Nvidia Fermi mimarisi: Oyuncu kimliğiyle GF100 GPU'su

Nvidia hakkında çıkan onlarca iddia, yüzlerce dedikodudan sonra Fermi kod adlı yeni nesil grafik işlemci mimarisinin GeForce ayağını detaylandırdı. Bilindiği gibi firmanın üç yıldan uzun bir süredir üzerinde çalıştığı yeni nesil grafik işlemci mimarisinin ilk detayları, Eylül ayında düzenlenen Grafik Teknolojileri Konferansı'nda açıklanmıştı. Söz konusu etkinlik grafik profesyonelleri için olunca, Fermi mimarisinin yüksek performanslı bilgi-işlem pazarına getireceği yenilikleri (C++ hızlandırma gibi) açıklayan Nvidia, mimarinin DirectX 11 yeteneklerini de içeren oyuncu kimliği hakkındaysa bilgi vermemişti. Bugün geldiğimiz noktada Nvidia henüz yeni nesil ekran kartlarını pazara sürebilmiş değil. Kasım ayında çıkacağı söylenen ardından Aralık ayına ertelendiği gündeme gelen Fermi tabanlı yeni nesil ekran kartları en azından bir süre daha çıkacak gibi de görünmüyor ancak artan rekabet koşulları çerçevesinde Nvidia, hacimli üretime girdiği belirtilen Fermi tabanlı GF100 GPU'sunun temel özelliklerini ve bazı performans figürlerini özel bir etkinlik kapsamında basınla paylaştı.

Nvidia uzun süren sessizliğinin ardından Fermi tabanlı GF100 GPU'sunun temel özelliklerini açıkladı.

Hatırlanacağı üzere ilk defa Kasım 2006'da duyurduğu GeForce 8800 serisi ekran kartlarıyla birlikte Nvidia, DirectX 10 arenasına çok hızlı girmiş, AMD'nin yanıtı olan ATi Radeon HD 2900XT ise 6 ay geç lanse edilmiş üstelik performans beklentilerini de karşılayamamıştı. Performans değerlendirmelerini yazımızın ilerleyen kısımlarında sizlerle paylaşacağız ancak mevcut tablo dikkate alındığında, ibrenin ters döndüğünü ve DirectX 11 destekli 6 modeliyle pazarda olan AMD'ye karşı, geç kalan tarafın bu sefer Nvidia olduğunu görüyoruz. Peki şimdiye kadar iki milyon adetten fazla DirectX 11GPU'su satan AMD-ATi'ye karşı Nvidia neden geç kaldı, ne yapmayı planlıyor ve bizleri neler bekliyor. Bilindiği üzere AMD'nin Radeon HD 5000 serisi, üzerine inşa edildiği grafik işlemci mimarisiyle aslında bir önceki jenerasyona çok benziyor. Çünkü Radeon HD 5000 serisinde mimariyi değiştirmek yerine mevcut tasarımı güncelleştirme yoluna giden AMD, bu sayede DirectX 11 geçiş çalışmalarını tamamlayan ilk isim oldu.

Nvidia GF100 yerini alacağı GT200 GPU'suna göre ciddi performans artışı vaat ediyor.

Nvidia'nın geç kalmasındaki tek neden yeni mimarinin tasarım çalışmaları ve AMD'nin hızlı adaptasyonu değil tabii ki. Şu an pazarda DirectX 11 destekli Nvidia ekran kartı yoksa bunun en önemli nedenleri arasında, Nvidia'nın yüksek performanslı bilgi-işlem pazarına yani HPC dünyasına ayrı önem göstermesinin etkili olduğu da belirtiliyor. Tesla ve Quadro serisi profesyonel grafik kartları için hazırlandığı söylenen Fermi mimarisinde, Intel'in Larrabee projesini dikkate aldığı da söylenen Nvidia'nın, yeni mimarinin geliştirme çalışmaları esnasında olası Intel tehlikesi göz ardı etmek ve yüksek kârlılık oranlarının konuşulduğu profesyonel pazarda liderliği kaptırmak istemediği için Fermi mimarisinin çalışmalarını büyük bir hassasiyet ve gizli gizlilik ilkesiyle yürüttüğü belirtiliyor. Nvidia yetkilileri tarafından çok daha kârlı bir pazar olarak gösterilen yüksek performanslı-bilgi işlem ve sunucu/iş istasyonu segmentlerinde liderlik amacıyla geliştirilen Fermi mimarisi ile Nvidia artık daha rahat çünkü bilindiği gibi Intel yaptığı açıklamayla, Larrabee projesini durdurduğunu ve çalışmaları ileri bir tarihe ertelediğini açıklamıştı. Tüm bu gelişmelere ek olarak Nvidia hakkında, Tegra ve ION gibi farklı platform çözümlerine fazla kaynak aktardığı dolayısıyla yeni nesil GPU'lar için odaklanma sorunu yaşadığı da gündeme gelen iddialar arasında yer almıştı.

