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A l'occasion de la conférence SC12, dédiée aux supercalculateurs et technologies liées, Nvidia annonce la disponibilité commerciale de l'accélérateur Tesla K20 dont nous vous avions déjà parlé. Cette carte embarque un GPU GK110 qui reprend l'architecture Kepler déjà en place sur les GeForce GTX 600 mais légèrement retouchée pour faciliter l'exploitation du GPU en tant qu'accélérateur.

Le GPU GK110 et ses 7.1 milliards de transistors.
Parmi les avancées citons une capacité de traitement en double précision très élevée, un texture cache plus flexible et surtout un processeur de commande plus évolué. Il est capable de gérer jusqu'à 32 files d'attente d'exécution pour mieux exploiter la capacité du GPU à exécuter plusieurs tâches concurrentes, ce que les GPU Nvidia précédents avaient du mal à faire en pratique. Il est également capable d'auto-générer des tâches, ce qui évite des allers-retours incessants avec le CPU qui réduisent l'efficacité réelle de l'accélérateur.


Par rapport à nos précédentes informations, les spécifications de la Tesla K20 sont confirmées, si ce n'est au niveau de la mémoire où elles évoluent très légèrement. Elle est donc bien basée sur un GK110 castré qui se contente de 13 blocs d'unités de calcul, SMX, sur les 15 physiquement présents sur la puce. Il en va de même pour les contrôleurs mémoire dont seulement 5 des 6 sont exploités, ce qui limite la mémoire de la Tesla K20 à 5 Go (4.38 Go avec ECC actif).

Petite surprise, Nvidia lance également une Tesla K20X. Le GK110 qu'elle embarque profite cette fois bien de 14 SMX, pour se rapprocher des 4 Tflops, ainsi que de ses 6 contrôleurs mémoire qui disposent donc de 6 Go de GDDR5 (5.25 Go avec ECC actif). C'est en réalité cette Tesla K20X qui prend place dans le supercalculateur Titan et nous pouvons imaginer que Nvidia a dû sortir 2 variantes de la K20 d'une part pour respecter le cahier de charge au niveau de ce supercalculateur et d'autre part pour disposer d'une production suffisante. Fabriquer un GPU de 7.1 milliards de transistors en 28 nanomètres reste un défi !

Avec plus d'unités de calcul et une fréquence légèrement supérieure, la Tesla K20X ne peut se contenter du TDP de 225W de la Tesla K20. Nvidia a cependant pu le limiter à une valeur proche : 235W. Il nous a par ailleurs été confirmé qu'une technologie de contrôle de la consommation similaire au GPU Boost des GeForce GTX 600 était bien présente sur cette carte et qu'elle pourrait éventuellement être personnalisée par certains fabricants de stations de travail et de serveurs, soit pour adapter la limite de consommation, soit pour activer sa composante turbo.


La Tesla K20 sera disponible en version workstation (refroidissement actif) ainsi qu'en version serveur (refroidissement passif) alors que la Tesla K20X n'existera que dans cette dernière version. Au moins deux formats serveurs sont proposés par Nvidia : carte PCI Express "classique" telle qu'illustrée ici ou SXM, similaire au MXM des cartes graphiques mobiles.


La disponibilité des Tesla K20 et K20X est annoncée pour la fin de ce mois avec un tarif de 3200$ pour la première alors qu'il faudra compter 5000$ pour la seconde. Des tarifs nettement plus élevés que sur la génération précédente qui laissent penser que, pour Nvidia, l'adhésion de l'industrie du calcul haute performance à ces accélérateurs massivement parallèles est désormais inéluctable. Nvidia compte sur un écosystème CUDA relativement répandu et réputé pour faire face à la concurrence des FirePro S d'AMD et des Xeon Phi d'Intel.

Au tour de Nvidia de publier ses résultats trimestriels (pour le troisième trimestre de l'année fiscale 2013)... et pour le Caméléon, le baromètre est au beau fixe. La marque annonce en effet un chiffre d'affaire de 1,20 milliards de dollars, en hausse de 15,3% par rapport au trimestre précédent, et de 12,9% par rapport au même trimestre de 2011 (Q3 2012, fiscalement parlant). La marge brute du fondeur est elle aussi en hausse de 0,7% par rapport au même trimestre 2011, et atteint désormais 52,9%. Enfin la firme encaisse un bénéfice trimestriel de près de 210 millions de dollars, lui aussi en très nette hausse par rapport au trimestre précédent (+75,6%) et à Q3 2012 (+17,3%).

