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Le forum technologique GTC de Nvidia commence fort avec l'annonce du successeur de Maxwell. Prénommé Pascal et prévu pour 2016, ce GPU intégrera une nouvelle technologie d'interconnexion, NVLink, ainsi que le support de la mémoire 3D.

Jen Hsun Huang, le CEO de Nvidia présente le premier prototype du GPU Pascal.
L'an passé, Nvidia nous avait présenté une roadmap qui mettait en avant l'arrivée des GPU Maxwell en 2014, nous y sommes, ainsi que des GPU Volta en 2016. Pour Maxwell, Nvidia mentionnait alors le support de la mémoire unifiée et pour Volta de la mémoire 3D ou stacked DRAM, qui consiste à empiler plusieurs puces mémoire pour former un module dont la bande passante va exploser.

A noter que dans ces présentations, le nom de l'architecture ou de la génération représente toujours le plus gros GPU de la famille. La nouvelle roadmap de Nvidia est quelque peu différente :


DirectX 12 est rentré dans l'air du temps et dorénavant mis en avant comme le point de communication principal pour la génération Maxwell. Etrangement la mémoire unifiée passe vers la génération suivante qui change de nom. Exit Alessandro Volta, bonjour Blaise Pascal. La génération Volta a en réalité été repoussée et une génération intermédiaire introduite. Avec Pascal, Nvidia entend s'attaquer aux goulets d'étranglements des GPU actuels, au moins sur 2 fronts.


Tout comme cela était mis en avant pour Volta, Pascal bénéficie du DRAM stacking pour faire exploser la bande passante de sa mémoire locale. Nvidia précise avoir recours à la technique "3D chip-on-wafer integration" et estimer pouvoir atteindre une bande passante de 1 To par seconde en 2016. La quantité de mémoire pourra également progresser significativement, il est question de 2.5x plus de mémoire qu'aujourd'hui, soit probablement 10 Go dans le cas des GeForce et près de 30 Go dans le cas des cartes professionnelles. Tout ceci se ferait avec une progression de 4x de l'efficacité énergétique liée à la mémoire et à son interface.


L'autre point sur lequel Nvidia travaille pour Pascal est l'interconnexion. Le bus PCI Express représente une limitation importante au niveau de la communication avec le CPU et entre GPU. Dans le cas d'une utilisation grand public, ce n'est pas un problème, mais cela peut le devenir dans d'autres situations liées au GPU computing.

Pour contourner ce problème et avoir le contrôle de sa propre interconnexion, Nvidia a mis au point NVLink. Il s'agit d'un bus de communication dont les protocoles sont annoncés similaires à ceux du PCI Express, prévus pour la mémoire unifiée et la cohérence des caches dès la génération 2.0, probablement pour le successeur de Pascal. NVLink pourra offrir 5 à 12X la bande passante du PCI Express, probablement avec une latence réduite. Dans un sens, NVLink peut être vu commme une version musclée et plus flexible du lien SLI.

NVLink pourra être implémenté pour la communication entre GPU, le schéma de Nvidia indique qu'au moins 4 GPU pourront ainsi disposer d'une connexion directe. Il sera également possible d'utiliser NVLink pour offrir au GPU un accès plus performant au CPU. Nvidia précise d'ailleurs avoir collaboré avec IBM lors du développement du NVLink et que ce dernier sera implémenté dans de futurs CPU POWER. Nous pouvons également raisonnablement estimer que Nvidia proposera ce support sur ses futurs SoC/CPU dérivés de ses propres cores ARMv8 Denver. Il est par contre improbable qu'Intel propose un jour une connexion NVLink sur ses Xeon.


Pour terminer, Nvidia indique déjà disposer dans ses labos des premiers prototypes de Pascal. Une plateforme relativement compacte dont nous ne savons cependant pas si elle est réellement fonctionnelle. Nous pouvons y apercevoir 4 modules de stacked DRAM et Nvidia précise que cette carte Pascal lui permet de travailler sur NVLink. Sur la face avant du PCB, aucune interconnexion n'est cependant visible, celle-ci étant probablement au dos. Rien ne dit cependant que c'est ce format qui sera retenu pour la version commerciale de Pascal.

La guerre s'annonce rude entre Pascal et les futurs Xeon Phi !

Jen-Hsun Huang a profité de la keynote d'ouverture de la GTC pour mettre à jour la roadmap GPU globale de Nvidia. Pour rappel, après la génération Kepler actuelle, c'est la génération Maxwell attendue pour 2014 et fabriquée en 20nm qui représentera la prochaine évolution majeure avec le support d'une mémoire virtuelle unifiée, attendue depuis longtemps dans le monde du GPU computing.

Nvidia dévoile aujourd'hui la prochaine étape, nom de code Volta, en évitant de s'avancer trop précisément sur le timing, il dépend de nombreux facteurs dont certains extérieurs tels que le process 14nm, mais en la situant plus ou moins vers 2016. Quelle sera l'évolution la plus importante introduite sur cette future génération ? La mémoire empilée, ou DRAM stacking, qui consistera à placer plusieurs dies de DRAM au-dessus du die du GPU avec une connexion directe vers ce dernier à travers des vias.


Au prix d'une complexification de la production du GPU et de son packaging, éviter ainsi de passer par le PCB permettra de conserver plus facilement un signal de qualité en montant en fréquence voir en élargissant le bus mémoire. Nvidia vise alors une bande passante mémoire de l'ordre du téraoctet par seconde, soit un quadruplement par rapport à ce dont dispose une carte graphique haut de gamme actuelle telle que la GeForce GTX Titan.

Comme à son habitude, Nvidia communique sur une estimation de l'efficacité énergétique de ses futures architectures en double précision : +/- 12 Gflops/W pour Maxwell et +/- 24 Gflops/W pour Volta contre 6 Gflops/W pour Kepler et 2 Gflops/W pour Fermi. 200W de Volta permettra ainsi une puissance de calcul quadruplée en DP par rapport à 200W de Kepler, ce qui est en accord avec l'évolution de la bande passante mémoire. Ces chiffres ne se transposent bien entendu pas directement en performances graphiques, mais laissent néanmoins penser que l'évolution à ce niveau restera substantielle.