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GTC 2014: NVIDIA präsentiert NVLINK, 3D Memory und neue 'Pascal'-GPU

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gtc2014Wie jedes Jahr eröffnet NVIDIAs CEO Jen-Hsun Huang die GPU Technology Conference - so auch in diesem Jahr. Bereits gestern sickerten die ersten Informationen zum möglichen Inhalt der Keynote durch. Das Motto lautet: „Let us show the world what is next“.

Zu Beginn bekräftigt Jen-Hsun aber noch einmal die vergangenen und weiterhin stattfindenden Anstrengungen im wissenschaftlichen Feld. Das Interesse an Hard- und Software werde immer größer, die GTC haben von Jahr zu Jahr einen größeren Zulauf. Von der Medizin, über Geografie bis hin zur Raumfahrt - inzwischen sieht sich NVIDIA in allen wissenschaftlichen Bereichen vertreten und will diese Entwicklung weiter fortsetzen.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

NVLINK


Die erste Neuvorstellung der GTC 2014 in Sachen GPU-Technologie ist NVLINK. Dabei geht NVIDIA die offensichtlichen Flaschenhälse beim Datenaustausch eines Systems an. Diese sind über die unterschiedlichen Komponenten höchst unterschiedlich in der Performance bzw. Bandbreite. So beträgt die Bandbreite für PCI-Express bis zu 16 GB pro Sekunde. Zwischen dem Arbeitsspeicher und dem Prozessor sind es 60 GB pro Sekunde und moderne GPUs kommen über ein 512 Bit breites Speicherinterface auf über 300 GB pro Sekunde. Doch inzwischen sind den Herstellern auch technische Grenzen entgegengesetzt. So ist es kaum noch möglich, das Speicherinterface breiter zu machen. Bereits heute sind hunderte Pins für den Datenaustausch verantwortlich und das Package einer modernen GPU hat Dimensionen angenommen, die vor einigen Jahren noch nicht denkbar waren. NVLINK soll zumindest einige dieser Probleme beheben.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

NVLINK ermöglicht den Unified-Memory, also einen gemeinsamen Speicher für die GPU und den Prozessor. Weiterhin ermöglicht NVLINK aber auch einen koherenten Cache, also auch die Cache-Domains können zusammengelegt und gemeinsam genutzt werden. Angesteuert wird der NVLINK über das PCI-Express-Interface und über die DMA-Engine kann NVLINK auch programmiert werden. Über eine eigene Clock kann die Geschwindigkeit bzw. der Takt an die Bedürfnisse angepasst werden. Fünf bis zwölf mal schneller soll NVLINK im Vergleich zu PCI-Express sein.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

3D Memory auf „Pascal“-GPU

Bereits im vergangenen Jahr zeigte NVIDIA auf der GTC eine Roadmap, welche den Nachfolger von „Maxwell“ zeigen sollte. „Volta“ sollte dabei das erste GPU-Design mit Stacked Memory sein. Dabei ist der Speicher nicht mehr extern an die GPU angebunden, sondern befindet sich auf dem selben Die. Neben NVLINK will NVIDIA mit diesem 3D-Memory einen weiteren Flaschenhals des Systems öffnen.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

Stacked-Memory ist eigentlich nur ein anderer Name für das, was man heute als 3D-Memory erneut vorstellte. Dabei wird der DRAM-Speicher nicht mehr neben der GPU auf dem PCB untergebracht, sondern direkt auf der GPU. Dazu werden zusätzliche Silizium-Layer auf der GPU angebracht, sogenannte Through Silicon Vias (TSVs) verbinden beide Komponenten. Ähnliche Techniken werden heute bereits bei den modernen SoCs eingesetzt. So besitzt die PlayStation Vita einen 128 MB großen RAM im selben Package wie der SoC. Hier spricht man aber noch nicht von Staket Memory, 3D Memory oder TSV, da ein separater Chip im Package untergebracht ist. 3D-Memory geht noch einmal einen Schritt weiter.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

Durch die direkte Positionierung des Speichers auf der GPU sind die Verbindungen zwischen Speicherinterface und Speicher selbst extrem kurz und kompakt gehalten. Moderne GPUs werden in ihrer Speicherbandbreite vor allem durch die komplizierte Anbindung des Speicherinterfaces mit dem Speicher limitiert. So muss beim GPU-Design bereits die Position und Verdrahtung für das Speicherinterface beachtet werden. 3D-Memory vereinfacht dies über die Through Silicon Vias (TSVs) erheblich. So kann der Speicher nicht nur schneller takten und die Latenzen sind durch die kurze Anbindung gering, auch die Breite des Speicherinterfaces kann deutlich erhöht werden.

Bereits angesprochen haben wir die aktuelle Breite des Speicherinterfaces von 384 bzw. 512 Bit für aktuelle High-End-GPUs. Um die von NVIDIA erwähnten 1 TB/s zu erreichen, wäre es denkbar, dass 3D -emory mit einem 2.000 MHz DRAM bei einem 1.024 Bit breiten Speicherinterface anbindet. Möglich wären aber auch 1.000 MHz bei 2.048 Bit und die verschiedensten Konfigurationen dazwischen.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

Gleichzeitig mit NVLINK und 3D-Memory vergibt NVIDIA einen neuen Namen für die GPU. Diese wurde nun „Pascal“ genannt und befindet sich bereits in einer ersten Testphase, denn auf der Bühne zeigte Jen-Hsun ein erstes Testboard. Dieses hat rund ein Drittel der Größe einer typischen Grafikkarte und verfügt über Technologien wie NVLINK und eben 3D-Memory. Die Speicherbandbreite soll dabei zwei bis vier mal höher sein, als dies bei aktuellen Karten der Fall ist. Auch der Speicherausbau als solches ist deutlich höher - ebenfalls um den Faktor zwei bis vier. Die Anbindung des „Pascal“-Testboards erfolgt via NVLINK mit den ebenfalls bereits angesprochenen fünf bis zwölffach schnelleren Anbindung, als dies über das PCI-Express-Interface möglich ist.

NVIDIA GTC 2014 Keynote
NVIDIA GTC 2014 Keynote

Zuletzt gab NVIDIA auch noch einen Ausblick auf die aktuelle GPU-Roadmap. Diese sieht "Pascal" für 2016 vor - es wird also noch einige Zeit dauern, bis wir die entsprechenden Features sehen werden. Allerdings wollte NVIDIA im vergangenen Jahr noch gar keine Informationen zu "Volta" veröffentlichen.

Welche ist die beste Grafikkarte (GPU)?

Unsere Kaufberatung zu den aktuellen NVIDIA- und AMD-Grafikkarten hilft dabei, die Übersicht nicht zu verlieren. Dort zeigen wir, welche Grafikkarten aktuell die beste Wahl darstellen – egal, ob es um die reine Leistungsfähigkeit oder das Preis-Leistungs-Verhältnis geht.


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