Architektura Fermi - Nvidia GF100 se představuje | Kapitola 2
Seznam kapitol
Nová generace grafických karet Nvidia byla už několikrát odložena a každá novinka vzbudí rozruch. Velká většina dosavadních informací byla spíše spekulativního rázu, ale ve dnešním článku vám konečně můžeme nabídnou konkrétní fakta o architektuře a vlastnostech čipu. Získali jsme je přímo na konferenci Deep Dive v Las Vegas.
Už mnoho let přináší NVIDIA do odvětví 3D grafiky a architektury GPU inovace, které si žádná stále vyšší stupeň realizmu a směřování k vyšší věrnosti zobrazení ve hrách. V roce 1999 to byla GeForce 256 s hardwarovou transformací a osvětlením, v roce 2000 pak GeForce 3 přinesla programovatelné shadery. Ne mnoho úspěšná GeForce FX uměla počítat s 32-bitovou přesností a GeForce 8 jako první nabídla unifikované, skalární shadery.
Nové jádro označené GF100 je založené na zcela nové architektuře Fermi, jež je od všech minulých značně odlišná. V říjnu minulého roku jsme si představili tuto architekturu jako celek, spíše zaměřený na oblast HPC (náročných vědeckých výpočtů). Nyní nastal čas pohovořit o Fermi jako herním GPU a co do této oblasti přináší. Kromě architektonických změn a vylepšení právě pro HPC, nabízí toto nové jádro i spoustu novinek právě pro hráče, jak řekl Jen-Hsun Huang na CES: "NVIDIA je stále hlavně společností vyrábějící GeForce, herní grafiky".
GF100 v sobě implementuje DirectX 11, včetně hardwarových Teselátorů a plné podpory DircetCompute. Schopnosti ale sahají až k technologiím budoucnosti, jako jsou Raytracing, nezávislá transparence a simulace kapalin. Kromě samotného výpočetního a herního výkonu byla také významně vylepšena vizuální stránka. S GF100 je umožněno se přiblížit reálné grafice Hollywoodských trháků díky Teselaci a geometrickému realismu (vysvětlíme si později) postav a objektů. Kromě toho byl také značně navýšen výpočetní výkon pro PhysX, jež se tak může stát konečně použitelnou součástí her.
Výrobce si s jádrem GF100 klade za cíl následující: Vysoký herní výkon, nejvyšší možná kvalita obrazu, geometrický realismus rovnající se počítačem modelovaným postavám velkofilmů a revoluční výpočetní výkon pro hry. Všechny tyto body si pojďme vysvětlit blíže.
Vysoký herní výkon - Jádro GF100 bylo navrženo a vyrobeno k převzetí trůnu grafických karet, jako nejvýkonnější GPU, co kdy bylo zkonstruováno. Třetí generace Stream procesorů a jejich dvojnásobný počet vůči předešlé generaci jsou hlavní devizou čipu. Geometrická pipeline byla zcela přepracována a výkon v běžných grafických operacích jako "stream-out" nebo "culling" (výpočet neviditelných hran) byl značně navýšen. Počet ROP jednotek byl zdvojnásoben, také propustnost doznala významného nárůstu, což napomůže provozování vícero monitorů bez větší ztráty výkonu. Díky lepší ROP kompresi byl také významně navýšen výkon s vyhlazováním 8xMSAA. Pochopitelně konkrétní výsledky pro podložení prezentace nemáme a teprve až reálné testy ukáží, jesti má nová GF100 opravdu na označení nejvýkonnějšího GPU.
Nejvyšší možná kvalita obrazu - Jádro GF100 podporuje až 32xCSAA vyhlazování, skládající se z osmi multisamplů a dvaceti čtyř krycích samplů (24+8). Nově CSAA také podporuje na všech samplech funkci "alpha-to-coverage" umožňující lepší vyhlazování vegetace a průhledných (transparentních) textur. GF100 umožňuje nejvyšší kvalitu obrazu pro všechny hrany polygonů a alfa textury, jen s minimálním dopadem na výkon. Také shadow mapping byl vylepšen a je hardwarově akcelerován dle Gather 4 (samo-osvětlování dle scény).
Geometrický realismus - V herním prostředí byl vždy kladem důraz na pixelové efekty a geometrický realismus stál vždy v pozadí. Nejlépe vypadající PC hry mají dnes jeden až dva miliony polygonů v jednom framu, s tím kontrastují stovky milionů polygonů v jednom snímku počítačem renderovaného políčka filmu. S jádrem GF100 se chce NVIDIA přiblížit více realitě právě filmů a došlo k přepracování poměrů jednotek. V materiálu je příklad s kartami GeForce FX a GeForce GTX 285. GeForce GTX 285 má sto padesátkrát vyšší výkon v operacích se shadery, ale je pouze třikrát výkonnější v geometry operacích. To naznačuje poměry obou těchto částí, jež jsou ale dnes běžné.
Revoluční výpočetní výkon pro hry - Jak se dnešní hry stále přibližují realističtější filmové grafice, rostou také nároky na výpočty prováděné programovatelnými shadery. Prvním GPU s možností využití k výpočtům bylo G80, výrobce se od té doby v mnohém poučil a také naučil. Všechna tato zjištění jsou aplikována v GF100. V tuto chvíli nemá smysl nijak se do hloubky touto částí zabývat, budeme se jí ještě věnovat. Ohledně výpočetních možností Fermi bylo napsáno už mnohé. Za zmínku možná stojí, že architektura Fermi byla vyvíjena přes čtyři roky.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