Pour expliquer ces bonnes performances Nvidia met en avant une forte demande pour les GPU Kepler et pour les SoC Tegra. Nvidia précise que les produits "hors PC" (SoC principalement, mais également Telsa) représentaient 7% du chiffre d'affaire de la marque il y a 3 ans. Leur part est montée à 30% ce trimestre. Donnée intéressante: le "consumer business" (Tegra, Icera, consoles de jeux et produits embarqués) est en hausse de 35,7% par rapport au trimestre passé, et de 27,6% par rapport à Q2 2012 (année fiscale), avec pour moteur principal, Tegra 3.

En ce qui concerne les GPU pour PC, une progression notable est mentionnée, avec une croissance de 10,7% sur un trimestre et 14,7% sur un an. Les deux moteurs de cette dynamique étant les ventes de cartes Kepler pour desktop, et le renouvellement des plateformes notebooks en Ivy Bridge, qui profite également indirectement à Nvidia.

Le segment professionnel quant à lui accuse le coup et, s'il augmente de 12,4% sur un trimestre, recule en fait de 4,2% sur un an... Tesla a bénéficié d'une commande géante du Oak Ridge National Laboratory pour son supercalculateur Titan. Une manne pour le fondeur, qui a livré pour l'occasion 18 000 Tesla K20. Les Quadro quant à elles pâtissent d'un marché des workstation plutôt amorphe, et voient leurs ventes baisser par rapport à l'an dernier, sans que Nvidia ne communique plus de chiffres.

Comme vous devez le savoir, Nvidia prévoit de commercialiser à partir du mois de décembre la première carte basée sur le gros GPU Kepler, le GK110 et ses 7.1 milliards de transistors. Dénommée K20, elle prend place dans la gamme Tesla destinée au calcul intensif.

Certains gros clients ont reçu les premiers échantillons de la part de Nvidia et les détails commencent à fuiter. Citons par exemple le cas d'Oak Ridge National Laboratory qui est en train de faire évoluer son supercalculateur Cray XT5, dénommé Jaguar, en remplaçant progressivement ses 18688 nœuds par des plateformes XK6 équipées d'Opteron 6274 Bulldozer. 14592 de ces nœuds sont voués à recevoir un accélérateur Tesla K20.

heise online  a pu relever, avant leur retrait, les spécifications finales de la Tesla K20 qui ont été publiées par CADnetwork, un revendeur de serveurs. Comme nous le supposions à son annonce, une partie des unités de calcul sont désactivées de manière à obtenir un volume de production suffisant. Alors que le GK110 embarque 15 blocs d'unités de calcul, les SMX, 13 seront actifs sur la Tesla K20.

Inattendu par contre, Nvidia aurait également désactivé l'un des 6 contrôleurs mémoire 64-bit du GPU ce qui impliquerait qu'il devrait se contenter de 5 Go de GDDR5 et non de 6 Go comme annoncé au départ. Nous utilisons cependant le conditionnel sur ce point puisqu'il est possible, mais peu probable, que ces spécifications reposent sur des chiffres qui correspondent à l'ECC activé : sur 6 Go, seuls 5.25 Go restent ainsi accessibles dans ce mode.

Les spécifications font état d'une fréquence GPU relativement faible de 705 MHz, ce qui était sans aucun doute nécessaire pour ne pas dépasser le TDP de 225W. En présumant que les spécifications ne prennent pas en compte l'activation de l'ECC, ce n'est en général pas le cas, la mémoire GDDR5 serait ainsi cadencée à 1250 MHz.


Comme vous pouvez le constater à travers ces quelques chiffres bruts, avec quelques unités désactivées et une fréquence relativement faible, la carte Tesla K20 se situe au niveau d'un exemplaire de GeForce GTX 680 équipé d'un GPU dont le turbo dispose d'une fréquence élevée. La Tesla K20 profite par contre d'une puissance en double précision nettement plus élevée ainsi que de différentes petites évolutions qui permettront de rendre le GPU plus efficace en tant que coprocesseur massivement parallèle.

Ces spécifications laissent cependant penser qu'il sera difficile pour Nvidia de proposer une variante GeForce intéressante du GK110 sans faire exploser le TDP, même si le turbo maison, GPU Boost, permet de laisser la fréquence GPU monter quelque peu dans le TDP défini. Notons que certaines rumeurs laissent d'ailleurs entendre que Nvidia pourrait ne pas utiliser ce GK110 pour sa prochaine GeForce haut de gamme. Au profit d'un GPU moins complexe mais plus hautement cadencé ?