512x paralel işlem birimi, 16 geometri ünitesi, 64x doku ünitesi, 48x ROP ünitesi ve 384-bit bellek veri yolu, GF100 GPU'sunun temel karakteristiğini oluşturuyor.

Adını nükleer reaktörlerin yaratıcısı İtalyan fizikçi Enrico Fermi'den alan yeni nesil grafik mimarisinin son kullanıcılara yönelik ilk ürünü GF 100 (GeForce Fermi 100) kod adını taşıyan GPU olacak. Yaklaşık 240 x 238 millimetrere boyutlarında olan GPU'nun 570 mm2 zar alanına sahip olması beklenirken, bahsi geçen boyutlar yeni nesil grafik yongasının GeForce 8800 serisine güç veren G80 GPU'sundan az daha küçük bir yapıda olacağını işaret ediyor. Hacimli üretimi Tayvan merkezli TSMC firmasının fabrikalarında 40nm üretim teknolojisiyle gerçekleştirilecek GF100 GPU'sunun, şu an A3 revizyonda olduğu ve üretim verimliliğinin %25 civarlarında syrettiği bildirilirken, %40 verimlilik seviyesinin AMD'nin 40nm üretim teknolojisiyle hazırlanan GPU'larıyla benzer seviye anlamına geleceği konuşuluyor. 300mm2 üretim wafer'ından 130 adet yonga elde edebildiği belirtilen Nvidia'nın, üretim verimliliğinin %100 olması halinde GF100 GPU'sunu 38$'a mal edebileceği ancak 33 GPU'nun çıktığı mevcut verimlilik düzeyinde GPU başına maliyetin 150$ civarında olduğu bildiriliyor.

GF100 GPU'su için transistöre canavarı abartılı kaçmayacaktır zira en yakın rakibinden yaklaşık %50 daha fazla transistör içeriyor.

Üretim tarafındaki verimlilik düzeyi ve firma stratejileri gereği GF100 GPU'sunu kullanacak DirectX 11 destekli GeForce GTX 360 ve GeForce GTX 380 modelleri için olası fiyatlandırmanın GT200 tabanlı çözümlerle benzer bir yaklaşımla belirlenmesi bekleniyor. Hatta yine GT200 jenerasyonunda olduğu gibi Nvidia'nın GF100 GPU'su içması, 32nm veya 28nm gibi yeni nesil üretim teknolojilerine hızlı bir şekilde geçerek üretim maliyetlerindeki fazlalıklardan kurtulmayı planladığı söyleniyor. Mevcut bilgilere göre GF100 tabanlı ilk modelin 499$-549$ seviyesinde bir fiyatla lanse edilmesi bekleniyor. Nvidia'nın yaptığı açıklamalara göre Fermi tabanlı GF100 GPU'su, şimdiye kadar hazırlanmış en karmaşık grafik yongası olma özelliğini taşıyor. Bir önceki jenerasyonla yani GT200 GPU'su ile kıyaslandığında paralel işlemci (CUDA çekirdeği) sayısı %115, bellek bant geniliği ise %50 oranında artan GF100 GPU'sunun merkezinde Gigathread adı verilen motor yer alıyor.

SM yani alt-çokluişlemci birimleriyle GF100 bir bakıma GPU içinde GPU konseptini temsil ediyor.

Temel GPU birimlerini bir araya getiren ortak bir platform gibi düşünebileceğimiz Gigathread motoru, gelen iş yükünü yüksek paralellikte çalışan GPU komponentlerine dağıtmakla sorumlu. Çok sayıda mimari katmana sahip olan Gigathread motoru, dört adet Grafik İşlem Kümesi (GPC) ile geliyor ve modüler yapının ana belirleyicisi olarak temel tasarım elemanlarını üzerinde barındırıyor. Nvidia'nın resmi dökümanlarına göre her GPC, raster motoruna ve SM yani alt-çokluişlemci birimlerine sahip ki her SM biriminde 32x paralel işlem birimi, 16/48Kb L1 bellek, 4 doku ünitesi ve bir PolyMorph motoruna yer veriliyor. Her seviyesi ön-belleklerce desteklenen yüksek paralellikteki mimari yapı, yüksek yoğunluklu veri trafiğinin çok daha hızlı ve efektif yönetilmesine yardımcı olurken, komut seti ve verinin yonga üzerinde kalmasını da sağlıyor. GF100 tasarımında her alt-çokluişlemci biriminde 64KB Seviye 1 (L1) bellek birimine yer veren Nvidia, verteks, doku ve ROP bilgileriyle birlikte genel amaçlı diğer fonksiyonlar için 768KB gibi oldukça büyük bir Seviye 2 (L2) bellek kullanıyor.

