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NVIDIA RTX 30系列架构详解(二)

2020.9.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

与台积电的7nm工艺晶体管密度大约1亿/mm2相比,8nm工艺大概是6000万晶体管/mm2,但这是单一的SRAM芯片的对比,实际上GPU芯片比较复杂,差距会缩小很多。

根据是NVIDIA公布的信息,台积电7nm工艺制造的安培A100核心是540亿晶体管,核心面积826mm2,而三星8nm工艺制造的GA102核心是280亿晶体管,核心面积官方没公布,据悉是628mm2,也是大核心了。

这么算下来,7nm A100核心的晶体管密度6560万晶体管/mm2,而三星8nm的GA102核心也有4460万晶体管/mm2——差距仍在,但似乎可以接受了。

三星8nm工艺的晶圆代工价格还是秘密,但是不论技术还是商业策略上,三星都会比台积电便宜很多,预计代工价格能差30%或者更高,所以这也是RTX 30系列显卡能够不涨价甚至降价的关键。

NVIDIA RTX 30系列架构详解:8nm安培GPU的两倍性能从何而来?

那三星8nm工艺带来了多大的性能及能效提升呢?首先大家可以看到RTX 30系列显卡的频率提升了,从RTX 20系列的1.5GHz+提升到了1.7GHz+,升级工艺还是有性能提升的。

不过RTX 20系列的加速频率实际可以达到1.9GHz甚至接近2GHz,RTX 30系列预计也就这个水平。

但是能效还是有提升的,NVIDIA官方称在60fps性能下,图灵显卡的功耗大约有240W,安培显卡则是120W多点,算下来是1.9倍能效,提升了90%,同时温度还低了3度,噪音减少2分贝。

总的来说,在工艺这方面大家对安培GPU有惊喜有失望,失望的是没有上预期中的7nm工艺(不管台积电还是三星),工艺依然升级到了8nm。

但是NVIDIA工艺虽然并不算激进,但性能、能效进步还是挺大的,安培显卡各方面指标都是大幅胜过现在的图灵卡,而且价格做到了不升反降,这也是不追求激进工艺的好处,反正之前12nm都能赢,现在上8nm更加稳妥了。

安培GPU架构详解之:FP32单元翻倍 CUDA核心改了什么?

发布安培的时候,NVIDIA CEO黄仁勋表示这是GPU有史以来最大的性能飞跃,而2018年推出图灵GPU时,老黄也是类似的说词——GPU有史以来最大的变革,这两个评价其实也没错。

图灵GPU架构有很多第一次,首次支持RTX Core(光追加速单元),首次支持Tensor Core,同时还改进了CUDA内核,不过前两个是重点。

NVIDIA RTX 30系列架构详解:8nm安培GPU的两倍性能从何而来?

在安培GPU上,RT Core、Tensor Core当然继续加强,不过最主要的亮点是CUDA架构的改进,性能翻倍的根源就在这里,我们先来看看这方面的变化。

NVIDIA RTX 30系列架构详解:8nm安培GPU的两倍性能从何而来?

GA102核心架构示意图

GA102核心总计7组GPC单元,每组有12组SM单元,总计84组,RTX 30系列显卡视乎规格不同启用的SM单元总数不同,RTX 3090是82组,RTX 3080是68组,RTX 3070是46组。

NVIDIA RTX 30系列架构详解:8nm安培GPU的两倍性能从何而来?

在之前的GA100大核心中,每组SM是64个INT32单元、64个FP32单元及32个FP64单元组成的,但在GA102核心中,FP64单元大幅减少,增加了RT Core,Tensor Core也略微减少。


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