POPPUR爱换

标题: 最多晶体管！最强的性能？FERMI（GT300）架构解析+性能预测！ [打印本页]

作者: weihua8206 时间: 2009-10-27 23:31
标题: 最多晶体管！最强的性能？FERMI（GT300）架构解析+性能预测！
本帖最后由 weihua8206 于 2009-10-27 23:36 编辑

10月初，英伟达在GPU技术会议上发布了新一代显卡架构——Fermi，GT300的技术规格终于呈现在了广大媒体和用户眼前。Fermi将给我们带来什么呢？作为晶体管数量之最，是像GT200发布时的独领风骚，还是像FX系列一样饱受非议呢？下面我们分部分来进行解析

一、制程：

如果说性能超强的GT200系列有什么软肋，那无疑就是其落后的制程了。65nm制程+14亿晶体管数量=巨大的芯片，由于芯片巨大，成本高昂，GT200系列始终无法给AMD足够大的威胁，毕竟RV770以及搭配RV770的显卡成本太低了，而且性能并不差很多。

NVIDIA不会在同一条河里摔倒两次，Fermi没有继续采用已经落后的55nm工艺，而是采用了先进而且成熟的40nm工艺。新工艺显然有助于有效的控制了芯片成本：虽然NVIDIA暂时还没有透露Fermi的具体大小，但我们可以推算一下。Fermi和Cypress都是40nm工艺，假设核心面积和晶体管数量呈等比例，那么在后者334平方毫米的基础上，Fermi将是466平方毫米，比576平方毫米的GT200小足足两成！！

也许有网友要提出疑问：466平方毫米的体积仍然远大于竞争对手的334平方毫米，那岂不是成本依旧劣势，性价比仍然不行么？
weihua8206原创，转载请注明，谢谢
笔者认为，这种疑问是不成立的：GT200之所以在性价比方面不能彻底击败RV770，其根本原因是制程落后造成的成本差距过大，对供电以及外围电路要求太高。而这次的GT300则和竞争对手采用了同样的40nm制程，可以预见，GT300与5870在芯片面积上的差距，可能会完全反映在性能差距上！基于GT300的显卡的制造成本也会低于基于GT200的显卡。

成本进一步拉近，性能领先更多，GT300值得期待！
weihua8206原创，转载请注明，谢谢

二、架构：

首先，最核心的流处理器(Streaming Processor/SP)数量大增，达到了512个之多，比GT200提升了一倍多。NVIDIA把它命名为CUDA核心(CUDA Core)，由这个名字，我们不难看出NVIDIA攻占通用计算市场的野心。
weihua8206原创，转载请注明，谢谢
所有流处理器现在都符合IEEE 754-2008浮点算法和完整的32位整数算法，而后者在过去只是模拟的，事实上仅能计算24-bit整数乘法；同时全面引入的还有积和熔加运算(Fused Multiply-Add/FMA)，每循环操作数单精度512个、双精度256个(之前的G200仅能硬件支持单精度FMA)。所有一切都符合业界标准，计算结果不会产生意外偏差。

在双精度浮点(FP64)计算方面，Fermi也比前代产品大大提升，峰值执行率可以达到单精度浮点(FP32)的1/2，而过去只有1/8，AMD现在也不过1/5，比如Radeon HD 5870分别为单精度2.72TFlops、双精度544GFlops。笔者预计，Fermi的双精度执行效率将至少达到750GFlops，远远将HD5870抛开。

每32个流处理器组成1组SM(Streaming Multiprocessor)，最多16组。除了流处理器，每组SM还有4个特殊功能单元(Special Function UnitSFU)，用于执行抽象数学和插值计算。同时MUL已被删掉，所以不会再有单/双指令执行计算率了。

然后我们来看下缓存：以往的GPU都是采用共享内存（memory）的方式来模拟缓存的。Fermi引入了真正的缓存（cache），每组SM拥有64KB可配置内存(合计1MB)，可分成16KB共享内存加48KB一级缓存，或者48KB共享内存加16KB一级缓存，可灵活满足不同类型程序的需要。整个芯片还拥有一个容量768KB的共享二级缓存，执行原子内存操作(AMO)的时候比GT200快5-20倍。

回顾一下以往历代赛扬处理器与同代奔腾（或者奔腾与同代酷睿）处理器之间的性能差距，从无到有的缓存（CACHE）对GPU性能的提升可能会是决定性的！即将面世的GT300有可能为我们带来一次GPU性能的飞跃！

