NVIDIA Pascal: il punto sulla nuova architettura

L’uscita di soluzioni basate su Pascal è ancora lontana, ma sulla prossima architettura di NVIDIA si è già discusso molto. Quali saranno i nuovi chip grafici dell’azienda di Santa Clara? E cosa dobbiamo aspettarci?

NVIDIA Pascal: il punto sulla nuova architettura
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L'architettura per GPU Pascal guiderà la prossima iterazione di schede grafiche NVIDIA, sia in ambito consumer che in quello professionale, prendendo il posto dell'attuale Maxwell, migliorandola sotto quasi tutti i punti di vista. Nonostante manchi ancora molto all'apertura del sipario, di Pascal si è già parlato tantissimo e le informazioni da analizzare non sono poi così scarne. L'azienda di Santa Clara sta spingendo molto per promuovere il nuovo design, con il calcolo FP16, NVLink e le HBM2, che oramai appaiono chiaramente come caratteristiche cardine della prossima architettura. A metà anno si cambierà anche processo produttivo, passando ai 16 nanometri. Nel 2014 NVIDIA presentò Maxwell, che è stata l'ultima a fare utilizzo degli oramai sorpassati transistor a 28 nanometri. Tale processo è infatti impiegato per le schede grafiche sin dal 2012, quando NVIDIA lanciò Kepler ed AMD rispose con Graphics Core Next 1.0. I 28 nm hanno regalato agli appassionati ottime GPU - vedasi i core GM200 e i Fiji XT - ma in futuro hanno davvero poco altro da dire. La potenza grafica a disposizione degli utenti e dei professionisti aumenta vertiginosamente ogni anno, e per tenere fede all'incremento prestazionale i 16 nanometri sono orami la scelta obbligata.

I 16 nanometri ed il FinFET

Piuttosto che offrire soluzioni grafiche a tutto tondo, sia NVIDIA che AMD hanno deciso lo scorso anno di proporre qualcosa che fosse focalizzato esclusivamente sull'ambito gaming. In pratica le due aziende hanno tagliato le prestazioni con i dati FP64 - di cui beneficiano solo applicazioni professionali o relative all'HPC (High Performance Computing) - ponendo di conseguenza l'accento sulle capacità computazionali FP32. Ciò è accaduto perché NVIDIA ed AMD avevano già coscienza del fatto che i 28 nanometri fossero allo stremo, ed offrire qualcosa in grado di garantire un salto prestazionale su entrambi i fronti avrebbe richiesto un die decisamente più ampio, facendo lievitare enormemente i costi. Restringere i transistor passando ad un processo produttivo più moderno è sinonimo di un aumento di performance, ed è anche per tale motivo che Pascal è così tanto attesa dagli appassionati.
Il FinFET sarà impiegato per costruire i prossimi chip grafici di NVIDIA, assicurando anche maggiore efficienza energetica. TSMC, GlobalFoundries e Samsung sono le tre fonderie che possiedono il know-how necessario per fabbricare le GPU di prossima generazione; NVIDIA si rivolgerà alla prima, in quanto in grado di proporre il FinFET+, una tecnologia che promette un piccolo step in avanti se confrontato ai comuni 16 nm. Rispetto invece ai 28 nm, il nuovo livello dovrebbe dimostrare velocità migliorate del 65%, densità di transistor quasi doppia ed il 70% in meno per quanto riguarda i consumi.
Con i 16 nm FinFET+ assisteremo a un salto prestazionale decisamente robusto, con una crescita delle prestazioni sino al 50%. Il processo produttivo accompagnerà come minimo due generazioni di schede grafiche e dovremmo quindi vederlo anche su NVIDIA Volta, ovviamente ulteriormente rifinito e potenziato.

NVIDIA GP107 e GP106, Pascal entry-level ed economico

Le schede grafiche Pascal con specifiche e caratteristiche base saranno realizzate dal chip GP107. Questo core costituirà infatti l'offerta entry-level del colosso americano, in modo simile a quanto fece nel 2014 il chip GM107 a bordo della GeForce GTX 750 Ti. Essa rappresentò un primo assaggio dell'enorme efficienza del design Maxwell. E' lecito quindi aspettarsi schede video senza connettore PCI-E ausiliario e con un consumo massimo che non superi 60 Watts. Un buon obiettivo sarebbe quello di fare meglio e rimanere al di sotto della soglia dei 50W, ma sarà tutto da vedere.
Le schede grafiche con GP107 dovrebbero rimanere al di sotto dei 150 euro, settore del mercato che per NVIDIA è di vitale importanza - soprattutto al fine competere con l'autorevole presenza della rivale AMD. Intuitivamente collocheremmo tale chip in quelli capaci di pilotare videogiochi a 1080p senza troppi problemi.
NVIDIA GP106 è l'emblema del livello successivo. Si tratta di un'altra GPU di rilievo per la società, in quanto andrà a collocarsi sulle proposte budget-oriented. Per molti giocatori GP106 significherà massimo rapporto fra prezzo e prestazioni, con schede grafiche che non dovrebbero superare i 120W a pieno carico. Come immaginabile, GP106 subentrerà a GM106, chip che attualmente è associato a soluzioni del calibro della GeForce GTX 960. Probabilmente NVIDIA sta pensando anzitutto ad incrementare la larghezza del bus di memoria e la capacità dello stesso; l'intenzione è già stata dimostrata con il progressivo abbandono delle GTX 960 da 2GB in favore di quelle con 4GB di VRAM. Il problema è che alcuni contesti saturano il bus da 128 bit di GM106, creando un concreto collo di bottiglia nonostante la Color Compression di Maxwell. L'azienda ha individuato l'intoppo e vuole giustamente porvi rimedio.
Il precedente GM106 è stato direttamente messo a paragone con il prototipo di GPU AMD Polaris al CES 2016, certificando come il secondo ottenga le stesse prestazioni di una GTX 950 ma con consumi nettamente inferiori. GP106 dovrà quindi quantomeno pareggiare quanto mostrato da AMD, gestendo in modo oculato sia il fattore prestazioni che quello relativo ai consumi. Le GPU basate su GP106 dovrebbero mettere a disposizione un solo connettore PCI-E aggiuntivo, in modo simile a GTX 950 e GTX 960.
Si tratta dello stesso chip utilizzato, con ogni probabilità, anche sul Drive PX 2, visto al Consumer Electronics Show di Las Vegas. Se così fosse gli utenti avrebbero a disposizione circa 3 TFLOPS di potenza, cioè un incremento di circa 0,7 TFLOPS rispetto a quelli generati da GM206.

