Fermi (architecture de carte graphique)

Fermi est le nom de code d'une architecture de carte graphique de la société NVidia[1]. Les premières cartes, gravées en 40 nm, sont sorties en mars 2010[2] et comportent plus de 3 milliards de transistors, soit plus qu'un micro-processeur courant. Certaines GeForce M disposent de processeurs gravés en 28 nm au lieu de 40 nm[3].

Historique

  • Mars 2010, NVidia sort la GTX 480, la première carte graphique à utiliser l'architecture Fermi avec le GF 100. Même si la carte est la plus puissante du moment elle souffre d'une surconsommation, de températures très élevées, tout en étant bruyante. À cause de ces inconvénients un des SM est désactivé.
  • Novembre 2010, sortie de la GTX 580, par rapport au GF 100 de la GTX 480, son GF 110 dispose des 16 SM de Fermi, et de petites améliorations permettent de réduire un peu la consommation, et l'utilisation d'un refroidissement amélioré réduit les nuisances sonores.
  • Mars 2011, lancement de la GTX 590, une carte bi-GPU qui utilise deux GF 110. C'est la plus puissante carte utilisant l'architecture Fermi.
  • Avril 2012, arrêt de la fabrication des GTX 580 et abandon de l'architecture Fermi.

Architecture

On retrouve une puce gravée en 40 nm organisée selon quatre GPC. Chaque GPC contient quatre SM qui contiennent diverses unités spécialisées (comme les unités de ROP ou de texture, par exemple). Une puce contient 48 unités de ROP. Pour soutenir les SM, la puce propose deux niveaux de mémoire cache auxquels il faut ajouter la quantité de GDDR5[4].

Le GPC

Le GPC ou Graphics Processing Cluster est l’équivalent d'un cœur d'un microprocesseur sauf qu'il est dépourvu de mémoire cache, il est constitué de quatre SM.

Le SM

Un SM peut contenir jusqu'à 32 cœurs CUDA et quatre unités de textures dans la version la plus évoluée, ainsi que le premier niveau de mémoire cache. Chaque SM se dote d'un double scheduler. Le scheduler est une sorte de chef de gare qui va agencer et distribuer le travail en fonction de la charge et des unités disponibles. Chaque scheduler peut envoyer une instruction à 16 processeurs CUDA à chaque cycle d'horloge. Le SM utilise le système de double cadencement qui multiplie par deux la fréquence des cœurs CUDA.

GPU utilisant l'architecture Fermi

  • GF100 : il est utilisé dans les GTX 480
  • GF104 : il est utilisé dans les GTX 460
  • GF106 : il est utilisé dans certaines GT 440, dans les GTS 450
  • GF108 : il est utilisé dans les GT 430, certaines GT 440, GT 530, certaines GT 630, certaines GT 730
  • GF110 : il est utilisé dans les GTX 560 Ti 448 Core, les GTX 570, les GTX 580 et les GTX 590
  • GF114 : il est utilisé dans les GTX 560 Ti et les GTX 560
  • GF116 : il est utilisé dans les GTX 550 Ti, GeForce GT 640
  • GF119 : il est utilisé dans les GT 520[5], GeForce 605, GeForce GT 610, GeForce GT 620
  • GF117 : gravure 28 nm[6]

Sous la marque GeForce

Modèles GeForce GT 520 GT 545 GTX 550 Ti GTX 560 SE GTX 560 GTX 560 Ti GTX 560 Ti 448 GTX 570 GTX 580 GTX 590
Finesse de gravure 40 nm
Code de la puce GF119-300 GF116 GF116-400 GF114-200 GF114-325 GF114-400 GF110-270 GF110-275 GF110-375 2x GF110-351
Surface de la puce 79 mm² 238 mm² 332 mm² 520 mm² 2x 520 mm²
Nombre de transistors 0.29 G 1.17 G 1.95 G 3.0 G 3.0 G
Fréquence GPU (MHz) 810 720 900 736 810 823 732 732 772 608
Fréquence Shaders (MHz) 1620 1440 1800 1472 1620 1645 1467 1467 1544 1215
Cœurs CUDA 48 144 192 288 336 384 448 480 512 2x 512
Unités de texture 8 24 32 48 56 64 56 60 64 2x 64
ROP 4 16 24 24 32 32 40 40 48 2x 48
Cache L2 (ko) 128 256 384 384 512 512 640 640 768 768
Type de mémoire DDR3 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5
Capacité mémoire (Go) 1 1.5 1 1 1 1 1.28 1.28 1.5 2 x 1.5
Largeur du bus mémoire (bits) 64 128 192 192 256 256 320 320 384 2 x 384
Débit mémoire (Go/s) 14.4 38.4 98.5 92 128 128 152 152 192 2 x 164
Fréquence mémoire (MHz) 900 800 1026 957 1000 1000 950 950 1000 854
Enveloppe thermique (W) 30 70 116 150 150 170 210 220 244 375
Calcul FP32 155 GFLOPS 415 GFLOPS 691 GFLOPS 847 GFLOPS 1.08 TFLOPs 1.2 TFLOPs 1.3 TFLOPs 1.4 TFLOPs 1.6 TFLOPs 2.4 TFLOPs
Calcul FP64 13 GFLOPS 34 GFLOPS 57 GFLOPS 70 GFLOPS 90 GFLOPS 105 GFLOPS 164 GFLOPS 176 GFLOPS 197 GFLOPS 311 GFLOPS
Date de sortie avril 2011 mai 2011 mars 2011 février 2012 mai 2011 janvier 2011 novembre 2011 décembre 2010 novembre 2010 mars 2011