Nvidia, GF100 GPU'sunun pazardaki en yüksek bölümlendirme (tesellation) performansını sunacağını iddia ediyor - Büyütmek için üzerine tıklayabilirsiniz.

Bellek organizasyonunda tasarımı en yüksek esneklik esasına göre planlayan Nvidia, 64KB büyüklüğündeki L1 belleğin 48KB paylaşımlı ve 16KB L1, ya da 16KB paylaşımlı ve 48KB L1 olarak konfigüre edebilecek şekilde tasarladı. Farklı bellek konfigürasyonlarının fizik ve ray-tracing uygulamalarında ciddi yarar sağlayacağını düşünen Nvidia, bu sayede tesellation olarak bilinen bölünlendirme teknolojisinde de oldukça iddialı. Masaüstü ekran kartlarında ciddi anlamda ilk defa ATi'nin R600 GPU'suyla konuşulamaya başlanan tesellation teknolojisi için GF100 GPU'su ile zirveye oynadığını belirten Nvidia, bu noktada grafik mimarisindeki SM yani alt-çokluişlemci birimlerine güveniyor. SM birimlerindeki PolyMorph motorlarının kendi bölümlendiricilerini sağladığını belirten Nvidia, her Grafik İşlem Kümesinin yine kendi raster motoruna sahip olduğunu ve bu sayede geometri performansının paralel çalışan yapı birimleri sayesinde GT200 GPU'suna kıyasla 8 kata kadar arttığını belirtiyor. Geometrik gerçekçilik sunacağı belirtilen GF100 GPU'sunun GeForce FX5800'den GeForce GTX 200 serisine kadar olan beş jenerasyondan farklı olarak 150 kata kadar daha fazla gölgelendirme, 3 kata kadar daha fazla geometri performansı sunacağı da açıklanan detaylar arasında yer alıyor.

Modüler yapı ve ölçeklenebilirlik, GF100 GPU'sunun tasarımında takip edilen temel prensiplerden.

Windows 7 ile birlikte gelen DirectX 11 API'sinin öne çıkan temel yeniliklerinden birisi de tesellation olarak bilinen bölümlendirme teknolojisinin çok daha etkin ve yaygın bir biçimde kullanılmasına olanak tanıyacak bir takım güncellemeler içermesi. Peki nedir bu bölümlendirme teknolojisi, dilerseniz önce ona bakalım. Bölümlendirme teknolojisi adından da anlaşılabileceği üzere daha yüksek detayda görüntü elde edebilmek için objelerin gerçek zamanlı olarak alt bölümlere ayrıştırılması olarak açıklanabilir. Objeleri temel karakteristiklerinde değişiklik yapmadan veya kenarlar arasında yeni bir açı üretmeden eşit parçalara bölen ve bu sayede daha detaylı obje görünümü için ihtiyaç duyulan kapsmalı yüzeyi, oluşturduğu yeni ara yüzeyler sayesinde sağlayabilen bölümlendirme teknolojisi için Fermi tabanlı GF100 GPU'sunun rakipsiz performans sunacağı iddia ediliyor. GT200 GPU'suna bölümlendirme teknolojisinin eklenmesi halinde geometri darboğazı oluşacağını söyleyen Nvidia, Fermi mimarisini temel alan GF100 GPU'su ile bölümlendirmede en yüksek performansın sunulacağına dikkat çekiyor.

Nvidia kapsamlı oyun testleri yayınlamasa da GF100'ün performansı hakkında bazı ipuçlarını basınla paylaştı.

