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Titan X, com’è fatta

By marzo 5, 2017 No Comments

Titan X, com’è fatta

Ecco GP102

Nvidia ha svelato nelle scorse settimane, un po’ a sorpresa, la nuova Titan X basata su una GPU Pascal chiamata GP102. Questo core grafico ha 3584 CUDA core affiancati da 12 GB di memoria GDDR5X su un bus a 384 bit. Come potrete intuire il prezzo è alto: si parla di 1329 euro.

titan x threequarter back

Il prezzo ha scatenato polemiche: si paga infatti all’incirca 70% in più di una GTX 1080 per il 40% dei CUDA core in più e un incremento del bandwidth di memoria del 50%. Sapevamo, persino prima di ricevere la scheda video, che le prestazioni non sarebbero aumentate di pari passo al costo. Nonostante tutto però non vedevamo l’ora di metterla alla prova. La GTX Titan X migliora il frame rate in 4K in modo tale da soddisfare chi non ritiene la GTX 1080 sufficiente per giocare alla massima qualità? Scopriamolo insieme.

GP102: come GP104 ma più grande

Con la GeForce GTX 1080 Nvidia ci ha presentato il chip grafico Pascal di fascia alta GP104. La GPU prendeva il posto del GM204, la soluzione di fascia alta Maxwell e cuore della GTX 980. Poiché l’architettura Pascal è stata prodotta a 16 nanometri FinFET e accoppiata a memoria GDDR5X, la GTX 1080 non ha avuto problemi a offrire oltre il 30% di prestazioni in più rispetto alla GTX 980 Ti e alla Titan X, entrambe dotate di GPU GM200 – Maxwell di fascia ultra high-end.

gp102 block diagram
GP102, diagramma a blocchi – clicca per ingrandire

Sapevamo che qualcosa di più “complesso e potente” sarebbe arrivato. Nvidia aveva già annunciato una GPU chiamata GP100 con oltre 15 miliardi di transistor, che tuttavia ha scelto di relegare al mondo del calcolo (Tesla). Per la prima volta l’azienda ha scelto di creare una GPU intermedia, un prodotto tra il GP100 e il GP104. L’azienda l’ha chiamato, senza fantasia, GP102 e architetturalmente ci troviamo davanti a un core simile al GP104, solo più grande.

Quattro Graphics Processing Clusters sono diventati sei. E a loro volta 20 Streaming Multiprocessors sono diventati 30. E con 128 CUDA core FP32 per SM, GP102 offre fino a 3840 blocchi programmabili. GP102 è incredibilmente complesso – è formato da 12 miliardi di transistor – e per migliorare le rese Nvidia ha disabilitato due SM sulla sua Titan X, riducendo il numero di CUDA core attivi a 3584. Dato che ogni SM ospita anche 8 unità texture, abbiamo un totale di 224 TMU.

Le specifiche della GTX Titan X indicano un base clock di 1417 MHz, con una frequenza tipica in GPU Boost di 1531 MHz. Questo permette alla scheda di offrire una potenza FP32 di oltre 10,1 TFLOPs, all’incirca il 23% in più di una GTX 1080. Il maggior potenziale di shading/texturing di GP102 ha richiesto un ribilanciamento. Perciò il back-end del chip è cresciuto fino a includere 12 controller di memoria a 32 bit, ognuno legato a otto ROPs e 256 KB di cache L2 (come in GP104), portando a un totale di 96 ROPs e 3MB di cache condivisa. Questo ci restituisce un bus aggregato a 384 bit, che Nvidia ha popolato con 12 GB della stessa GDDR5X a 10 Gbps che troviamo sulla GTX 1080.

titan x three quarter top

Il bandwidth di memoria teorico della scheda è 480 GB/s (contro i 320 GB/s della GTX 1080, un aumento del 50%), anche se il throughput effettivo potrebbe essere più alto tenendo conto dei miglioramenti alla compressione delta color dell’architettura Pascal.

Perché si continuano a usare le GDDR5 quando AMD ci ha mostrato più di un anno fa i benefici della HBM? Possiamo solo immaginare che durante la fase di progettazione di GP102 Nvidia non fosse sicura della disponibilità di HBM2, e così ha scelto di puntare sul sicuro con le GDDR5. GP100 rimane l’unica GPU nella sua linea a supportare HBM2.

GPU Titan X (GP102) GeForce GTX 1080 (GP104) Titan X (GM100)
SM 28 20 24
CUDA Core 3584 2560 3072
Base Clock 1417 MHz 1607 MHz 1000 MHz
GPU Boost Clock 1531 MHz 1733 MHz 1075 MHz
GFLOPs (Base Clock) 10,157 8228 6144
Texture Unit 224 160 192
Texel Fill Rate 342,9 GT/s 277,3 GT/s 192 GT/s
Memoria 12 GB 8 GB 12 GB
Data rate memoria 10 Gb/s 10 Gb/s 7 Gb/s
Bandwidth memoria 480 GB/s 320 GB/s 336.5 GB/s
ROPs 96 64 96
Cache L2 3MB 2MB 3MB
TDP 250W 180W 250W
Transistor 12 miliardi 7,2 miliardi 8 miliardi
Dimensione die 471 mm² 314 mm² 601 mm²
Processo produttivo 16nm 16nm 28nm

È interessante vedere come Nvidia, apparentemente all’ultimo minuto, abbiamo scelto di distanziare la Titan X dalla famiglia GeForce. La pagina dedicata su geforce.com parla della scheda video definitiva. Non della scheda video da gioco definitiva. Malgrado questa scelta di marketing, la Titan X dovrebbe essere più che valida nel gaming.

