مقايسه معماري کارت‌هاي HD5000 و Fermi

Tessellation چیست؟
Tessellation در معنای لغوی به معنی کاشی کاری است. اما اگر بخواهیم به زبان ساده عملکرد آن را در پردازنده‌های گرافیکی مبنی بر رابط DX11 توضیح دهیم، باید بگوییم که واحد Tessellator ذکر شده در بالا، یک صفحه صاف و مسطح را که به اصطلاح به آن Patch گفته می‌شود را به شبکه‌ای از راس‌ها تقسیم می‌کند و سپس این شبکه را برای انجام پردازش‌های Domain Shader و Geometry Shader به داخل SM می‌فرستد و در نهایت نتیجه یک Object بسیار واضح‌تر و پرجزییات‌تر چه از لحاظ هندسی و چه از لحاظ  Texturing خواهد شد.

تصویر 5

Tessallation از مهمترین قابلیت‌های رابط DX11 است که کمک بسیاری در افزایش جزییات تصویر و اشیاء‌ها می‌کند، مهمترین قابلیت ارائه شده در رابط DX10 قابلیت Geometry Shaders بود و در همان زمان قرار بود که قابلیت Tessellation هم در DX10 گنجانده شود اما مثل اینکه Microsoft ،NVIDIA ،AMD در این زمینه به توافق نرسیدند و درنهایت این قابلیت به DX11 که امروز شاهد آن هستیم موکول شد.

ساختار GTX 480 ،GTX 470 ،GTX 465
NVIDIA در هیچ یک از چیپ‌ست‌های ارائه شده بر مبنای GF100 از تمام قابلیت‌های موجود در این معماری استفاده نکرده است. قابلیت‌های موجود در GTX 480 و GTX 470 را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

تصویر 8

همانطورکه ملاحظه می‌کنید GTX 480 دارای 480 عدد CUDA Core است. هر 4 تا GPC در این چیپ‌ست ‌فعال است ولی در آخرین GPC انویدیا برای رسیدن به عدد 480 یک واحد SM را غیرفعال کرده است، در نتیجه تعداد 32 عدد از 512 تا CUDA Core در این چیپ‌ست غیرفعال است. از آنجا که به ازای هر SM چهار عدد واحد بافت‌ در GF100 وجود دارد لذا با غیرفعال شدن یک SM تعداد واحد‌های بافت‌ از مقدار 64 به 60 کاهش می‌یابد. اما انویدیا تعداد واحد‌های ROP را همان مقدار 48 قرار داده است.
در GTX 470 هم با غیرفعال شدن دو SM در آخرین GPC تعداد هسته‌های CUDA در این چیپ‌ست به عدد 448 رسیده است. اما در GTX 465 انویدیا با غیرفعال کردن 5 عدد SM تعداد هسته‌های CUDA را به عدد 352 رسانده است. نواحی قرمز در تصویر دیاگرام زیر قسمت‌های غیرفعال شده هستند.

تصویر 9

در تصویر زیر مشخصات GTX 465 را به همراه سایر چیپ‌ست‌های سری GF100 در مقایسه با سری Cypress و سری قبلی انویدیا یعنی GT200 ملاحظه می‌کنید.

تصویر 10

GF100 با تمام قدرت و معماری فوق‌العاده خود یک مشکل بزرگ دارد که باعث می‌شود نتوان آن را بهینه خواند و آن هم توان مصرفی بالا و متقابلا تولید حرارت بسیار زیاد آن است. هرچند این مشکل با وجود این تعداد سرم سام‌آور ترانزیستور و قدرت پردازشی بسیار بالا کاملاً طبیعی به نظر می‌رسد، ولی خوشبختانه چیپ‌ست همچنان قابلیت بهینه شدن و کاهش پارامترهای منفی فوق را دارد.
به همین خاطر انویدیا در سری بعدی یعنی سری GTX 500 علاوه بر افزایش و در حقیقت تکمیل واحد‌های SM، تا حدود زیادی مشکلات مصرف توان و تولید حرارت را مرتفع کرده است، به طوری که در سری 500 با چیپ‌ست‌هایی به مراتب قدرتمند‌تر و در عین حال بهینه‌تر روبرو هستیم.