ATi Radeon HD 5870 ile kıyaslandığında 6.5 kata kadar daha yüksek bölümlendirme performansı sunduğu belirtilen GF100 GPU'sunun Cubemap ile yapılan gemoetri gölge testlerinde ATi Radeon HD 5870'e göre 4.7 kata kadar daha yüksek performans sunduğu da Nvidia tarafından açıklanan detaylar arasında yer alıyor. Grafik endüstrisinde çokça tartışılan sorulardan birisi de üreticilerin performans değerlerini arttırmak için görüntü kalitesinden taviz verip vermediğidir. Nvidia endüstrinin en hızlı grafik yongası olarak tanımladığı GF100 ile birlikte görüntü kalitesinde de ciddi artışlar vaat ediyor. Accelerated Jittered Sampling adı verilen görüntü kalitesini arttırmaya yönelik yeni özellik ile örneklenen modellerin piksel bazında rastgele değiştirilmesi ve tırtıklı gölgelerin azaltılarak daha kaliteli görüntülerin sağlanması hedefleniyor. Öte yandan GF100 ile birlikte yeni bir 32X CSAA anti-aliasing modu lanse edecek olan Nvidia, kalitenin kapsamlı örneklemelerden geçtiğini, 32X CSAA ile örneklenmiş kapsam sayısının artmasına bağlı olarak yüksek görüntü kalitesi sunacağını da söylüyor.

Nvidia'nın açıkladığı bilgilere göre GF100, DirectX 11 destekli Unigine testinde ATi HD 5870'ten %80'e kadar daha hızlı olmayı başarıyor.

Her üç-dört yılda bir yeni nesil grafik işlemci mimarisine geçmeyi planlayan Nvidia, önümüzdeki birkaç yıl boyunca Fermi tabanlı (güncellemeler olabilir) ekran kartlarıyla pazarda var olacak. G80 sonrasında Nvidia'nın hazırladığı en radikal mimari değişim olarak tanımlanan GF100 GPU'su, GPU içinde GPU (GPC) kavramının, ilk temsilcisi olacak gibi görünüyor. 384-Bit bellek veri yolu desteğine ve 512x CUDA çekirdeğine sahip olan GF100 GPU'su, yerini alacağı GT200'e kıyasla iki kat daha fazla SIMD performansı vaat ediyor. CUDA, DirectCompute ve OpenCL gibi mevcut GPGPU ara birimlerinin tamamında en yüksek performans hedefiyle tasarlanan GF100 GPU'su, 512x paralel işlem birimi, 48x ROP, 64x doku ünitesi ve 1.5/3GB GDDR5 bellek kapasitesiyle şimdiden performans liderliğine aday gibi görünüyor. Zira Nvidia yaptığı açıklamalarında GT200 GPU'suna kıyasla 8 kata kadar daha yüksek geometrik gerçekçilik, üç kata kadar hızlı gölge haritalandırma, dört kata kadar daha iyi fizik desteği, yapay zeka uygulamaları ve ray-tracing desteği ile birlikte yine GT200'e kıyasla 8x AA seviyesinde iki kat daha fazla performans sunulacağını iddia ediyor.

Bir başka Nvidia dökümanına göre GF100 GPU'su, ATi Radeon HD 5870'e kıyasla 6.5 kata kadar daha yüksek bölümlendirme performansı sunabiliyor.

Saat hızları ve model varyasyonları açıklanmayan GF100 GPU'su için beklentilerin aksine kapsamlı oyun testleri de yayınlanmadı fakat GPU'nun her alanda açık bir şekilde en hızlı çözüm olacağı yönünde mesajlar veren Nvidia, iddiasını bir kez daha gözler önüne serdi. Ancak bu noktada belirsizliğini koruyan başka detaylar da yok değil. GF100 GPU'sunu temel alan DirectX 11 destekli yeni nesil ekran kartları en iyimser tahminle Şubat ayının ikinci yarısı gibi pazarda olacak ve yaygınlaşmaları Mart hatta Nisan ayını bulacak. Üstelik toplam pazarın küçük bir kısmını oluşturan yüksek performans segmentinde AMD, ilk olmanın avantajını kullanarak Radeon HD 5800 serisiyle yüksek satış rakamlarına ulaşmış durumda. Tüm bunlara ilave olarak farklı fiyat segmentlerinde 6 modeli bulunan, dizüstü bilgisayarlar için DX11 çözümlerini duyuran AMD'ye karşı Nvidia'nın DX11 çözümlerini ne zaman çeşitlendireceği de belirsizliğini koruyor zira alt ürün gruplarında yer alacak Fermi tabanlı DirectX 11 çözümlerinin ikinci çeyrek sonlarından önce gelmesi açıkçası pek öngörülmüyor.

Nvidia Fermi mimarisi ve GF100 GPU'suyla ilgili kapsamlı içerik çalışmalarımızı devam ediyor, ilerleyen günlerde bu çalışmaları da siz değerli Donanım Haber okuyucularıyla paylaşmaya devam edeceğiz.

Bu haberi, mobil uygulamamızı kullanarak indirip,
istediğiniz zaman (çevrim dışı bile) okuyabilirsiniz: