Maxwell (microarchitecture)

Maxwell est une architecture de processeurs graphiques, développée par NVidia pour ses cartes graphiques.

NVIDIA Maxwell

Caractéristiques

Date de sortie	février 2014
Procédé	TSMC 28 nm
Nombre de transistors	8,00 G (GM200) 5,20 G (GM204) 2,94 G (GM206) 1,87 G (GM107) 1,02 G (GM108)

Interfaces supportées

CUDA (Compute Capability)	5.0 ou 5.2

Historique

Prédécesseur	Kepler
Successeur	Pascal

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Architecture

Cette architecture est dérivée de l'architecture Kepler. Parmi les différences, les SMX sont renommés en SMM, et perdent un tiers de leur unités CUDA^[1].

GPU Maxwell de première génération (GM10x)

Puce Maxwell 107 sur une carte graphique GTX 750 Ti après démontage du radiateur.

La première génération de GPU Maxwell (GM107/GM108) a été introduite dans les cartes GeForce GTX 745, GTX 750/750 Ti, GTX 850M/860M (GM107) et dans les cartes GeForce 830M/840M (GM108). Ces nouvelles puces introduisent peu de nouvelles fonctionnalités pour l'utilisateur, Nvidia insistant plus sur l'efficacité énergétique accrue des GPU. La taille du cache L2 est passée de 256 KiB sur Kepler à 2 MiB sur Maxwell, réduisant le besoin d'une plus grande bande passante de la mémoire. Par conséquent, la largeur du bus mémoire a été réduite de 192 bits sur Kepler (GK106) à 128 bits, réduisant la surface de la puce, le coût et la consommation^[2].

La conception du multiprocesseur de flux "SMX" de Kepler a également été retravaillée et partitionnée, et renommée "SMM" pour Maxwell. La structure de l'ordonnanceur de warps a été héritée de Kepler, les TMU et les coeurs CUDA FP64 étant encore partagés, mais l'agencement de la plupart des unités d'exécution a été partitionné de telle sorte que chaque ordonnanceur de warps dans un SMM contrôle un ensemble de 32 coeurs CUDA FP32, un ensemble de 8 unités load/store et un ensemble de 8 unités de fonctions spéciales (SFU). Ceci est différent avec Kepler, où chaque SMX possède 4 ordonnanceurs qui pilotent un pool partagé d'unités d'exécution^[3]. Cette dernière conception nécessitait un bus de la taille du SMX qui employait une énergie inutile pour permettre à toutes les unités d'exécution d'être partagées^[3]. Par opposition, la conception plus modulaire de Maxwell permet une allocation plus fine et plus efficace des ressources, économisant de l'énergie lorsque la charge de travail n'est pas optimale pour les ressources partagées. Nvidia estime qu'un SMM avec 128 coeurs CUDA a 90 % de la performance d'un SMX avec 192 coeurs CUDA tandis que l'efficacité est accrue d'un facteur 2^[2]. Par ailleurs, chaque Graphics Processing Cluster, ou GPC, contient jusqu'à 4 SMX dans Kepler, et jusqu'à 5 SMM dans la première génération de Maxwell^[2].

GM107 supporte également le CUDA Compute Capability 5.0, contre les versions 3.5 sur les GPU GK110/GK208 et 3.0 sur les GPU GK10x. Dynamic Parallelism et HyperQ, deux fonctionnalités des GPU GK110/GK208, sont aussi supportées sur toute la gamme des GPU Maxwell.

Le codeur vidéo de Nvidia, NVENC, a été amélioré pour être 1,5 à 2 fois plus rapide que sur les GPU Kepler, signifiant qu'il peut coder de la vidéo six à huit fois plus rapidement que la vitesse de lecture^[2]. Nvidia revendique aussi une augmentation d'un facteur huit à dix des performances du décodage vidéo PureVideo (en) avec l'ensemble de caractéristiques E due au cache du décodeur vidéo, associée à une augmentation des performances de la mémoire. Cependant, le décodage complètement hardware du H.265 n'est pas supporté par la première génération de GPU Maxwell, s'appuyant sur un mélange de décodage hardware et software^[2]. Lors du décodage vidéo, un nouvel état basse puissance "GC5" est utilisé sur les GPU GPU pour économiser l'énergie^[2].

Modèles de cartes graphiques

Sous la marque GeForce

Modèles	GeForce GTX 750	GeForce GTX 750 Ti	GeForce GTX 950	GeForce GTX 960	GeForce GTX 970	GeForce GTX 980	GeForce GTX 980 Ti	GeForce GTX Titan X
Finesse de gravure des processeurs	28 nm
Code de la puce	GM107-300	GM107-400	GM206-250	GM206-300	GM204-200	GM204-400	GM200-310	GM200-400
Surface de la puce	148 mm²		228 mm²		398 mm²		601 mm²
Nb. de transistors	1,9 G		2,9 G		5,2 G		8,1 G
Fréquence 3D	1019 MHz		1024 MHz	1120 MHz	1120 MHz		1000 MHz
Fréquence Turbo	≈ 1100 MHz		≈ 1200 MHz		≈ 1200 MHz		1076 Mhz	1088 Mhz
Température maximale avec Turbo	80 °C		?	?	80 °C		?	83 °C
Nb. Graphics Processing Cluster (GPC)	1		2		4		6
Nb. Streaming Multiprocessor (SMM)	4	5	6	8	13	16	22	24
Nb. cœurs CUDA	512	640	768	1024	1664	2048	2816	3072
Nb. TMU	32	40	48	64	104	128	176	192
Nb. ROP	16		32		56	64	96
Nb. Special Functions Units (SFU)	?
Enveloppe thermique (TDP)	60 W	65 W	90 W	120 W	150 W	180 W	250 W	250 W
Type de mémoire	GDDR5
Capacité possible	1 Go	2 Go	2 Go		4 Go		6 Go	12 Go
Fréquence mémoire	1250 MHz	1350 MHz	1653 MHz	1753 MHz	1753 MHz		1753 MHz
Largeur du bus mémoire	128 bits		128 bits		224 bits	256 bits	384 bits
Débit mémoire	74,5 Go/s	80,5 Go/s	106 Go/s	114 Go/s	196 Go/s	224 Go/s	336 Go/s
Pixels Fillrate	17,3 Gpixel/s		32.8 GPixel/s	38 Gpixel/s	61 Gpixel/s	78 Gpixel/s		103 Gpixel/s
Textures Fillrate	34 Gtexel/s	43 Gtexel/s	49.1 GTexel/s	72.1 GTexel/s
Fillrate Géométrique	1445 Mtriangle/s	1807 Mtriangle/s
Calcul Simple Précision	1111 Gflops	1388 Gflops	1573 Gflops	2408 Gflops	3913 Gflops	4980 Gflops	6060 Gflops	6156 Gflops
Calcul Double Précision	34 Gflops	43 Gflops	49 Gflops	75 Gflops	122 Gflops	155 Gflops	189 Gflops	206 Gflops
Date	18/02/2014		20/08/2015	23/01/2015	19/09/2014		02/06/2015	04/2015