La réponse de Nvidia face à l'arrivée de la nouvelle gamme FirePro n'aura pas tardé avec tout d'abord l'annonce de la première Quadro de la génération Kepler. Nvidia ne pouvant pas laisser le champ libre à AMD en attendant l'arrivée du GPU haut de gamme de cette génération, mieux pensé pour le monde professionnel, c'est une déclinaison de l'actuelle GeForce GTX 680 qui verra le jour dans un premier temps.

La Quadro K5000 (Kepler), qui remplace la Quadro 5000 (Fermi), est ainsi basée sur le GPU GK104, avant tout optimisé pour offrir un rendement optimal dans les jeux. En version professionnelle et par rapport à l'ancienne gamme, ce GPU offre des performances graphiques élevées, un très bon rendement énergétique, le support du PCI Express 3.0 et la gestion de 4 écrans. En contrepartie, il n'est pas du tout adapté au calcul en double précision et perd la protection ECC des caches internes, deux points qui seront corrigés par le GK110 début 2013.

La Quadro K5000 dispose de 1536 unités de calcul cadencées à +/- 690 MHz (Nvidia ne communique pas la fréquence exacte) pour une puissance brute de 2.1 Tflops en simple précision qui tombe à 0.1 Tflops en double précision (contre 0.52 Tflops pour la Quadro 6000 et 0.36 Tflops pour la Quadro 5000). Elle est accompagnée de 4 Go de GDDR5 cadencée à 1350 MHz et interfacée en 256 bits pour une bande passante mémoire totale de 160.9 Gio/s. La carte propose deux sorties DVI Dual Link ainsi que deux sorties DisplayPort. Particularité intéressante : elle se contente de 122W, ce qui ravira de nombreux intégrateurs qui préfèrent éviter de passer au-dessus de 150W.

Pour compenser les capacités limitées au niveau du GPU computing de cette Quadro K5000, Nvidia met en avant sa solution Maximus. Pour rappel, il s'agit du nom commercial donné à la possibilité d'associer dans un même système une carte Quadro (graphique pro et compute) et une carte Tesla (compute) tout en continuant à profiter de tous les avantages des pilotes Quadro. L'utilisation de ces pilotes débridés et certifiés pour de nombreuses applications graphiques professionnelles est strictement encadrée par Nvidia puisque ce sont eux qui justifient la tarification des Quadro. Les cartes Tesla, relativement moins chères, sont limitées au support du GPU computing et pouvoir les associer à des Quadro sans que celles-ci ne voient leurs pilotes limités permet de réduire quelque peu le coût de la mise en place de systèmes très performants tant sur le plan graphique que du calcul massivement parallèle, ce qui devient nécessaire pour certaines applications.


N'importe quelle combinaison de Quadro et de Tesla est possible, mais à condition de rester sur une même génération. Nvidia insiste donc sur l'association d'une carte Tesla K20 avec une Quadro K5000 pour former un couple Kepler très polyvalent. Reste que si la Quadro K5000 est prévue pour octobre, il faudra attendre au mieux le mois de décembre pour mettre en place un tel système, la Tesla K20 étant basée sur le GPU GK110 qui n'est pas encore disponible. Question tarification, la Quadro K5000 sera proposée à 2249$ et la Tesla K20 à 3199$ pour un coût total de 5448$. De quoi préfigurer du prix d'une future Quadro K6000 ?

Parallèlement à cette annonce, Nvidia étend sa famille de Quadro mobiles dérivées de l'architecture Kepler. Il y a 2 semaines, la Quadro K5000M avait fait une apparition discrète et est aujourd'hui rejointe par les Quadro K4000M, K3000M, K2000M, K1000M et K500M.

Leurs fréquences n'étant pas communiquées, nous ne disposons que d'une partie de leurs spécifications. La Quadro K5000M est basée sur le GK104 et équipée de 1344 unités de calcul. Il s'agit grossièrement d'une version pro de la GeForce GTX 680M mais dont la fréquence mémoire a été revue à la baisse, probablement pour rester dans le TDP de 100W malgré le passage à 4 Go de mémoire vidéo.