Sous la marque Quadro

Modèles Quadro 600 Quadro 2000 Quadro 4000 Quadro 5000 Quadro 6000 Quadro 7000
Finesse de gravure 40 nm 40 nm 40 nm 40 nm 40 nm 40 nm
Code de la puce GF108 GF106-875 GF100-825 GF100-850 GF100-850 GF110
Surface de la puce 116 mm² 238 mm² 529 mm² 529 mm² 529 mm² 520 mm²
Nombre de transistors 0.58 G 1.17 G 3.1 G 3.1 G 3.1 G 3.0 G
Fréquence GPU 640 MHz 625 MHz 475 MHz 513 MHz 574 MHz 651 MHz
Fréquence Shaders 1280 MHz 1250 MHz 950 MHz 1026 MHz 1157 MHz 1301 MHz
Cœurs CUDA 96 192 256 352 448 512
Unités de texture 16 32 32 44 56 64
ROP 4 16 32 40 48 48
Cache L2 128 Ko 256 Ko 512 Ko 640 Ko 768 Ko 768 Ko
Type de mémoire DDR3 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5
Capacité mémoire 1 Go 1 Go 2 Go 2.5 Go 6 Go 6 Go
Largeur du bus mémoire 128 bits 128 bits 256 bits 320 bits 384 bits 384 bits
Débit mémoire 25.6 Go/s 41.6 Go/s 89.8 Go/s 120 Go/s 143.4 Go/s 177.4 Go/s
Fréquence mémoire 800 MHz 650 MHz 702 MHz 750 MHz 747 MHz 924 MHz
Enveloppe thermique (TDP) 40 W 60 W 140 W 150 W 204 W 204 W
Calcul FP32 245 GFLOPS 480 GFLOPS 486 GFLOPS 722 GFLOPS 1.03 TFLOPS 1.3 TFLOPS
Calcul FP64 20 GFLOPS 40 GFLOPS 243 GFLOPS 361 GFLOPS 518 GFLOPS 667 GFLOPS
Date de sortie décembre 2010 décembre 2010 novembre 2010 février 2011 décembre 2010 mai 2012

Nouvelles gammes

Selon la roadmap de Nvidia, les nouvelles gammes de carte se nomment respectivement Kepler et Maxwell [7]. Les gains en performance annoncés par le constructeur entre chaque gamme sont :

  • 4-6 GFLOPS par watt en double précision pour Kepler
  • 15-16 GFlops par watt en double précision pour Maxwell.

L'architecture Maxwell était attendue pour 2013 mais elle ne sera pas utilisée avant 2014[8].

Notes et références

  1. [PDF] Whitepaper - NVIDIA’s Next Generation - CUDATM Compute Architecture: FermiTM V1.1, sur nvidia.fr, consulté le 27 septembre 2018
  2. nVidia présente Fermi, sa nouvelle architecture GPU aux performances de supercalculateur, sur zdnet.fr u 2 octobre 2009, consulté le 27 septembre 2018
  3. GeForce GT 640M, le Kepler mobile de NVIDIA, sur clubic.com du 26 mars 2012, consulté le 27 septembre 2018
  4. NVIDIA GeForce GTX 480 : DirectX 11 chez NVIDIA, sur clubic.com du 26 mars 2010, consulté le 27 septembre 2018
  5. Voir GeForce
  6. Nouvelles GeForce 600M : Fermi et Kepler, sur hardware.fr du 29 mars 2012, consulté le 27 septembre 2018
  7. (en)Hardware - NVidia Product Roadmap – Fermi, Kepler, and Maxwell, sur vizworld.com de septembre 2010, consulté le 27 septembre 2018
  8. Nvidia Kepler et Maxwell : 2012 et 2014, sur hardware.fr du 7 juillet 2011, consulté le 27 septembre 2018

Articles connexes