Pascal GP100: Nvidias Grafikchip besteht aus 15 Milliarden Transistoren

Nvidia-Chef Jen-Hsun Huang hat auf der Keynote der GPU Technology Conference 2016 in San Jose, Kalifornien, den GP100-Grafikchip samt der Tesla-P100-Beschleunigerkarte angekündigt. Die auf der Pascal-Architektur basierende Tesla P100 erreicht eine Geschwindigkeit von 10,6 Teraflops bei einfacher Genauigkeit (FP32), was für Spiele wichtig ist. Die für wissenschaftliche Anwendungen relevante FP64-Performance (doppelte Genauigkeit) gibt Nvidia mit 5,3 Teraflops an - das Verhältnis 2:1 gab es bisher nur bei AMD.

Der GP100-Chip wird im 16FF-Prozess bei der TSMC gefertigt und besteht aus 15 Milliarden Transistoren. Zum Vergleich: Nvidias aktueller GM200 der Titan X integriert 8 Milliarden Transistoren und AMDs Fiji der Fury X 8,9 Milliarden Transistoren. Die Die-Fläche des GP100 gibt Nvidia mit enormen 610 mm² an, was etwas größer als der GM200 (601 mm²) und der Fiji (596 mm²) ist. Der Chip soll sich bereits in der Serienfertigung befinden, was angesichts der Maße erstaunlich ist. Fragen zur Yield-Rate wollte Nvidia nicht beantworten.

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Die Tesla P100 schafft 21,2 Teraflops. (Foto: Marc Sauter/Golem.de)

Die Basis für den neuen GP100 bilden sechs Graphics Processor Cluster (GPC). Jeder enthält fünf Texture Processor Cluster (TPC) mit zwei Streaming Multiprocessors (SMP) mit 64 Shader- und 40 Textur-Einheiten, was an AMDs GCN erinnert. Insgesamt bietet der Chip ergo 3.840 ALUs und 240 TMUs, der L2-Cache fasst 4 MByte. Hinzu kommen 15,36 MByte an Register-Speicher für schnelle On-Chip-Berechnungen. Das Speicherinterface ist 4.096 Bit breit und nutzt High Bandwidth Memory (HBM2), der mit auf einem Interposer sitzt.

Für die Tesla P100 schaltet Nvidia 3.584 Shader-Einheiten frei und taktet sie mit 1.328 MHz Basis- und 1.480 MHz Boost-Frequenz. Daraus resultieren 21,2 Teraflops bei halber Genauigkeit (FP16). Bei einfacher Genauigkeit (FP32) sind es 10,6 Teraflops und bei doppelter Genauigkeit (FP64) noch 5,3 Teraflops. Nvidia verbaut FP32-Einheiten, die pro Takt zwei FP16-Berechnungen durchführen können, und dedizierte FP64-ALUs. Das 4:2:1-Verhältnis ist untypisch, bisherige Nvidia-Architekturen beherrschen bis zu 3:1 für FP32/FP64. Nicht beschleunigt ist INT8, also Integer mit acht Bit Genauigkeit, was andere Pascal-Chips bei vierfacher FP32-Geschwindigkeit ausführen können (sofern freigeschaltet).

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Tesla P100 (Foto: Marc Sauter/Golem.de)

Am 4.096-Bit-Interface hängen 16 GByte HBM2 von Samsung. Die vier Stacks liefern eine Datentransfer-Rate von 720 GByte pro Sekunde. Das entspricht rund 1,4 GHz - HBM2 schafft allerdings bis zu 2 GHz. Da die Tesla P100 allerdings keinen GP100-Vollausbau nutzt, ist eine gedrosselte Speichergeschwindigkeit sinnvoll, um die 300 Watt TDP einzuhalten.

Vorerst erhalten Cloud-Plattform-Anbieter Zugriff auf die Tesla-P100-Karten, einzelne Hersteller folgen im ersten Quartal 2017. Ein auf dem GP100 basierendes Geforce-Modell hat Nvidia nicht angekündigt.