Šta nam donosi Nvidia Pascal?

Nebojša Todorović
Pascal arhitektura donosi mnogo unapređenja i mnogo toga novog, ali je u samoj osnovi reč o istom konceptu koji se koristio za prethodnike po imenu Kepler i Maxwell. Kao i do sada, u komercijalno dostupnim proizvodima nova arhitektura debituje u drugom čipu po snazi. Pogađate, ove godine njegova oznaka je GP104  (GK104 – Kepler, GM204 – Maxwell). Reč je o čipu koji će se koristiti za naslednika GTX 980 modela, dok će snažniji GP100 čip za sada biti rezervisan za profesionalni Tesla P100 HPC model.
 
Novi GP104 čip je kao takav naslednik GM104 modela. Drago nam je da potvrdimo da je Nvidia konačno prešla u novi proizvodni proces što je po mišljenju većine bio glavni preduslov za dalji napredak u performansama. Zbog toga, GP104 sada ima površinu od 314 mm2, što ga zapravo čini manjim od GM104 čija površina iznosi 398 mm2.

I pored smanjene površine, GP104 je sačinjen od 2 milijarde tranzistora više  u odnosu na GM204, tako da ima ukupno 7.2 milijarde tranzistora. Za ovaj ogroman napredak je zaslužan prelazak sa 28-nanometrarske na 16nm FinFET litografiju, odnosno proizvodni proces.
Ukoliko bismo posmatrali samo sirovu snagu na osnovu brojki, GTX 1080 ima 25% više Stream procesora i oko 40% veći radni takt GPU-a u odnosu na GTX 980.
Sama organizacija je i dalje gotovo identična. Čip se sastoji iz 4 GPC (Graphics Processing Cluster) jedinice koje međusobno dele resurse kao što su PCI-Express 3.0 magistrala, 2 MB L2 keš memorije, osam memorijskih kontrolera, ROP jedinice itd.
 
Unutar svakog GPC-a se nalazi po 5 SM-a (Streaming Multiprocessor), jedan Raster Engine, čak pet PolyMorph Engine četvrte generacije, 40 teksturnih jedinica što je 8 po svakom SM-u. Na kraju, svaki SM poseduje po 128 CUDA jezgara odnosno Stream procesora. Dakle, po jednostavnoj računici možemo da izračunamo da GP104 poseduje 4 GPC X 5 SM X 128 CU = 2560 CUDA jezgara odnosno Stream procesora. Na prvi pogled ovo nije veliki pomak u odnosu na GM204 koji ima 2048 Stream proesora, ali treba imati u vidu znatna i brojna unapređenja na nivou arhitekture.

Pre svega, tu je unapređeni proizvodni proces, dizajn štampane ploče i naponske jedinice koji omogućavaju znatno povećanje frekvencije. Sada je za GeForce GTX 1080 povećan maksimalni GPU Boost takt na 1733 MHz što je znatno više u odnosu na 1216 MHz kod GTX 980. Razlika u nominalnim taktovima je praktično ista i iznosi oko 500 MHz. Ukoliko bismo posmatrali samo sirovu snagu na osnovu brojki, GTX 1080 ima 25% više Stream procesora i oko 40% veći radni takt GPU-a u odnosu na GTX 980. GPU Boost 3.0 je sada dodatno unapređen tako da se koristi sav dostupan prostor za dodatne performanse. Naime, sada postoji profil za povećanje frekvencije za svaki naponski nivo.

Mnogi su očekivali da GeForce GTX 1080 i Pascal donesu upotrebu HBM2 memorije, ali se to nije desilo. Nema dileme da HBM tehnologija predstavlja ogromnu revoluciju, ali je isto tako očigledno da njena implementacija ima poteškoća iz komercijalnog ugla. Nvidia je zaključila da je ograničenje prve generacije HBM-a na 4 GB nedovoljno, a da je HBM2 nedovoljno sazreo, pa je odluka razumna, ali možda i smislenija.
 
Odluka je doneta da se koristi najmoderniji GDDR5X RAM, koji čini GeForce GTX 1080 prvom grafičkom kartom na svetu koja ga koristi. Upotreba GDDR5X memorije je smanjila vreme potrebno za razvoj, olakšala kompaniji posao oko dizajniranja PCB-a i propratnih komponenti, a donela je pristojan memorijski protok na jednostavnoj 256-bitnoj magistrali. GDDR5X je evolucija klasičnog GDDR5 koncepta, koji donosi efektivne taktove čipova do 14 GHz.
Nvidia je zaključila da je ograničenje prve generacije HBM-a na 4 GB nedovoljno, a da je HBM2 nedovoljno sazreo, pa je odluka razumnija, ali možda i smislenija 
Nvidia se ipak odlučila na jeftiniju varijantu koristeći GDDR5X čipove podešene na efektivnih 10 GHz kod referentnog modela. To čini da memorijski podsistem GTX 1080 modela ima protok od pristojnih, ali ne i vanserijskih 320 GB. Kompenzacija je već ranije stigla kod Nvidia i AMD grafičkih karti sa kolornom kompresijom, ali je Nvidia otišla korak dalje.
 