GF110 و تغییرات ایجاد شده در سطح ترانزیستور
اولین و قدرتمندترین چیپ‌ست به کار رفته در سری 500 چیپ‌ست GF110 است که در ساخت GTX 580 به کار رفته است، از لحاظ معماری GF110 هیچ تفاوتی با GF100 ندارد، تنها تفاوتی که در این چیپ‌ست به وجود آمده کامل شدن ساختار کلی چیپ‌ست با اضافه شدن یا در حقیقت فعال شدن آخرین واحد SM است. همانطور که در بحث GF100 بررسی کردیم، GF100 دارای 16 واحد SM است که از این 16 واحد یک واحد آن غیرفعال شده است، یعنی در مجموع GF100 دارای 15 واحد SM است و با توجه به اینکه در هر SM دارای 32 عدد هسته CUDA وجود دارد، پس در مجموع در این چیپ‌ست 480 واحد SM فعال بود. ولی در GF110 انویدیا هر 16 عدد واحد SM را فعال کرده است، لذا در GF110 ساختار کلی چیپ‌ست کامل شده و شاهد یک چیپ‌ست کامل Fermi به همراه 512 عدد هسته CUDA هستیم. در اصل شرکت NVIDIA به دلایل مختلف تکنیکی و تجاری تصمیم گرفت که فیبر‌های سیلیکونی کامل شده Fermi را در سری 500 ارائه کند و در سری 400 تمام چیپ‌ست‌ها دارای یک یا چند واحد SM غیرفعال هستند.
اما با افزایش واحد‌های SM و متقابلاً افزایش هسته‌های پردازنده، بدیهی است که مصرف توان و تولید حرارت باز هم افزایش پیدا خواهد کرد و اگر در عمل تدبیری برای این مسئله اندیشیده نمی‌شد شاهد افزایش بسیار نامتعارف مصرف توان و تولید حرارت بودیم که شاید از دیدگاه تکنیکی چندان قابل قبول نبود. ولی انویدیا برای این مشکل هم چاره‌ای اندیشید و با ایجاد یکسری تغییرات هوشمندانه در ساختار ترانزیستوری چیپ‌ست توانست نشت ترانزیستوری و مصرف توان را تا جایی که امکان داشت کاهش دهد. به طور کلی انویدیا در ساختار چیپ‌ست‌های GF11x دو نوع تغییر را در سطح ترانزیستور‌های به کار رفته در این چیپ‌ست‌ها اعمال کرد:

1- استفاده از ترانزیستور‌های کندتر ولی درعوض دارای Leakage و نشت جریان و ولتاژ کمتر، که این کار با کاهش ضخامت لایه عایق دی اکسید سیلیکون (SiO2) به کار رفته در پایه گیت (Gate) ترانزیستور انجام می‌شود.
2- معرفی و به کارگیری یک ترانزیستور نوع سوم که از لحاظ سرعت و کارایی بین ترانزیستورهای سریع قبلی و ترانزیستورهای کندتر جدید قرار دارد.

بدین ترتیب در قسمت‌هایی که نیاز به سرعت چندان بالا وجود ندارد از ترانزیستورهای نوع یک استفاده می‌شود، همچنین ترانزیستور‌های بسیار سریع قبلی همچنان در بخش‌هایی که سرعت بسیار بالا مورد نیاز است استفاده می‌شوند و ترانزیستور‌های نوع سوم نیز در مواردی که سرعت از اولویت به نسبت پایین‌تری برخوردار است استفاده می‌شود. بدین وسیله NVIDIA ‌توانست نشت ترانزیستوری را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد بدون اینکه این عمل فیدبک منفی در سرعت و عملکرد کلی چیپ‌ست ایجاد کند. بدین وسیله امکان افزایش فرکانس برای چیپ‌ست فراهم شد، به طوری که در سری 500 شاهد افزایش قابل توجه فرکانس پیش فرض (Default) در تمامی چیپ‌ست‌های این سری هستیم.
تا به اینجای کار با معماری GF100 و GF110 و ساختار‌های مهم آن‌ها آشنا شدید. در ادامه به سراغ بررسی معماری‌های ارائه شده از طرف حریف مقابل یعنی AMD می‌پردازیم.