La Arquitectura de la GF100 o Fermi

Escrito por Vickoh Lunes 18 de Enero de 2010 11:34

Por fin NVIDIA ha liberado por fin las especificaciones de Fermi o la llamada GF100 que tendrá un rendimiento al menos ≥100% que la generación previa GT200.

El GPU cuenta con las siguientes especificaciones en comparación con las antiguas y más nuevas arquitecturas disponibles en el mercado:

	AMD Cypress	AMD RV790	NVIDIA G92	NVIDIA GT200	NVIDIA GF100
Shader units	1600	800	128	240	512
ROPs	32	16	16	32	48
Texture Units	80	40	64	80	64
DirectX	11	10.1	10	10	11
Transistors	2154M	959M	754M	1400M	3200M
Memory Type	GDDR5	GDDR5	GDDR3	GDDR3	GDDR5
Memory Bus Width	256 bit	256 bit	256 bit	512 bit	384 bit

Y podemos ver que la GF100 incrementa en un 115% los shader processors ahora llamado CUDA cores, y cuenta con un disponibles del 50% en el ancho de banda de la memoria en comparación con la GT200 y manteniendo las frecuencias de la arquitectura anterior.

El GPU está organizado según el diagrama que vemos abajo, el Motor Gigathread actúa como un complejo soporte que distribuye el trabajo entre los componentes del GPU que trabajan en paralelo. Un controlador de memoria GDDR5 de 385 bits conecta el GPU a 12 módulos de memoria con un estimado de 1536 MB (1.5 GB) o 3072 MB (3.0 GB) dependiendo de la densidad del chip usado, además se esperan versiones con menos memorias para el mercado de bajo nivel.

Este nivel de paralelismo es logrado gracias a que hay caches en cada nivel que ayudan a administrar el tráfico de los datos, y permiten que los datos y las instrucciones clave permanezcan en el chip. Hay caches de 64Kb L1 en cada SM, y una cache de 768Kb L2 para el vertex las texturas y los datos ROP además de usarse para otros propósitos generales.

A diferencia de su competencia de GPUs con tessellators unificados, la aproximación de NVIDIA es distribuir el trabajo en 16 SMs usando motores PolyMorph. Cada motor PolyMorph da a su propio SM su tessellator. Cada GPC cuenta con su propio Motor Raster. Por lo que la jerarquización ofrece a la GF100 un incremento de 8 veces más rendimiento en la geometría que la GT200decentralizando estos componentes con una arquitectura en paralelo.

Una de las diapositivas nos manifiesta una muy buena observación y es que desde hace 5 generaciones de los GPUs GeForce es decir desde la GeForce FX 5800 la habilidad de procesar geometría en los GPUs y la complejidad geométríca en los juegos ha impedido el desarrollo cuando por ejemplo lo comparamos con el rendimiento de los Shaders y su implementación. Mientras el crecimiento y rendimiento de los Shaders ha crecido 150 veces entre estas generaciones, la geometría se la ha pasado reposando ya que solo creció 3 veces. Y es por esto que los juegos no han sido de una calidad tan realista y por lo que los creadores de películas en 3D requieren usar granjas de PCs que se ocupen del cálculo de la geometría.

El Tesselation es la manera de incrementar el rendimiento de la geometría y mantener los gráficos con los que disponemos hoy. Lo más complejo en un objeto 3D es dibujar de forma precisa el objeto en la pantalla. El Tessellation o Mosaico permite que el GPU enfoque sus recursos en seleccionar porciones del objeto en 3D en donde se requiere mayor complejidad segun las instrucciones del mapa de desplazamiento y añadir así sus detalles geométricos. DirectX 11 permite generar geometría generalizada.

Las siguientes imágenes muestran cómo es que el tessellation funciona en DirectX11 en algunos demos.

NVIDIA explica como simplemente añadiendo tessellation en la GT200 tendríamos un cuello de botella, pero que funciona perfectamente bien en la GF100 por la forma en la que está dispuesta.

Las siguientes imágenes detallan la jerarquía de la geometría y como es que componentes vitales son distribuidos en los SMs haciéndola una arquitectura escalable y paralela.

El incremento en el rendimiento del tessellation es hasta de 6.44 veces en comparación con una ATI Radeon HD 5870.

Y en una prueba más intensa como el Unigine Heaven benchmark, la GF100 produjo un incremento de 1.6 veces (60%) más frames por segundo y una diferencia máxima del 80%.

En Cubemap las prueban lanzaron un rendimiento hasta 4.7 veces mayor que una ATI Radeon HD 5870.

Además NVIDIA introduce alguna mejoras en la calidad de la imagen con la GF100. La primera es algo llamado Accelerated Jitter Sampling que permite reducir las sombras irregulares y reduce el ruido generado de forma aleatoria al rededor de las sombras que llegan a distorsionar las superficies que se encuentran al rededor de las sombras, es decir hace sombras más bellas y reales.