La decisione dell’azienda di svelare la scheda durante un evento sull’intelligenza artificiale a Stanford evidenzia il focus sul deep learning. A tal fine, mentre FP16 e FP64 sono tristemente lenti su GP104 (e per estensione su GP102), entrambi i processori supportano INT8 a 4:1, portando a 40,6 TOPS alla frequenza base della Titan X.

Titan X, com’è fatta

Sotto molti aspetti la Titan X sembra molto simile alla GeForce GTX 1080, almeno dal davanti, eccetto per il fatto che la copertura è tutta nera e il suo insieme di alette è in alluminio.

titan x front

Da sopra l’unica differenza visibile è che la Titan X ha connettori a 6 e 8 pin. Si tratta di un progetto da 250 watt, dopotutto. Il TDP di 180 watt della GeForce GTX 1080 richiedeva un solo connettore a 8 pin. La Titan X continua ad avere un paio d’interfacce SLI e, un po’ ironicamente, il brand GeForce GTX che il dipartimento di marketing di Nvidia ha provato a eliminare.

titan x top

Maggiori prove del nome originale della scheda si trovano nella parte posteriore, dove sul backplate che copre il PCB è incisa la scritta GeForce GTX Titan X. Quella parte del backplate è rimovibile, nel caso decideste di approntare uno SLI con schede molto vicine tra loro, al fine di migliorare il flusso d’aria.

titan x covered back
titan x back partial

GP102 usa lo stesso controller display di GP104, quindi ritroviamo tre DisplayPort 1.4-ready, una HDMI 2.0b e un’uscita dual-link DVI-D.

titan x io panel

Non c’è bisogno di chiamare la Titan X “Founders Edition”, in quanto stavolta è l’unico modello che sarà disponibile. Perciò il progetto di riferimento, con i suoi punti di forza e debolezza, è l’unico da considerare.

Questo significa che abbiamo una ventola centrifugale, che soffia aria all’interno e la spinge fuori dalla parte posteriore della scheda. È un sistema che ci piace particolarmente su una scheda da 250 watt, anche se significa una maggiore rumorosità della ventola e prestazioni termiche inferiori rispetto ad alcuni design di terze parti basati su ventole assiali.

titan x shroud off

Sfortunatamente avevamo solo una Titan X in prova, quindi torneremo su consumi, rumorosità e temperature in seguito, come abbiamo fatto per la GeForce GTX 1070. Possiamo tuttavia fare delle supposizioni.

titan x threequarter exposed

La Titan X usa la stessa camera di vapore che troviamo sulla GTX 1080, raffreddata dalla stessa ventola. Gestire un componente con un TDP di 70 watt maggiore implica alla ventola di girare più rapidamente e che alla GPU sia concesso di diventare un po’ più calda – Nvidia a impostato un target di temperatura più alto di un grado. Abbiamo registrato la temperatura e la velocità della ventola durante 10 loop del benchmark di Metro: Last Light Redux per confrontare la Titan X e la GTX 1080. Ecco i grafici che abbiamo ottenuto:

clock rate

Nvidia onora la frequenza base della Titan X in questo stress test, senza mai scendere sotto 1418 MHz. La sua frequenza media è 1587 MHz – sopra il GPU Boost tipico di 1531 MHz.

temperature

Raggiungere quel livello richiede il pagamento di un prezzo. Il GP102 spende la maggior parte del tempo tra 83 e 84 °C, sopra gli 82 °C che sono il target della GTX 1080, ma ben al di sotto del limite termico fissato da Nvidia, pari a 94 °C.

fan speed

Inoltre la ventola si avvicina a 2500 RPM, mentre sulla GTX 1080 ha bisogno di girare solo a circa 2200 RPM. La differenza non è rilevante nel nostro ambiente di test, ma torneremo in maggiore dettaglio su questo aspetto della scheda in futuro.

titan x bare pca

Rimuovendo il dissipatore vediamo che il circuito della Titan X è piuttosto diverso da quello della GTX 1080. Per iniziare attorno alla GPU ci sono 12 spazi per la memoria GDDR5X anziché 8. Data l’enfasi riposta da Nvidia nell’ottimizzazione dei percorsi dei segnali per il data rate di 10 Gb/s della GTX 1080, non sarà stata un’operazione semplice aggiungere il 50% di tracce in più sulla Titan X.

titan x back

Anziché un regolatore di tensione con 5+1 fasi ne abbiamo 7+2. E ovviamente c’è un connettore a 6 pin in più. La GPU è più grande di GP104 e misura 471 mm², ma non è “mostruosa”: il GM200 all’interno della GTX 980 Ti e della Titan X di scorsa generazione superava i 600 mm².

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