Architektura Turing TU106(300)

Všechny nově vydané grafické karty rodiny Turing společnosti NVIDIA byly určeny prozatím jen těm nejnáročnějším hráčům počítačových her, kteří kvůli získání co nejvyššího hernímu výkonu cenu grafických karet nijak zvlášť neřeší. Příznivci mainstreamu, tedy grafických karet s většinou mnohem výhodnějším poměrem ceny a výkonu, si tak holt museli nějakou dobu ještě počkat.

Ale jak už to tak bývá, kdo si počká, ten se nakonec dočká a netrvalo to vlastně ani tak dlouho. Dnes si totiž na GPUreport můžeme konečně představit NVIDIA RTX 2060 Founders Edition, tedy prvního představitele grafických karet GeForce RTX 2060, které jsou určeny všem středně náročným hráčům počítačových her, kteří ze své peněženky nechtějí vysypat víc, nežli je bezpodmínečně nutné.

Dříve ale, nežli si tuto grafickou kartu představíme a také řádně otestujeme, nebylo by asi od věci si nejdříve grafický čip TU106, na kterém jsou založeny všechny grafické karty GeForce RTX 2060 a RTX 2070, trochu popsat a osvětlit si, jak vůbec grafická karta GeForce RTX 2060 ke svým specifikacím přišla. A jako obvykle, k obeznámení věcí kolem architektury tohoto čipu nám dobře poslouží zejména jeho blokové schéma, no a jistě nezbytných bude také trochu těch znalostí kolem grafické pipeline.

Frontend

Stejně jako u předchozích generací, každý grafický čip musí nějaká data přijímat, následně rozdělovat úkoly a řídit práci podřízených jednotek. Tuto činnost má na starosti Frontend grafického čipu, který je již od dob architektury Fermi tvořen jednotkami Host Interface a GigaThread engine. Zatímco pomocí Host Interface jsou přenášeny příkazy z CPU pomocí PCI Express, Gigathread engine je zodpovědný za vlastní logiku přenosu dat z RAM do VRAM a především také za plánování a rozdělování práce na jednotlivé další podřízené jednotky. Vlastní řízení čipu je práce velmi sofistikovaná a ne nepodobná práci CPU. Každý výrobce se tedy o bližší informace jen nerad dělí a nejinak tomu je právě v případě NVIDIA.

Graphics Processing Cluster (GPC)

V hierarchii blokového schéma je první podřízenou jednotkou Gigathread engine jednotka s názvem Graphics Processing Cluster, neboli GPC. Grafický čip TU106 se skládá z tří jednotek GPC, tedy přesně poloviny toho, co v sobě ukývá nejvýkonnější grafický čip TU102. Kdo četl popis grafické pipeline, jistě již ví, že v případě GPC se jedná o jakousi kompletní grafickou pipeline, kde se primitiva přeměňují v pixely, ze kterých je pak složen celý hotový snímek a zobrazen na vašem monitoru.

Každý GPC tedy obsahuje jednu rasterizační jednotku (Raster engine), která spolupracuje s celkem 6 bloky TPC (Texture/Processor Cluster), ve kterých jsou sdruženy jednotky Polymorph Engine a vždy po dvou jednotkách Streaming Multiprocessors (SM).

Zatímco Polymorph Engine obsahuje fixní jednotky, které se starají o geometrii (Vertex Fetch, Tessellator, Stream Output atd.), SM jednotky jsou jednotkami naopak programovatelnými, na kterých je možné spouštět shadery (programy běžící na GPU).

Streaming Multiprocessor

Jednotky SM jsou základním kamenem architektury Turing a jsou stejné napříč všemi jejími grafickými čipy a tedy i TU106. Každá jednotka SM se (krom jiného) skládá ze čtyř bloků po 16 výpočetních jednotkách FP32 (CUDA Core), 256 KB registru, 96 KB sdílené paměti, 96 KB L1 Cache a 4 jednotek TMU (Texture Mapping Units), které využívají právě shadery k bezstarostnější práci s texturami, nebo raději 2D obrázky obecně. Nově pak v SM každého Turingu naleznete také výpočetní jednotky typu INT32 pro práci s celočíselnými operacemi, Tensor Cores určené pro tensor/maticové operace strojového učení a konečně také jednu výpočetní jednotku RT Core, která je určena speciálně na výpočty Raytracingu, tedy na výpočty dráhy paprsku a detekci kolizí s 3D objekty scény.