NVIDIA GP104, GTX 970 di nuova generazione

Il successo di NVIDIA Pascal passa principalmente dalla bontà della GPU GP104. Essa sarà indirizzata agli utenti un pochino più esigenti, che però non vogliono spendere un capitale. In pratica sarà il successore del GM204 della GeForce GTX 970, il che lascia intendere il suo peso nell'economia dell'azienda. Chip di questo tipo un tempo servivano la fascia media di NVIDIA, ma da qualche tempo l'azienda ha aggiustato la mira verso il livello medio-alto, con prezzi intorno ai 300 euro. L'anno scorso la società americana ha aumentato leggermente il prezzo dei prodotti come la GTX 970, semplicemente perché queste GPU sono estremamente competitive nella propria zona di competenza. Non a caso, tale schede grafica è risultata essere una delle più vendute di tutti i tempi e di conseguenza il costo non è sceso nemmeno di un centesimo col passare del tempo. Inoltre, nonostante la questione dei 3,5GB di RAM, i numeri della GTX 970 sono destinati a salire ancora, segno che gli utenti hanno apprezzato davvero tanto la GPU di NVIDIA.

Non dimentichiamo però la GTX 980 che, seppur non abbia riscontrato le vendite della sorella minore, si è sempre difesa molto bene. Su GP104 saranno quindi basate le schede video prezzate dai 300 fino ai 550 euro, per un range davvero molto ampio. Non solo sarà costruito con un processo produttivo più raffinato, ma porterà un profondo supporto alle ultime librerie grafiche e soprattutto alle memorie GDDR5X/GDDR6, che sono il nuovo standard che prenderà piede a partire da metà 2016. C'è un sottile filo che lega alcune versioni particolari del GP104 alle memorie HBM2, ma conviene non sperarci troppo perché potremmo rimanere delusi. GM204 concede 4,6 TFLOPS di potenza computazionale e, mettendo insieme le informazioni in nostro possesso, possiamo agevolmente pronosticare un incremento di tale valore più o meno del 40% con la nuova generazione.

NVIDIA GP100, la forza bruta di Pascal

Se GP104 è il chip Pascal di fascia medio-alta, allora GP100 rappresenta il suo culmine. Attorno ad esso saranno infatti progettate le prossime teste di serie NVIDIA, che porteranno al limite la prossima architettura. Con i suoi 17 miliardi di transistor, GP100 dovrebbe essere piazzato anche in soluzioni dedicate al settore dell'High Performance Computing, come il calcolo scientifico: occhio quindi alle performance FP64. Il più prestante chip Pascal sarà inoltre il primo ad essere corredato dalle nuove memorie HBM2, con un impressionante bandwidth di 1 TB/s e 32 GB di VRAM. Per questo ci sarà un bus decisamente ampio, con interfaccia presumibilmente a 4096 bit. Per quanto riguarda la potenza computazionale a singola precisione possiamo quindi immaginare un valore molto vicino a 10 TFLOPS, che rappresenterebbero la più elevata "horsepower" a disposizione di una scheda grafica consumer. Il prezzo di tali soluzioni supererà sicuramente i 600 euro e potrebbe arrivare sino ai 1000 euro di una eventuale prossima GTX Titan. Il GP100 potrebbe essere installato anche su alcune soluzioni Quadro, il che testimonia quanto questo chip possa essere versatile oltre che prestante. Grazie ad NVLink potrà poi interconnettersi con altre piattaforme HPC (High Performance Computing) con velocità di accesso fino a 200 GB/s.

NVIDIA NVIDIA ha una posizione di assoluto dominio nel settore delle schede video discrete, con un market share che recentemente ha abbattuto il muro dell’80%. Pascal ha tutta l’intenzione di volersi spingere ancora più in là, ma quest’anno la società di Santa Clara dovrebbe avere vita più dura perché anche AMD Polaris promette molto bene, con i primi prototipi che hanno già fatto vedere cose interessanti. Insomma, il 2016 sarà tutt’altra storia rispetto al recente passato. Sul fronte NVIDIA, i prodotti più critici saranno senza dubbio quelli basati su GP104, poiché mirano alla fetta di mercato che storicamente porta più introiti, considerati i volumi di vendita. Per quel che concerne GP100, invece, c’è una grossa possibilità di non vedere inizialmente la sua incarnazione più potente; è probabile che le prime schede grafiche basate su GP100 ne adotteranno una sua versione castrata. Si tratta di una supposizione che facciamo esclusivamente analizzando come NVIDIA ha agito in passato. Appuntamento agli inizi di aprile, giorni in cui andrà in scena la GPU Technology Conference che ci dirà sicuramente di più sulla nuova architettura.