Pascal GP102 wird 10 Jahre alt: Rüstige Rentner-Technik

Der GP102 ist 471 mm² groß und beherbergt rund 12 Milliarden Transistoren, welche beim taiwanischen Auftragsfertiger TSMC im damals brandneuen 16-nm-FinFET-Prozess hergestellt wurden. Wie eingangs erwähnt, handelt es sich bei Pascal um Nvidias letzte konsequent auf Rasterisierung getrimmte Mikroarchitektur - bereits im Spätsommer 2018 läuteten die Kalifornier das Zeitalter von Raytracing und Machine Learning an. Der Vollausbau des GP102 beherbergt 6 Graphics Processing Cluster (GPCs), welche sich sich in 30 Shader-Multiprozessoren (SMs) untergliedern. Auf der ersten GP102-Grafikkarte, der Titan X, wurden aus Yield-Gründen zwei Shader-Multiprozessoren à 128 ALUs deaktiviert. Wie gehabt hängen an jeder ALU-Gruppe zwei Quad-TMUs, sodass sich die Gesamtzahl der Textureinheiten auf 224 beläuft. Über 96 Raster-Endstufen sind sechs 64-Bit-GDDR5X-Speichercontroller angeschlossen, welche den 10 GT/s schnellen und 12 GiByte großen Grafikspeicher unterstützt von 3 MiByte Level-2-Cache anbinden. Das volle Paket, von Nvidia als "GP102-450" bezeichnet, wurde erst im April 2017 in Gestalt der Titan Xp ausgeliefert. Hier kommen alle 30 SMs, somit 3.840 ALUs sowie ein auf 11,4 GT/s beschleunigter GDDR5X zum Einsatz. Gegenüber Maxwell 2.0 (Geforce GTX 900) haben die Nvidia-Ingenieure keine fundamentalen Änderungen vorgenommen. Abgesehen von der überarbeiteten Delta-C-Kompression zwecks effizienterer Speichertransferratennutzung sind die Unterschiede bei Pascals Shader-Multiprozessoren mit der Lupe zu suchen. Caches, Register, Shader-ALUs, FP64-Rate, Shared Memory – all das bleibt ansatzweise gleich. Ein jeder Shader-Multiprozessor beherbergt unter anderem vier 32 FP32-ALUs, vier 8 Load-/Store-Einheiten, zweimal vier Textureinheiten und außerdem vier FP64-ALUs für doppeltgenaue Berechnungen. Der im Profi-Chip GP100 vorhandene, doppelte FP16-Durchsatz fiel hingegen dem Rotstift zum Opfer. Eine für moderne Spiele wichtige Neuerung verdient jedoch Erwähnung. In Maxwell-GPUs mussten die einzelnen SMs vom Treiber in den Compute- oder Grafikmodus versetzt werden. Eine Mischung aus beidem, wie es AMDs GCN-Architektur längst erlaubte, war nicht möglich. Eine Neuzuteilung war nur möglich, wenn dazu die ganze GPU kurz angehalten wurde - mit fatalen Folgen für die Performance. Pascal konnte erstmals seine Betriebsart von Compute zu Grafik und umgekehrt schnell umschalten. Zwar mussten die SMs ihre gerade laufende Aufgabe zu Ende bearbeiten, die Unterbrechung (Preemption) konnte aber wesentlich feinkörniger als zuvor erfolgen, was in Zeiten immer compute-lastigerer Spiele Gold wert war. Quelle: PC Games Hardware Schon zu Zeiten der ersten Titan-Karten, welche im Gegensatz zur Titan X (Pascal) noch mit einer deutlich schnelleren Double-Precision-Leistung aufwarten konnten, wollte Nvidia nicht nur betuchte Gamer, sondern auch semi-professionelle Anwender adressieren. GP102 sollte dies mit der Unterstützung für INT8-Berechnungen erreichen, die durch das Zusammenpacken in Dot-Product-2- und -4-Bündel (dp2a, dp4a) einen zwei- respektive viermal so hohen Durchsatz erreichen wie die "normalen", Gaming-relevanten FP32-Berechnungen. Speziell die Deep-Learning-Anwendungen, vor zehn Jahren einer der Wachstums-Hoffnungsträger der Branche (!), kamen und kommen für das Anlernen (Training) und die Rückschlüsse (Inference) mit 16 oder gar 8 Bit pro Komponente aus, ohne dass die Genauigkeit der Ergebnisse darunter leidet. Entsprechend erfreut waren Spezialisten im Jahr 2016 über den Support und die mögliche Beschleunigung durch die neue Grafikkarten-Generation. DLSS? Raytracing? Frame Generation? Schlussendlich war es die schiere Masse aus Einheiten und Takt, mit der Pascal seine brachiale Gaming-Leistung erbrachte. Als erste Gaming-GPUs robbten sich der GP104 (GTX 1070, GTX 1080) und GP102 (GTX 1080 Ti, Titanen) an die 2-GHz-Marke heran, was für eine geringe Latenz und hohe Bildraten sorgte. Heute gefragte Features wie DLSS-Upsampling, Frame Generation oder Raytracing waren im Pascal-Pflichtenheft jedoch kein Thema, der Chip verfügt weder über Tensor-Kerne, noch Raytracing-Einheiten. Der noch 2017 veröffentlichte Superchip Volta (Titan V im XXL-Nachtest) schlägt die Brücke mit den ersten Tensor-Cores, Raytracing hält jedoch erst in der 2018er-Architektur Turing Einzug (RTX 2080 Ti im XXL-Nachtest).