soit 384 bits. Nvidia nous a confirmé ces spécifications et précisé que les SMX du GK110 seront également équipés de 192 unités de calcul, comme pour le GK104. Leur nombre total sera donc de 2880 et là aussi il s'agit d'un nouveau record, même si Nvidia précise qu'il n'y aura en principe pas de dérivé Tesla équipé d'une version complète de ce GPU, profiter d'un certain niveau de redondance étant nécessaire avec un GPU d'une telle taille, plus de 500mm². La première carte Tesla K20 basée sur le GK110 sera probablement limitée à 13 SMX et 2496 unités de calcul.

Nvidia nous a indiqué que l'organisation des registres et de la mémoire partagée avait été revue, et que la puissance de calcul en double précision était très élevée, mais il faudra patienter encore un jour ou deux avant d'avoir plus de détails sur le sous-système mémoire du GK110.

Sur le plan graphique, nous pouvons supposer que chaque SMX conserve 16 unités de texturing et que leur nombre total dans ce GPU est de 240. L'organisation des SMX en 5 groupes de 3 nous laisse penser que le GK110 serait capable de traiter jusqu'à 7.5 triangles par cycle mais de n'en rendre que 5 ou 6 par cycle (suivant l'implémentation pour laquelle a opté Nvidia), contre 4 et 4 pour le GK104. Enfin, de toute évidence il disposera de 48 ROP.

Ce futur GPU sera tout d'abord introduit à la fin de l'année en tant que Tesla K20 mais ne débarquera pas en tant que GeForce avant début 2013. Il sera bien entendu intéressant d'observer la consommation d'un tel monstre, même si Nvidia se veut rassurant en précisant que la carte Tesla K20 est prévue avec un TDP classique de "seulement" 225W !

Nvidia organise en ce moment à San José l'édition 2012 de la GPU Technology Conference (GTC), un évènement centré sur le GPU computing : supercalculateurs, langages destinés à la programmation massivement parallèle, cloud computing pour les jeux vidéo...

Nous serons sur place toute la semaine pour couvrir ce forum technologique durant lequel nous nous attendons à recevoir de nombreuses informations sur CUDA 5, d'éventuels dérivés Tesla basés sur le GPU GK104 des GeForce GTX 670/680/690, mais surtout sur le GK110, le futur gros GPU de la famille Kepler.

Les grandes lignes de ces nouveautés devraient être dévoilées ce mardi durant la keynote d'ouverture de Jen-Hsun Huang, le CEO de Nvidia, et abordées plus en détail par la suite. Si le sujet vous intéresse, notez que cette keynote sera retransmise en direct depuis le site officiel de la GTC  à partir de 19h30 heure française.

Comme nous l'indiquions dans notre test de la GeForce GTX 680, cette dernière ne repose pas sur le plus gros GPU de la famille Kepler, qui a été retardé ou remplacé pour des raisons inconnues, probablement liées à la problématique de la fabrication sur le process 28 nanomètres.

Si Nvidia a décidé d'introduire initialement la GeForce GTX 600 haut de gamme en se basant sur le "petit" GK104, au départ destiné au segment inférieur, cela ne veut pas dire que le plus gros GPU de la famille a été annulé. S'il n'est pas strictement nécessaire sur le plan des performances en jeu, Nvidia ne peut pas s'en passer pour le marché professionnel, particulièrement du calcul haut performance. En effet, le GK104 fait de nombreux compromis à ce niveau, et s'il permet de proposer un excellent rendement dans les jeux vidéo, ce n'est plus le cas lorsqu'il s'agit de l'exploiter en tant qu'accélérateur massivement parallèle.

Tout comme le GK104 (GTX 680) est en réalité le successeur du GF104/114 (GTX 460/560 Ti), le GK110 sera le vrai successeur du GF100/110 (GTX 480/580). Il aura pour tâche d'enfoncer le clou en termes de performances brutes, ce qui profitera également à la partie graphique, mais surtout de poursuivre l'évolution vers plus de flexibilité pour le calcul massivement parallèle.

En dehors de sa raison d'être évidente, peu d'informations circulent à ce jour sur ce GPU. En guise de teasing, Nvidia a cependant glissé une petite information dans le descriptif d'une des sessions de la GPU Technology Conference (GTC) qui se tiendra à San José, du 14 au 17 mai  :

In this talk, individuals from the GPU architecture and CUDA software groups will dive into the features of the compute architecture for “Kepler” – NVIDIA's new 7-billion transistor GPU. From the reorganized processing cores with new instructions and processing capabilities, to an improved memory system with faster atomic processing and low-overhead ECC, we will explore how the Kepler GPU achieves world leading performance and efficiency, and how it enables wholly new types of parallel problems to be solved.

Sans que le GK110 ne soit directement nommé, Nvidia mentionne un nouveau GPU Kepler de pas moins de 7 milliards de transistors ! Pour rappel, le GK104 s'en contente de 3.5 milliards alors que le plus gros GPU d'AMD, Tahiti n'affiche "que" 4.3 milliards au compteur.

Par rapport au GK104, de nombreuses fonctionnalités strictement liées au calcul professionnel seront introduites. Nvidia mentionne ici un sous-système mémoire amélioré pour des opérations atomiques plus performantes et un overhead réduit pour l'ECC, déjà présent sur le GF100/110 mais avec un coût relativement important. Ce nouveau GPU disposera également d'une capacité de calcul en double précision très élevée, alors que sur le GK104 son support est anecdotique avec des performances équivalentes à 1/24ème celles de la simple précision. Précédemment, Nvidia mettait d'ailleurs en avant l'explosion du rendement énergétique en calcul double précision (x3) pour positionner Kepler par rapport à Fermi.

La GTX 680 déjà remplacée après 2 mois ? Pas vraiment : sauf énorme surprise, la GeForce GTX 690 qui sera présentée sous peu sera une carte bi-GPU basée sur des GK104. Une GeForce basée sur le GK110 sortira sans aucun doute (GTX 685 ? GTX 780 ?), mais probablement pas avant la rentrée. Dans l'immédiat Nvidia veut probablement avant tout préparer les professionnels à son arrivée, les cycles de développement étant très longs, mais également les convaincre des bienfaits du GPU Computing, à l'heure où la réponse d'Intel avec Knights Corner et l'architecture MIC n'est plus très loin.

Dans tous les cas, nous serons présents à la GTC et nous ne manquerons pas de vous rapporter toutes les informations liées à ce nouveau GPU ainsi qu'à la plateforme CUDA 5 !