第三，来看下Fermi的线程：CPU和GPU执行的都是被称作线程的指令流。高端CPU现在每次最多只能执行8个线程(Intel Core i7)，而GPU的并行计算能力就强大多了：G80 12288个、GT200 30720个、Fermi 24576个。

为什么Fermi还不如GT200多？因为NVIDIA发现计算的瓶颈在于共享内存大小，而不是线程数，所以前者从16KB翻两番达到64KB，后者则减少了20％，不过依然是G80的两倍，而且每32个线程构成一组“Warp”。

在G80和GT200上，每个时钟周期只有一半Warp被送至SM，换言之SM需要两个循环才能完整执行32个线程；同时SM分配逻辑和执行硬件紧密联系在一起，向SFU发送线程的时候整个SM都必须等待这些线程执行完毕，严重影响整体效率。

Fermi解决了这个问题，在每个SM前端都有两个Warp调度器和两个独立分配单元，并且和SM其它部分完全独立，均可在一个时钟循环里选择发送一半Warp，而且这些线程可以来自不同的Warp。分配单元和执行硬件之间有一个完整的交叉开关(Crossbar)，每个单元都可以像SM内的任何单元分配线程(不过存在一些限制)。

第四：Fermi还引入了并行内核(Parallel Kernel)的概念：在GPU编程术语中，内核是运行在GPU硬件上的一个功能或小程序。G80/GT200整个芯片每次只能执行一个内核，容易造成SM单元闲置。这在图形运算中不是问题，通用计算上就不行了。

Fermi的全局分配逻辑则可以向整个系统发送多个并行内核，不然SP数量翻一番还多，更容易浪费。

应用程序在GPU和CUDA模式之间的切换时间也快得多了，NVIDIA宣称是GT200的10倍。外部连接亦有改进，Fermi现在支持和CPU之间的并行传输，而之前都是串行的。

第五，Fermi提供了完整的ECC校验功能：AMD Cypress可以检测内存总线上的错误，却不能修正，而NVIDIA Fermi的寄存器文件、一级缓存、二级缓存、DRAM全部完整支持ECC错误校验，这使得Fermi在专业计算领域上迈出了重大的一步：很多客户此前就是因为Tesla没有ECC才拒绝在通用计算领域采纳NVIDIA的GPGPU方案，因为他们的数据库非常庞大，必须有ECC来保证可靠性。

第六，内存寻址：
以前的架构里存在多种不同的寻址指令，有本地内存寻址(每线程)、共享内存寻址(每组线程)、全局内存寻址(每内核)等。这就为程序员编程带来了困难，他们必须小心翼翼的梳理各种指针向量，避免出现寻址错误。

Fermi统一了寻址空间，简化为一种指令，内存地址取决于存储位置：最低位是本地，然后是共享，剩下的是全局。这种统一寻址空间也是支持C++的必需前提。

GT80/GT200的寻址空间都是32-bit的，最多搭配4GB GDDR3显存，而Fermi一举支持64-bit寻址和DDR5，支持显存容量最多可达惊人的16000K TB，这样的天文数字意味着GT300核心将支持任意的海量显存（只要内存厂商能造得出来）。

三、软件与硬件指令集：
NVIDIA宣布了名为“Nexus”的插件，它使程序员可以在Visual Studio里执行CUDA代码的硬件调试，相当于把GPU当成CPU看待，这使得CUDA的难度大大降低。

Fermi的指令集架构大大扩充，不仅支持DX11和OpenCL，更加入了对C++，Visual Studio的支持，当然还有C、Fortran、OpenGL 3.1/3.2。对于需要使用GPGPU通用计算功能的程序员来说，Fermi将是非常值得期待的。

根据以上分析，我们不难看出：GT300在图形领域将是一款极具竞争力的产品，而且在科学计算领域也有望取得突破。在HD5870风头出尽的今天，NVIDIA的反击是我们喜闻乐见的，究竟GT300有多强？是否如笔者预测的一般呢，请广大玩家拭目以待！

作者: 504vskid 时间: 2009-10-27 23:35
当年狙击4850时候搞了个9800GTX+ 然后等好几个月也没几片1399的

现在狙击5870居然连卡都没有改卖概念了

我要拭目以待愿n能掀起降价潮为我等带来福音啊~~~

作者: CCTV5 时间: 2009-10-27 23:43
nv，等东西出来了再吹吧

作者: weihua8206 时间: 2009-10-27 23:43

当年狙击4850时候搞了个9800GTX+ 然后等好几个月也没几片1399的

现在狙击5870居然连卡都没有改卖概念了

我要拭目以待愿n能掀起降价潮为我等带来福音啊~~~
504vskid 发表于 2009-10-27 23:35

有竞争自然有降价，呵呵，如果GT300的发布会造成5870的大幅杀价，当然也是玩家们喜闻乐见的（包括Afan在内，谁希望自己喜欢的东西都卖天价，然后自己买不起呢？）

