將復(fù)雜簡單化 Tesla K10及K20技術(shù)規(guī)格詳解
在GTC 2012大會上,NVIDIA老總黃仁勛公布了新一代Tesla加速卡的詳情,不過此次發(fā)布的Tesla顯卡算是雙胞胎,一款是基于雙芯GK104架構(gòu)的Tesla K10,另外一款則使用了真正的新架構(gòu),基于GK110核心的Tesla K20。
K10和K20的特性有所不同,重點也不一樣
首先來看K10,它的物理外觀與GTX 690顯卡沒什么區(qū)別,但是NVIDIA公布的幾項參數(shù)耐人尋味,單精度浮點能力為4.58TFLOPS,帶寬為320GB/s,作為對比的是GTX 680單精度運算能力3.09TFLOPS,192GB/s帶寬,而GTX 690也有5.62TFLOPS,384GB/s帶寬,上一代Fermi核心浮點運算能力為1.58TFLOPS,帶寬192GB/s。
從參數(shù)上看,K10達(dá)到了NVIDIA所說的三倍于Fermi家族的單精度浮點能力,但是比GTX 680只提高了50%,帶寬也只高了了67%左右,明顯不如GTX 690顯卡。
由于是同樣的架構(gòu),Tesla K10很明顯在核心和顯存頻率上做了妥協(xié),由于GK104架構(gòu)的能效比很高,而HPC領(lǐng)域?qū)?、發(fā)熱也不甚敏感,不知NVIDIA為何將K10的規(guī)格定的比GTX 690還低。
現(xiàn)場的圖片沒有公布K10的顯存容量和TDP信息,但是GeForce GRID頁面出現(xiàn)的K520顯卡規(guī)格與K10一致,而顯存容量是8GB,TDP是250W,二者其實都是雙芯GK104顯卡,因此Tesla K10也是8GB顯存,250W TDP。(這個功耗低于GTX 690的300W,或許是規(guī)格降低唯一可能的解釋了)
Tesla K10現(xiàn)在就可以出貨,但是它并不是重點,個人覺得它只是個過渡產(chǎn)品,扮演救火隊員的角色,因為GK104先天孱弱的雙精度運算能力注定了它不可能在HPC市場有多高的成就,NVIDIA之所以推GTX 690上陣是因為GK110架構(gòu)來的比預(yù)期的還要晚。
GK110是NVIDIA針對高性能GPU計算市場開發(fā)的架構(gòu),之前一直傳聞到今年8月份就會發(fā)布,但是NVIDIA給出的日期是今年第四季度,不論是28nm產(chǎn)能還是芯片自身的問題,這大半年的空白期總需要有人先頂上,這就是K10的使命了。
Tesla K20與GK110架構(gòu)
NVIDIA對K20的描述是“3倍雙精度浮點性能”,并有Hyper-Q、Dynamic Parallelism等多種并行計算技術(shù)加持,這些是現(xiàn)有的GK104架構(gòu)不具備的。
NVIDIA的PDF資料中介紹了GK110的SMX架構(gòu),也是192個CUDA核心
必須要承認(rèn),以前泄露的有關(guān)GK110架構(gòu)的消息是錯誤的,GK110的SMX架構(gòu)其實跟GK104還是一樣的,都是192個CUDA核心,32組SFU單元以及32個LD/ST單元。
GK110架構(gòu)圖
除去其他的功能單元之外,GK110核心總共有15組SMX單元,2880個CUDA核心,但是Heise聲稱并非所有單元都是啟用的,實際上可能只有13-14組SMX單元,實際CUDA核心是2496或者2688個。
顯存位寬是384bit,已為黃仁勛和NVIDIA CTO確認(rèn)。由于CUDA核心數(shù)已經(jīng)低于之前的報道,顯存位寬降到384bit也是很自然的事,如果保持GK104的6Gbps顯存速率,那么GK110的帶寬將達(dá)到288GB/s,終于超過AMD GCN架構(gòu)的260GB/s了。
NVIDIA給出的3倍雙精度浮點性能不知是跟GF110顯卡還是跟GF110核心的Tesla加速卡做的比較,GF110的單精度浮點能力為1.58TFLOPS,顯卡中的雙精度為單精度的1/4,也就是0.4TFLOPS,但是GF110核心的Tesla卡雙精度能力可達(dá)單精度1/2,大約是0.8TFLOPS。
