Fermi GF100 im Technik-TÜV: Kommentare zu Architekturdetails, Bildqualität und Benchmarks

"We are a gaming company, first and foremost" - Mit diesen wohlbedachten Worten leitete Nvidias frisch gebackener General Manager für Desktop-Business, Drew Henry, den "Architecture Deep Dive" zur Geforce-Grafikkarte auf Fermi-Basis, Codename GF100, ein. Zuvor, auf der GPU-Technology-Conference im September 2009, war bereits die grundlegende Fermi-Architektur, allerdings mit Fokus auf den GPU-Computing Fähigkeiten von Fermi vorgestellt worden und viele PC-Spieler beklagten, Nvidia hätte seine Kernzielgruppe aus den Augen verloren.

Im Laufe des Tages präsentierten die Nvidia-Mannen weitere Architektur-Details der Grafikkarte GF100-Fermi. Dieses Mal mit deutlichem Fokus auf die Verbesserungen, welche Fermi dem PC-Spieler bringen soll. PC Games Hardware erklärt im Folgenden die wesentlichen Details der Nvidia-Präsentation, bei der GF100-Fermi unter dem Motto "Geometric Realism" präsentiert wurde.


Achtung: Fermi / GF100 ohne eigene Benchmarks!
Sowohl die zur Schau gestellten Fermi-Grafikkarten als auch die Benchmarks sind nur zum Angucken, nicht zum Anfassen gewesen. Die Benchmarks sind von Nvidia ausgewählt und angefertigt worden, sodass wir keinen Einfluss auf deren Aussagekraft für die allgemeine Leistungsfähigkeit haben. Die gezeigten Fermi-Grafikkarten (s. Bild oben) sind ebenfalls noch nicht final und werden zur endgültigen Produktreife wahrscheinlich noch einmal neu designed. Auch liefen die Lüfter mit einer festgelegten Drehzahl, eine Lüftersteuerung war nicht aktiviert. Aussagen zur Geräusch- und Wärmeentwicklung der Karten entbehren somit jeder Grundlage.

Fermi / GF100: Der Chip im Überblick
Wie bereits in unserem recht ausführlichen Fermi-Architektur-Preview, Teil 1 erwähnt, integrierten Nvidias Ingenieure auf dem (ersten) Fermi-Chip rund 3 Milliarden Transistoren - AMDs Cypress-GPU kommt hier auf 2,15 Mrd. Schaltungen. Beide Chips werden in TSMCs 40nm-Prozess hergestellt, teilen sich also die Unbillen dieser Strukturtechnik. Unterstellt man, dass Nvidia dieselbe Packdichte erreicht wie AMD, dürfte der Fermi-GF100 rund 490 Quadratmillimeter groß werden. Legt man die Packdichte zugrunde, welche Nvidias bis dato größter 40nm-Chip GT215 erreicht, betrüge die Die-Größe bereits 574 Quadratmillimeter. Eine offizielle Angabe von Nvidia existiert diesbezüglich nicht.

Im Überblick besteht ein Fermi-Chip aus vier GPCs - das steht für Graphics (oder General) Processing Cluster -, sechs Speichercontrollern inklusive ROPs und Level-2-Cache, dem Host-Interface zur Kommunikation mit dem Wirts-PC sowie dem Steuerwerk namens "Giga-Thread-Engine". Details zu den einzelnen Einheiten folgen im Anschluss.

Fermi / GF100 "Speeds and Feeds":
Insgesamt kommen wir für einen Fermi-Chip im Vollausbau auf die folgende Anzahl der jeweiligen Einheiten und Durchsätze pro Takt:
• 1 Host-Interface
• 1 Giga-Thread-Engine
• 4 Rasterisierungs-Einheiten ("Rasterizers")
• 16 Geometrie-Einheiten ("Polymorph-Engines")
• 512 Shader-ALUs (Cuda-Cores)
• 64 Textureinheiten (TMUs)
• 48 Raster-Operatoren in sechs Gruppen à 8 ROPs
• 384 Bit breiter, in sechs Gruppen aufgeteilter GDDR5-Speichercontroller
• 768 kiB Level-2-Cache (voll kohärent, Lese- und Schreibzugriffe)

Pro Takt lassen sich folgende Durchsätze erzielen:
• 512 FMA/MAD-Anweisungen pro Takt (Single-Precision, 32 Bit)
• 256 FMA/MAD-Anweisungen pro Takt (Double-Precision, 64 Bit)
• 4 Dreiecke pro Takt
• 32 rasterisierte Pixel pro Takt
• 384 Tiefenvergleiche pro Takt (Z-tests)

Die folgende Tabelle stellt den Vergleich der bekannten und gesicherten Eckdaten mit dem Vorgänger in Form der Geforce GTX 285 und der Konkurrenz in Form der Radeon HD 5870 her.