作者: nightingale 时间: 2009-10-27 23:44
的确，先等卡上市再说。

作者: weihua8206 时间: 2009-10-27 23:46

nv，等东西出来了再吹吧
CCTV5 发表于 2009-10-27 23:43

NV的样卡早在十月初已经发布，现在部分实验室已经拿到了新一代特斯拉
[attach]1149257[/attach]

作者: 504vskid 时间: 2009-10-27 23:49
4# weihua8206

是啊 3k米不起啊等到1k5吧。。。

作者: 0阿诺0 时间: 2009-10-27 23:52
实物卡还是没见到 5870可是看的眼睛都花了。

比5870晚出来好几个月还不比5870性能强悍点

那就说不过去了

作者: yyycxhtx 时间: 2009-10-27 23:56

NV的样卡早在十月初已经发布，现在部分实验室已经拿到了新一代特斯拉
1149257
weihua8206 发表于 2009-10-27 23:46

又见高达？~~~~~

作者: 大锤子 时间: 2009-10-28 00:06

渣古？？？？

作者: 4723832 时间: 2009-10-28 00:13

10月初，英伟达在GPU技术会议上发布了新一代显卡架构——Fermi，GT300的技术规格终于呈现在了广大媒体和用户眼前。Fermi将给我们带来什么呢？作为晶体管数量之最，是像GT200发布时的独领风骚，还是像FX系列一样饱受非 ...
weihua8206 发表于 2009-10-27 23:31

芯片面积不是这样推算的好不。还要考虑漏电情况。芯片绝对不会跟你想的那样理想。。还有你加了缓存。面积会再一步增大。缓存占的面积绝对不小的除非你技术比I还厉害哪就可以小点。。再次说明。10月份的那张是高达。。不是样卡。。

作者: jake5335 时间: 2009-10-28 00:13
NVIDIA不会在同一条河里摔倒两次，Fermi没有继续采用已经落后的55nm工艺，而是采用了先进而且成熟的40nm工艺。新工艺显然有助于有效的控制了芯片成本：虽然NVIDIA暂时还没有透露Fermi的具体大小，但我们可以推算一下。Fermi和Cypress都是40nm工艺，假设核心面积和晶体管数量呈等比例，那么在后者334平方毫米的基础上，Fermi将是466平方毫米，比576平方毫米的GT200小足足两成！！

作者: yamhill 时间: 2009-10-28 00:16
不希望再把公版做得跟P897那样……

作者: temp444 时间: 2009-10-28 00:47
本帖最后由 temp444 于 2009-10-28 01:11 编辑

65nm　　　　　55nm　　　　55nm　　　　40nm　　　　40nm
GT200　　　　GT200　　　　RV770　　　　GT300　　　RV870
576　　　　　　470　　　　　260　　　　　　？　　　　　334

2009年初，GT200就升到55nm了。

RV770的面积是55nm的GT200的55%。

如果RV870的面积是GT300的55%的话，GT300的面积是607！！！

由此可见，楼主的推测（466）是没什么根据的。当然607也不太可能。

GT300到底有多少晶体管？只说“超过30亿个”，没有具体数字。最终面积，太难估计了，等明年的实物评测吧。

作者: zyxbull2002 时间: 2009-10-28 05:51
GT300性能超过5870是肯定的，但是能否超过5870X2就说不清楚了。GT300现在的问题主要有4个问题：1.什么时候能正式上市？什么时候能进入主流市场？还是未知之数。2.从现在的宣传看，定位比较模糊，对游戏性能只字不提。3.由于晶体数量还是高于5系列，价格肯定高于5系列，主流市场的接受程度有待考验。4.很可能面临R800和R900双面夹击。

作者: earcandy 时间: 2009-10-28 06:52
SP是384个，这什么时候的文章啊

作者: shineqqq 时间: 2009-10-28 08:02
嗯，这就是传说中的安民告示吧！发觉nfans还真是可爱，连个样品都没有的东西都顶礼膜拜

作者: emu10kx 时间: 2009-10-28 08:44
每过几天就来安抚一下某些人受伤的心灵

作者: emu10kx 时间: 2009-10-28 08:45
别是整天纸上吹早点出也好，提高A5系性价比哈哈

作者: mooncocoon 时间: 2009-10-28 08:46
Texture Arroy啊ROP啊什麽的細節沒公佈之前，說費米的圖形性能怎樣怎樣屬於言之尚早