如此一來,如果以顯卡為基礎(chǔ),GK110的雙精度浮點性能大約是1.2TFLOPS以上,如果是Tesla卡的3倍,那就是2.4TFLOPS以上,鑒于后者已經(jīng)超出之前傳聞的2TFLOPS的能力,GK110的雙精度浮點能力應(yīng)該是1.2TFLOPS或更高。
Tesla K20配置了6pin+8pin供電接口
核心面積和TDP未知,不過K20配備的是6pin和8pin供電接口,最大TDP不會超過300W。晶體管數(shù)量也是一個70億,準(zhǔn)確點說是71億。
顯卡規(guī)格方面的信息基本就是這么多了,再來看一下NVIDIA為GK110所增加的新技術(shù)吧。
Dynamic Parallelism(動態(tài)并行)
GK110架構(gòu)的首要目標(biāo)之一就是使程序員更方便地調(diào)用GPU強(qiáng)大的并行計算能力。傳統(tǒng)的模式下,GPU每次操作都需要CPU的參與,而Dynamic Paralleliom的存在使得GPU接收數(shù)據(jù)時會動態(tài)刷新線程而無需CPU參與。由于內(nèi)核有了獨立載入工作負(fù)載的能力,動態(tài)并行技術(shù)允許程序直接在GPU上運行。
這項技術(shù)的好處就是可以降低編程的復(fù)雜性,原本需要200-300行代碼才能完成的工作在GK110顯卡上只需要30行就可以了。
Hyper-Q
上一項技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是簡化操作,是給CPU減負(fù),而Hyper-Q則是增加了CPU同時載入工作的核心數(shù),是在提升=高CPU的利用率,避免CPU過多的閑置。
Fermi架構(gòu)中CPU只能同時運行一個MPI(Message Passing Interface消息傳遞接口)任務(wù),但是在GK110架構(gòu)中CPU同時運行的MPI任務(wù)數(shù)多達(dá)32個。
傳統(tǒng)的MPI任務(wù)主要基于多核CPU應(yīng)用,與GPU強(qiáng)大的并行計算能力相比,CPU處理的MPI任務(wù)量實在是太小了,往往會帶來虛假的GPU依賴性,導(dǎo)致GPU的性能無法有效利用,Hyper-Q大幅提高了CPU可以分配給GPU的MPI任務(wù)量,如果同時傳遞32個任務(wù)給GPU,那么理論性能會達(dá)到Fermi架構(gòu)的32倍,實際應(yīng)用中雖然不會這么夸張,但是優(yōu)化調(diào)度之后GPU的并行計算能力還是會有改善。
GPU Direct
GPU Direct直連是NVIDIA官方PDF中沒有提到的,不過依然值得解釋一下。NVIDIA已經(jīng)推出了基于Kepler架構(gòu)的GeForce GRID云游戲技術(shù),那么使用Kepler顯卡的服務(wù)器就免不了要互相交換數(shù)據(jù)。GPU Direct技術(shù)可以讓服務(wù)器的中不同顯卡直接讀取顯存的數(shù)據(jù),甚至不同服務(wù)器之間的顯卡也可以通過網(wǎng)卡讀取另一塊顯卡顯存中的數(shù)據(jù),簡單來說就是提高了顯卡的數(shù)據(jù)交換能力,所需的步驟更少,延遲更低。
CUDA 5
要想使用上面介紹的技術(shù)就必須使用新的CUDA 5,GTC大會上NVIDIA已經(jīng)發(fā)布了一個預(yù)覽版的CUDA 5 SDK,正式版將在今年三季度發(fā)布。
Kepler顯卡發(fā)布之后,Tesla家族也終于迎來架構(gòu)更新,而且很快就會有更新架構(gòu)的Tesla加速卡,得益于GK104良好的效能比,NVIDIA的Tesla加速卡也具備了這樣的能力,性能更強(qiáng)的同時功耗更低。
新一代GK110架構(gòu)重點針對GPU計算性能做了加強(qiáng),雙精度浮點能力提升到之前架構(gòu)的三倍,并有動態(tài)并行、Hyper-Q、GPU Direct等技術(shù)輔助,無論是易用性還是性能都有明顯改善,擔(dān)當(dāng)起GPU計算的光榮使命了。
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