Quadro RTX Turing: Nvidia stellt neue GPU-Architektur vor [Update]

Aktualisierung vom 15.08.2018: Im Nachgang zu gestern wollen wir noch ein paar Details hinzufügen. Zum einen erklärt Nvidia in seinem Livestream zu Turing, dass die Tensorkerne 125 TFLOPS mit FP16-, 250 TOPS mit INT8- und 500 TOPS mit INT4-Genauigkeit erreichen. Der L2-Cache von Turing wird mit 6 MiB angegeben. Die Aussage "Turing ist 6x schneller als Pascal" wird in der Präsentation mit den Unreal-Engine-basierten Raytracing-Demos von Epic belegt, die auf die Microsoft-API DirectX Raytracing setzen. Nvidia bringt auch den Begriff DLAA (Deep Learning Anti-Aliasing) ins Spiel, eine Bildverbesserungsmethode, die über Künstliche Intelligenz eine schnell berechnete Kantenglättung mit 64 gedrehten Samples erreichen soll.

Quelle: Nvidia Bilder der Turing-Präsentation (2)

Nvidia-Chef Huang hat seine Keynote auf der Profimesse Siggraph dazu genutzt, mit Turing eine neue GPU-Architektur vorzustellen. Die gleichzeitig angekündigten Workstation-Grafikkarten Quadro RTX 5000, 6000 und 8000 passen zur Meldung, dass Nvidia neue Warenzeichen angemeldet hat. Kern der neuen Generation ist die Ausrichtung auf Echtzeit-Raytracing-Beschleunigung. Hierbei erweitert Nvidia das mit Volta eingeführte Konzept der Tensor-Kerne um spezialisierte Raytracing-Kerne - seit März 2018 ist die alternative Darstellung einer 3D-Szene ein Steckenpferd von Nvidia. Anders als bei Polygonen, wo Entwickler die Attribute jedes Dreiecks bestimmen müssen, um einer realistischen Darstellung möglichst nah zu kommen, ermöglichen die virtuellen Lichtstrahlen eine nahezu fotorealistische Grafik. Nvidia spricht dabei von 10 GigaRays pro Sekunde als Maß für die Leistung, gegenüber der Pascal-Generation soll Echtzeit-Raytracing gleich um den Faktor 25 verbessert worden sein.

Nvidia Turing: technische Daten

Der Turing-Chip weist dabei beeindruckende Eckdaten auf. Auf einer Chipfläche von 754 mm² werden 18,6 Mrd. Transistoren untergebracht. Die Verwendung der 12-Nanometer-Fertigung erlauben im Fall der Quadro RTX 8000 4.608 Shader-Einheiten, 576 Tensor-Kerne und die erwähnten Ray-Tracing-Kerne. Nvidia gibt eine FP32-Leistung von 16 TFLOPS an, bei der Quadro RTX 8000 werden 48 GiByte GDDR6-RAM (laut Samsung mit 14 Gbps) mit 384 Bit angebunden, was zu einer Transferratevon 672 GByte/s führt. Die kleineren Turing-Quadros werden bei den Eckdaten entsprechend herunterskaliert (siehe Tabelle). Zwei Turing-Grafikkarten lassen sich über NV-Link 2.0 verbinden. Nvidia ruft dabei zwischen 2.300 und 10.000 US-Dollar auf, verfügbar sollen die Quadros ab dem Oktober sein ("viertes Quartal").

Interessant ist, dass der größte Turing-Chip über weniger FP32-ALUs verfügt als der GV100. Dies ist ein Eingeständnis an die Auslegung Turings, welcher nicht bloß ein Rasterisierungsexperte sein soll, sondern vor allem Maßstäbe beim Raytracing und Deep Learning setzt. Die entsprechenden RT- und Tensor-Cores dürften große Teile der Kernfläche in Anspruch nehmen, bieten Spielern aber voraussichtlich keinen unmittelbaren Nutzen.

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Doch bei Turing hat Nvidia nicht nur RT-Kerne integriert, sondern auch die von Volta bekannten und für Turing verbesserten Tensor-Kerne. Diese können unter anderem für das Raytracing-relevante Denoising eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um eine Technik, um die effizient berechneten Frames der aktuellen Raytracing-Implementierung, welche auf nutzbare Bildraten getrimmt wurde, zu vervollständigen - "volles" Raytracing ist selbst mit dem Turing-Vollausbau nicht möglich. Nvidia gibt an, den Algorithmus bei späteren GPU-Generationen anpassen zu können, damit weitere Strahlen berechnet werden und das Denoising irgendwann nicht mehr notwendig sein wird.

Auch bei der klassischen Rasterisierung setzt Nvidia auf Verbesserungen, was auch der Geforce-Turing zugutekommen wird. In seiner Pressemeldung spricht Nvidia allgemein von "6 Mal schneller als Pascal" und nennt neue Techniken wie "Variable-rate Shading", "Texture-space Shading" und "Multi-view Rendering" - profitieren sollen Spiele und VR-Anwendungen. Turing-basierte GPUs besitzen eine überarbeitete Streaming-Multiprozessor-Architektur mit einer Integer-Verarbeitungs-Einheit, die parallel zur Fließkomma-Berechnung arbeitet. Anandtech geht beim "Variable-rate Shading" davon aus, dass Turing sich wie Volta und Vega verhalten könnte, wo FP16-Operationen in doppelter Geschwindigkeit und INT8-Operationen in vierfacher Geschwindigkeit ablaufen. Generell sind solche "Rechentricks" wie auch AMDs Rapid Packed Math positiv für die GPU-Performance, weil kleinere Berechnungen zu großen zusammengefasst werden und man nur die Rechengenauigkeit nutzt, die auch wirklich gebraucht wird.

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Quadro RTX Turing: Nvidia stellt neue GPU-Architektur vor [Update] Aktualisierung vom 15.08.2018: Nvidia hat wie erwartet die Siggraph 2018 dazu genutzt, seine neue GPU-Architektur Turing vorzustellen. Zum Einsatz kommt sie in entsprechenden, professionellen Quadro-Grafikkarten (Quadro RTX 5000, 6000 und 8000). Die in 12 Nanometer gefertigte GPU verfügt über 18,6 Mrd. Transistoren, ist gigantische 754 mm² groß und setzt im Maximalausbau auf 4.608 Shader-Einheiten, die bis zu 16 TFLOPS FP32-Leistung erreichen.

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