Производительность NVIDIA Pascal в режиме FP64 превысит 4 терафлопса

Уже прошедшая Supercomputing Conference ’15 продолжает служить источником весьма интересной информации. На этот раз речь пойдёт об одном из самых амбициозных проектов NVIDIA — архитектуре Pascal и процессорах на её основе. Мы намеренно опускаем эпитет «графический», поскольку видеокарты на базе Pascal, конечно, будут выпущены, но станут лишь побочной ветвью, а основной целью NVIDIA является доминирование на рынке супервычислений (HPC), и с учётом этой цели Pascal и разрабатывается. Кроме того, компания поделилась информацией и о будущем наследнике Pascal, проекте Volta.

Уже известно, что процессоры Pascal будут выпускаться с использованием 16-нм технологических норм, и на SC15 NVIDIA подтвердила использование техпроцесса 16-нм FinFET+. О том, на какой именно фабрике будут производиться новые чипы, компания умолчала, но имя главного контрактного поставщика было названо — TSMC. Неудивительно, ведь первые образцы процессора GP100 были получены именно c помощью вышеупомянутого техпроцесса TSMC. Поэтому не исключен сценарий, в котором мы увидим анонс Pascal уже в первой половине 2016 года. Таким образом, ранние предсказания о том, что выпуском Pascal может заняться и Samsung, не оправдались.

Плотность упаковки транзисторов, как мы уже знаем, удвоена в сравнении с Maxwell GM200, так что Pascal будет состоять из примерно 16 ‒ 17 миллиардов активных элементов. В сравнении с технологией 20SoC, техпроцесс 16FF+ может обеспечить до 40 % прироста производительности и до 60 % выигрыша в уровне энергопотребления, что для таких монстров, как GP100, является очень важным фактором. Итак, пока мы знаем о GP100 следующие факты:

Поддержка возможностей DirectX 12 уровня 12_1 или выше; Наследник GM200, будет использован в новых флагманских моделях видеокарт; Производится с использованием техпроцесса TSMC 16-нм FinFET+; Состоит из 16 ‒ 17 миллиардов транзисторов; Впервые получен в кремнии ещё в июне 2015 года; Получит 4 сборки HBM2 4-Hi, объём памяти — 16 Гбайт в потребительской версии, 32 Гбайт в профессиональном варианте; Ширина интерфейса памяти 4096 бит; Получит высокоскоростную шину NVLink; Будет поддерживать вычислительные нагрузки смешанного характера: FP16, 32 и 64; Производительность в режиме FP16 вдвое выше, нежели в режиме FP32, полноценная поддержка FP64; Производительность в режиме FP64 свыше 4 терафлопс (см. вышеприведённую диаграмму); Производительность в режиме FP32 свыше 10 терафлопс.

А в следующем поколении процессоров под кодовым названием Volta NVIDIA планирует достичь цифр в районе 7 терафлопс, что очень впечатляет: новейший 14-нм ускоритель Intel Knight’s Landing развивает в режиме FP64 лишь несколько более 3 терафлопс, а самый мощный на сегодня двухпроцессорный ускоритель NVIDIA Tesla K80 — всего 2,91 терафлопса, да и то в турборежиме.

Volta послужит основой для нового поколения сверхмощных суперкомпьютеров, таких, как Summit Supercomputer (Oak Ridge National Laboratory) и Sierra Supercomputer (Lawrence Livermore National Laboratory). Оба проекта рассчитываются на пиковую производительность более 100 петафлопс и будут включать в себя несколько тысяч узлов производительностью более 40 терафлопс каждый.

Несомненно, процессорам Pascal нужна по-настоящему быстрая шина для обмена данными между собой в многочисленных узлах суперкомпьютера или вычислительного кластера. Такую шину GP100 действительно получит. Первое поколение NVLink будет обладать пропускной способностью 80 Гбайт/с, в будущих реализациях NVIDIA надеется увеличить этот показатель до 200 Гбайт/с. Неплохое добавление к уже имеющимся 1 Тбайт/с в случае обмена данным с памятью HBM2. В NVLink будет воплощена концепция унифицированной виртуальной памяти (UVM) с произвольной адресацией. Поскольку пропускная способность NVLink в 5 ‒ 12 раз превысит аналогичный показатель PCI Express, реализация UVM не станет узким местом.

Даже в случае с обычными мощными видеокартами проблема энергопотребления и тепловыделения стоит довольно остро. Но для разработчиков суперкомпьютеров она, наверняка, является одной из тем ночных кошмаров. Быстрая память таким системам просто необходима, но HBM2 в Pascal и Volta при пропускной способности 1,2 Тбайт/с добавляет целых 60 ватт к энергопакету процессора. Даже HBM1, использующаяся в AMD Fiji, и то добавляет 25 ватт к потреблению ядра. В дальнейшем планируется достичь скоростей в районе 2 Тбайт/с, и тут-то и начинается ужас: пропускная способность HBM2 на уровне 2,5 Тбайт/с обойдётся в 120 ватт на процессор, а при повышении ПСП до 3 Тбайт/с этот показатель увеличится до 160 ватт. Умножьте это на количество процессоров в узле и на количество узлов в суперкомпьютере — и будет понятно, какую цену приходится платить за высокую производительность подсистемы памяти.

В ближней перспективе это приемлемо, поскольку HBM2 является на сегодня оптимальным типом памяти для решений такого рода. Но к 2020 году, с появлением новых, ещё более производительных процессорных архитектур, кризис энергопотребления многослойной памяти может обостриться до предела. NVIDIA это понимает, поэтому, по всей видимости, уже ведёт исследования в области создания новой, высокопроизводительной, но при этом экономичной архитектуры памяти. Какой она будет, сейчас сказать крайне сложно. Даже в общих чертах неясно, как сохранить скорости в районе единиц или даже десятков терабайт в секунду и удержать при этом уровень энергопотребления в мало-мальски приемлемых рамках.

Итак, новая архитектура Pascal и первый процессор на её основе, GP100, появится в 2016 году, что официально подтверждено NVIDIA. Насчёт первой половины года заявлений нет, но с учётом всех вышеперечисленных факторов вероятность раннего анонса Pascal довольно высока. Компания также заявила о поддержке широкого спектра платформ — x86, ARM и IBM Power. Для рынка HPC будут выпущены модули Pascal с поддержкой NVLink, в то время, как классические графические карты и серверные ускорители сохранят привычный форм-фактор PCI Express c пропускной способностью до 16 Гбайт/с. Посмотрим, каков будет ответ AMD: её новая «тяжёлая артиллерия» под кодовым названием Arctic Islands, базирующаяся на техпроцессе Global Foundries 14FF и новой версии архитектуры GCN, обещает стать серьёзным соперником Pascal.

Источник:

wccftech.com
3 комментария
Войдите, чтобы оставить комментарий. Простая в два клика.