Naime, Pascal donosi novi i moderniji Delta Color Compression četvrte generacije . Ovaj sistem donosi optimizovanu kompresiju boja čime se efektivna memorijska magistrala povećava za 20%. Ne bukvalno, jer je i dalje ista, ali bi recimo bila efektivno 20% veća u odnosu na model bez kolorne kompresije, kao što je recimo GTX 680.
Nvidia je nakon fijaska sa GeForce FX 5xxx serijom kada je odstupila od Microsoftovih standarda odustala od bilo kakvih eksperimenata, tako da Pascal donosi podršku za “Asynchronous Compute” na način na koji je on standardizovan od strane Microsofta, ali paralelno sa tim dosnosi i svoju viziju u formi Pascal Dynamic Load Balancing tehnologije.
 

Kao što smo i očekivali, nakon AMD-ovog uspeha sa FreeSync tehnologijom i Nvidia je rešila da ponudi neko unapređenje. G-Sync je odlična i funkcionalna tehnologija koja zahteva specijalan monitor, pa kao takva ima ograničenu korisničku bazu. Sada pored adaptivnog V-Sync i G-Sync sistema dobijamo i Fast Sync. Reč je o odličnom sistemu u teoriji.
 
Naime kod standardnog V-Sync-a grafička karta smanjuje broj renderovanih frejmova i izjednačava ih sa frekvencijom osvežavanja monitora. Međutim to ume da stvara “input lag” koji gejmerima ume da smeta, dok u slučaju isključenog V-Synca se “lomi” slika odnosno stvara se takozvani “frame tearing”. Fast Sync uzima najbolje od oba, jer omogućava da grafička karta renderuje maksimalni broj frejmova, a višak frejmova se smešta u lokalnu memoriju grafičke karte. Fast Sync je moguć zahvaljujući tome što pajplajn za renderovanje slika nije povezan direktno sa izlazom (render output).
 
Od noviteta treba pomenuti i Ansel koji će obradovati ljubitelje igara. Naime, Ansel je softver koji se nalazi između igre i drajvera, a koji služi kao vrlo specifičan način za pravljenje screenshotova. Naime, najbolje bismo ga opisali kao softver gde možete da postanete in-game fotograf. Ideja je da kod podržanih igara možete da pauzirate igru i da dobijete punu 360-stepenu slobodu, sa svim vrstama rotiranja i pomeranja, da uhvatite perfektan screenshot. Ansel ima overlay UI u podržanim igrama i prema rečima Nvidie, vrlo lako se koristi, a rezultati su impresivni.
 
Pored slobode kretanja za potrebe pravljenja screenshota, tu je niz dodatnih filtera, promene osvetljenja, EXR memorisanje slike sa svim mogućim detaljima poput onoga što dobijate kada fotografišete u RAW formatu na DSLR-u.

Može da se koristi i u kombinaciji sa Super-Resolution sistemom gde dobijate daleko veću rezoluciju koju grafička karta renderuje od one koju prikazuje vaš monitor. U prevodu, grafička interno renderuje recimo 3840×2160 piksela iako imate običan 1080p monitor i onda dobijate više detalja na screenshotu koji ste napravi Anselom.

Najbolji deo je to što je implementacija izrazito jednostavna i potrebno je svega nekoliko linija koda prema rečima Nvidie, što znači da će većina developera rado prihvatiti ovu opciju i omogućiti je u svojoj igri.

Pascal HDR je jedan bitan napredak koji donosi hardversku akceleraciju HDR (High Dynamic Range) prikaza bez potrebe za softverskom emulacijom. Ovo je moguće zahvaljujući snažnom GPU-u koji podržava nativno 10-bitnu i 12-bitnu paletu boja za HDR video pri 4K rezoluciji (HEVC Decode). Takođe, uvedena je podrška za najnoviji HDMI 2.0b, kao i za DisplayPort 1.4.
 

Sa time ćemo završiti naš današnji prolazak kroz novitete koje donose Pascal arhitektura i GeForce GTX 1080 sa kojim GP104 debituje. Očekuje nas zanimljivo leto, jer će uskoro stići novi modeli, a tu je i odgovor konkurencije. Međutim, jedno je sigurno, a to je da je Pascal veliki napredak u odnosu na prethodnu generaciju i da će doneti mnogo toga igračima.