Architektura a detaily GPU Nvidia Ampere/GeForce RTX 3000 a čipů GA102 a GA104

Pro začátek nejdříve oficiálně potvrzené charakteristiky čipů. Jak již víme, jsou vyráběné procesem „8N“, což znamená 8nm proces Samsungu s úpravami specifickými pro Nvidii, které by měly přinášet lepší charakteristicky.

Velký (herní Ampere) GA102

Čip GA102, který je v RTX 3080 a RTX 3090, má plochu 628,4 mm² (únik od twitterového leakera kopite7kimi říkal 672 mm², což je tak blízko, že si nejspíš nevymýšlel). Obsahuje 28 miliard tranzistorů, což dává vysokou hustotu tranzistorů (44,6 milionů na mm², proti 24,7 milionům u Turingu TU102).

Čip obsahuje 84 bloků SM uspořádaných do zdá se sedmi bloků GPC neboli Graphic Processing Clusters (každý obsahuje 12 bloků SM). Jeden blok SM má 128 shaderů (proti 64 v architektuře Turing). Základním stavebním kamenem není přímo blok SM, ale pár bloků SM, který je sdružený to tzv. bloku „TPC“ (Texture Processing Cluster), těch je v čipu tedy 42. Čip má 384bitovou sběrnici a 6 MB L2 cache. Počet tensor jader je 336 a RT jader 84. Celkej má čip 10 752 shaderů.

Schéma čipu GA102 v GeForce RTX 3090 Zdroj: techPowerUp

V modelu GeForce RTX 3090 Nvidia vypíná dva bloky SM (jeden TPC), což je asi minimum, co se dá najednou vypnout. Počet RT jader a současně i bloků SM tím klesá na 82 (41 TPC), tensor jader je 328, shaderů 10 496.

Konfigurace GeForce RTX 3080 má stejné GPU výrazněji ořezané. Nvidia zde ponechává jen 8704 shaderů, jen 320bitovou paměťovou sběrnici a také je neaktivní rozhraní NVLink pro SLI. Ořezání by modelově mělo vypadat tak, že je vypnutý vždy jeden celý GPC ze sedmi a dále dva TPC v nějakém dalším (nebo dvou dalších). Je ale asi možné, že ořezání může vypadat i jinak (tedy že by bylo aktivních 7 GPC), jinak by si tímto Nvidia poměrně svazovala ruce při využívání zmetků z výroby – není-li chybovost velmi nízká. RTX 3080 má 68 bloků SM (34 TPC), 68 RT jader a 272 tensor jader. Nemáme informace o tom, že by byla osekána L2 cache.

Schéma čipu GA102 v GeForce RTX 3080 Zdroj: techPowerUp

Menší Ampere: GA104

Levnější mainstreamovější čip GA104, který bude v kartách už od 499 dolarů (a eventuálně možná i levnějších), obsahuje 17,4 miliardy tranzistorů, což je o něco málo méně než TU102. Jeho plocha je 392 mm², tedy o dost menší, než TU102. Na tom je vidět škálování mezi 12nm (16nm generace) a 8nm (10nm generace) procesem.

Toto GPU má aktivních 46 SM, tedy 5888 shaderů, 184 tensor jader, 46 RT jader. Ovšem nevíme jistě, zda je jich na čipu fyzicky víc, nebo je to plná palba. Sběrnice pamětí je 256bitová a čip má 4 MB L2 cache.

ROP už nejsou navázané na paměťový subsystém

Velmi zajímavá změna nastala u rasterizačních jednotek. Ty bývaly dlouho navázané na řadič pamětí a šířka sběrnice tak nepřímo udávala, kolik ROP je v GPU přítomných/aktivních. Karty s 384bitovou sběrnicí by měly 96 ROP, ty s 256bitovou 64 ROP a tak dále. U Ampere je ale Nvidia oddělila a ROP jsou místo toho distribuované v blocích SM. Podle Nvidie tato změna příslušnosti nemá příliš ovlivňovat celkový výkon, ale znamená, že kapacita rasterizérů škálovat nahoru se šířkou GPU co do počtu bloků SM/shaderů.

Článek pokračuje na další straně.

Galerie: Architektura a detaily GPU Nvidia Ampere

Všechny fotografie