當然，有人跟我說核爆掉了……但我還是決定冷靜的先保留意見吧

作者: zerozhong 时间: 2009-10-28 09:06

又见高达？~~~~~
yyycxhtx 发表于 2009-10-27 23:56

用特斯拉引擎的不是高达啊，是古伦加斯特系列，什么古铁、白骑士、百合什么的。

作者: ccx0289 时间: 2009-10-28 09:09
没有投产都是假的

作者: jwlili1 时间: 2009-10-28 09:14
冒个泡，后面再来看

作者: RacingPHT 时间: 2009-10-28 09:23
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: lightingmouse 时间: 2009-10-28 09:29

天下没有免费的午餐。。。Fermi的游戏性能还是不要太期待了它的小弟还不错

作者: cellwing 时间: 2009-10-28 09:30
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: iverlin 时间: 2009-10-28 09:35
高达是指什么意思？手办？

作者: weihua8206 时间: 2009-10-28 12:44

楼上的同学们，谁说样卡一定得是游戏卡啊？特斯拉不可以么？证明新核心可以正常工作就足够了哈

作者: piphy 时间: 2009-10-28 12:59
复制+粘贴+高达模具

作者: rickerlian 时间: 2009-10-28 13:08
这很明显是凶鸟MKIII ＧＵＮＮＥＲ嘛～～～

作者: xxx2006 时间: 2009-10-28 22:04
最有挖坟潜质贴

作者: slice 时间: 2009-10-28 23:00
本帖最后由 slice 于 2009-10-28 23:01 编辑

历史证明，假如费米在延期一次，大家对性能就不要报希望了。

这是历史证明的，性能没问题直接就出来了，有问题就只好改了再改，layout擂来擂去也改变不了悲剧的命运，架构改不了就提频率，频率高了功耗大了就得拼做工。

历史上的典型就是FX5800和2900XT，其中R600出来前A饭也YY规格YY得很厉害的，费米有点情况不一样就是它不只是针对游戏更多是针对通用运算了，剩下就是看能不能顺利推出了。

作者: 我有3个马甲 时间: 2009-10-28 23:19

历史证明，假如费米在延期一次，大家对性能就不要报希望了。

这是历史证明的，性能没问题直接就出来了，有问题就只好改了再改，layout擂来擂去也改变不了悲剧的命运，架构改不了就提频率，频率高了功耗大了就得拼 ...
slice 发表于 2009-10-28 23:00

原来预定的发售日期是什么时候？

作者: weihua8206 时间: 2009-10-30 12:40

"而Fermi一举支持64-bit寻址和DDR5，支持显存容量最多可达惊人的16000K TB"

这句话实在是够【此言论被论坛屏蔽，试图绕过屏蔽将会受到严厉处理】的，先弄明白什么叫字宽什么叫位址空间再出来叫吧。
RacingPHT 发表于 2009-10-28 09:23

这位达人认为在64bit统一寻址中，显存之外的存储器能有多大？别自认为知识渊博，你应该懂得为自己那个中括号感到羞耻！

作者: zifuxyx 时间: 2009-10-30 13:10
等实物吧 lz通篇都是推测....

作者: weihua8206 时间: 2009-10-30 20:38

等实物吧 lz通篇都是推测....
zifuxyx 发表于 2009-10-30 13:10

预测是一种憧憬。

现实也许更加美好，也许不如人意，提前领略一下技术规范总是好的，呵呵。

作者: 魔法记录 时间: 2009-10-30 22:23
希望早点出来，一定要强过5890×2.这是不能再低的标准。

只能成功，不能失败。

作者: nicklu 时间: 2009-10-30 22:38
提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

作者: philonb 时间: 2009-10-30 22:57
时间不等人啊
这是最关键的

作者: kgb9173 时间: 2009-10-31 09:51
如果GT300因为某种原因出问题了（硬件BUG）NV很可能会因此倒闭掉，GT300是他的一场豪赌

作者: Michal 时间: 2009-10-31 10:26

这系列机体在SRW里边比高达还废。
xxxyyyzzz0 发表于 2009-10-28 09:18

口胡啊！古铁神白骑士怎么可能比水壶脑袋弱

欢迎光临 POPPUR爱换 (https://we.poppur.com/)