Architektura Turing TU116 (400)

Doposud všechny nově vydané grafické karty rodiny Turing společnosti NVIDIA, a to ať se jednalo o grafické karty ze segmentu vysokého výkonu (high-end) či středního výkonu (mainstream), vždy disponovaly podporou real-time raytracingu, a to díky přítomnosti speciálních výpočetních jednotek (RT Cores a Tensor Cores). V případě právě vydávaných grafických karet GeForce GTX 1660 Ti je tomu ale jinak, v nich totiž žádné jednotky RT Cores ani Tensor Cores nenaleznete (nebo jsou neaktivní) a je tak jasné, že s raytracingem či DLSS (Deep Learning SuperSampling) máte s těmito kartami prostě utrum.

Na premiérovou recenzi se mi na GPUreport dostala grafická karta Asus Strix GTX 1660 Ti O6G Gaming, ale dříve, nežli si ji představíme a také řádně otestujeme, nebylo by asi od věci si nejdříve grafický čip TU116, na kterém jsou postaveny všechny grafické karty GeForce GTX 1660 Ti, trochu popsat a osvětlit si, jak vůbec grafická karta GeForce GTX 1660 Ti 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 (PCIE 3.0), 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 TU116 se skládá z tří jednotek GPC. 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 4 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 stavebním kamenem architektury Turing. V případě TU116 se každá jednotka SM skládá (krom jiného) ze čtyř bloků po 16 výpočetních jednotkách FP32 (CUDA Core), registru, sdílené paměti, 64 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. RT Cores (pro výpočty dráhy paprsku a detekci kolizí s 3D objekty scény) a Tensor Cores (pro výpočty tensor/maticové operace strojového učení) zde ale bohužel chybí, nebo jsou deaktivovány (označeno červenou barvou).

Každá jednotka SM jako celek tedy disponuje 64x CUDA Cores, 64x INT32 Cores, které mohou být využity zároveň, a také 4x TMU. Pokud tedy GPC u TU116 obsahuje celkem 4 bloky TPC, můžeme říci, že každý GPC obsahuje jeden rasterizér, 4x Polymorph Engine a 8x SM s 512x CUDA Cores a 32x TMUs.

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 TU116 disponuje celkem šesti 32-bit řadiči paměti (192bit celkem). Na každý paměťový řadič je navázáno 8x ROP jednotek a 256 KB L2 Cache, což v celku představuje 48 ROPs a 1536 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 48 ROPs představuje výkon 48 (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 TU116, který má v plné konfiguraci takovýchto GPC bloků celkem 3.

• GPC: 3
• SM: 24
• CUDA Cores: 1536
• TMUs: 96
• ROPs: 48

Jak tedy vypadají konečné specifikace grafické karty GeForce GTX 1660 Ti?

Jak můžete z tabulky vidět, GeForce GTX 1660 Ti je oproti předcházející generaci GeForce GTX 1060 znatelným výkonnostním skokem, zejména pak ve výpočetních operacích a propustnosti grafické paměti. Oproti GeForce RTX 2060 pak GTX 1660 Ti nepřišla jen o podporu výpočtů real-time raytracingu a strojového učení, ale také o trochu toho aritmetického výkonu a díky nižší frekvenci grafických pamětí také o trochu propustnosti VRAM.

Architektura Turing přináší také některé nové technologie. Krom reaĺ-time raytracingu, kterou však s Geforce GTX 1660 Ti využít nemůžete, přináší Turing 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 vylepšený 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 Asus Strix GTX 1660 Ti O6G Gaming pěkně představit.