Každá jednotka SM jako celek tedy disponuje 64x CUDA Cores, 8x Tensor Cores, 1x RT Core a 4x TMU. Pokud tedy GPC u TU106 obsahuje celkem 6 bloků TPC, můžeme říci, že každý GPC obsahuje jeden rasterizér, 6x Polymorph Engine a 12x SM s 768x CUDA Cores, 48x TMUs, 96x Tensor Cores a konečně také 12x RT Cores.

Každý GPC se může na vstupu postarat v jednom taktu o jeden primitivní trojúhelník (Triangle) a jeho výstupem jsou pak pixely, které je ale třeba ještě nějakým způsobem finalizovat (Blending, Z buffering atd.) a následně zapsat do framebufferu (Render Target). O tuto finalizaci a ukládání se starají jednotky s názvem Raster Operations Pipeline (ROP), které však součástí GPC nejsou. ROP jednotky jsou totiž u Turingu, stejně jako u předchozích generací, napojeny na paměťový subsystém framebufferu.

Framebuffer (VRAM)

Grafický čip TU106 disponuje celkem osmi 32-bit řadiči paměti (256-bit celkem). Na každý paměťový řadič je navázáno 8x ROP jednotek a 512 KB L2 Cache, což v celku představuje 64 ROPs a 4096 KB L2 Cache. Paměťové řadiče podporují paměti typu GDDR6. Každá jednotka ROP se může v jednom taktu postarat o 1 pixel, což při celkovém počtu 64 ROPs představuje výkon 64 (32-bit) pixelů na takt.

Pokud tedy víme, co vše obsahuje jeden blok GPC, vlastně si již sami můžeme spočítat, co obsahuje celý grafický čip TU106, který má v plné konfiguraci takovýchto GPC bloků celkem 3.

• GPC: 3x
• SM: 36x
• CUDA Cores: 2304x
• Tensor Cores: 288x
• RT Cores: 36x
• TMUs: 144x
• ROPs: 64x

Bohužel, grafická karta GeForce RTX 2060 na trh nepřichází s čipem v plné konfiguraci. Grafický čip TU1060 byl ve variantě TU106-300A-A1 (RTX 2060) pro potřeby mainstreamového výkonu oříznut o tři bloky TPC a dva paměťové řadiče s 16 ROPs (s 1024 KB L2$), a tak ve finále musíme ze specifikací odečíst 384x Cuda Cores, 48x Tensor Cores, 6x RT Cores , 24x TMU a 3x Polymorph Engine. Jak tedy vypadají konečné specifikace grafické karty GeForce RTX 2060?

Jak můžete z tabulky vidět, GeForce RTX 2060 je oproti předcházející generaci GeForce GTX 1060 poměrně značným výkonnostním skokem, tedy alespoň co se do počtu výpočetních jednotek a teoretické propustnosti grafické paměti týká.

Architektura Turing přináší také některé nové technologie. Krom té technologie asi vůbec nejdůležitější, kterou je dozajista podpora akcelerace real-time raytracingu, dalšími novinkami v softwareové části jsou pak především Mesh Shading, Variable Rate Shading, Texture-space Shading či Multi-view rendering. Z těch nových technologií, které se týkají spíše hardwarové části, je pak dobré zmínit zejména NVIDIA NVLink, USB-C VirtualLink či vylepšení NVENC. Tyto nové technologie jsme si již podrobněji popsali při uvedení grafické karty GeForce RTX 2080 v kapitole „Nové technologie Turingů“ a nemá tedy asi cenu vše znovu opakovat. Pojďme si raději grafickou kartu NVIDIA RTX 2060 Founders Edition pěkně představit.