Les Quadro K4000M et K3000M sont probablement basées sur le GK106 : la première se contente de 960 unités de calcul et la seconde de 576. La Quadro K3000M voit également sa mémoire vidéo réduite à 2 Go, ce qui lui permet de tenir dans une enveloppe thermique de 75W.

Les trois autres Quadro mobiles sont pour leur part basées sur le GPU GK107. La Quadro K2000M en exploite une version complète, avec 384 unités de calcul, mais limitée à de la mémoire DDR3 sur 128 bits. Elle correspond à la version pro d'une GeForce GT 650M ou 640M DDR3. La Quadro K1000M est similaire mais voit son GPU bridé à 192 unités de calcul. Un bridage accentué sur la Quadro K500M qui doit également se contenter d'un bus mémoire de 64 bits pour la DDR3.

Toutes ces Quadro mobiles supportent Optimus, qui permet de les éteindre lorsqu'elles ne sont pas utiles sur les systèmes également équipés d'un core graphique intégré de manière à réduire la consommation énergétique des portables. Elles ont d'ores et déjà été intégrées par Dell, Fujitsu, HP et Lenovo dans différentes stations de travail mobiles.

Nvidia vient de dévoiler deux nouvelles cartes Tesla basées sur l'architecture Kepler. La première, dénommée K10 est en quelque sorte une version Tesla serveur de la GeForce GTX 690. Il s'agit donc d'une carte équipée de 2 GPU GK104 et d'un switch PCI Express 3.0 PLX. Par rapport à la GeForce GTX 690, les fréquences ont bien entendu été revues à la baisse et passent d'une fourchette de 915 à plus de 1100 Mhz (suivant le niveau de turbo) à 745 MHz pour le GPU et de 1500 à 1250 MHz pour la mémoire.

Nvidia semble ainsi avoir laissé de côté GPU Boost, probablement parce que la variabilité qui y est liée n'est pas compatible avec le monde professionnel. La base de la technologie, qui permet de contrôler dynamiquement la fréquence pour maintenir un certain TDP est par contre de toute évidence de la partie, ce qui permet à Nvidia de proposer un TDP relativement faible qui tourne autour de 225-235W, contre 300W pour la GeForce GTX 690.

La K10 est équipée de 4 Go de mémoire GDDR5 par GPU, soit 8 Go au total, et supporte l'ECC, d'une manière similaire à ce qui se fait sur les précédentes cartes Tesla : une partie de la mémoire est utilisée pour stocker les données de parité, ce qui réduit l'espace mémoire disponible ainsi que la bande passante pratique. La puissance de calcul en double précision reste par contre extrêmement faible, tout comme certaines opérations logique ou sur les entiers, le GPU GK104 étant très limité à ce niveau. En d'autres termes, la carte K10 affiche une puissance de calcul en simple précision flottante énorme, de 4577 Gflops et sera donc destinée à ce type de calculs uniquement. En double précision le débit tombe à 190 Gflops.

La seconde carte Kepler annoncée aujourd'hui, la K20 est la plus intéressante des deux puisqu'elle embarquera un GPU GK110 au sujet duquel Nvidia vient de donner les premières informations. Peu de détails sur la K20 sont communiqués à ce jour, ses spécifications ne seront fixées que plus tard dans l'année puisqu'elle est prévue pour le dernier trimestre 2012. Il est cependant probable qu'elle soit équipée d'un GK110 partiellement castré avec 13 blocs d'unités de calcul actifs sur les 15 disponibles pour un total de 2496 de ces unités de calcul. Nvidia indique par ailleurs que ses performances en double précision seront triplées par rapport à la génération actuelle et supérieures à 1 Tflops, ce qui en fera une carte bien plus polyvalente pour le calcul, d'autant plus que son GPU apporte plusieurs innovations importantes pour faciliter son exploitation avec un maximum d'efficacité.


La carte K20 devrait être accompagnée de 6 Go de mémoire GDDR5 et sera disponible avec un TDP de 225W, ce qui est plutôt impressionnant compte tenu de la complexité de ce GPU. Il est probable que Nvidia profite du fait qu'en général les blocs du GPU dédiés au graphique ne seront pas utilisés pour pouvoir compresser le TDP. Nvidia nous précise cependant que si un intégrateur dispose d'une plateforme certifiée pour un TDP plus élevé, la carte K20 pourra s'y adapter pour profiter de la marge supplémentaire. Elle sera par ailleurs disponible en version workstation en plus de la version serveur.