16:13余裕の1万ドル超え。SSD、稼働32,768時間超えでデータ喪失。Huang氏NVIDIAがGPUとモバイルSoCのロードマップを公開した。GPUロードマップでの目玉は、スタックドDRAMを使う超広帯域メモリの「Volta」(ボルタ)が、次世代の「Maxwell」(マクスウェル)の後に加わったこと。GPUコアを統合すること。Denverも見えてきた。2013」で2年半振りにGPUロードマップをアップデートした。2013は、米サンノゼで、現地3月18日から21日にかけて開催されている。新ロードマップでは、現在の「Kepler」(ケプラー)に続いて、Maxwellが2014年までに登場する。そのあと、スタックドDRAMを使うVoltaが登場するロードマップとなった。下が基調講演でのロードマップだ。GPUの最新ロードマップHuang氏は、基調講演の中でVoltaについて次のように説明した。「Maxwellの次のGPUはVoltaだ。Voltaはバッテリの発明者の名前だ。Voltaという名前は、このGPUが、さらにエナジーエフィシェント(高電力効率)であることを示しているから気に入っている。Voltaでは、スタックドDRAMと呼ばれる最新の技術を使う」。NVIDIAは、エクサスケールスーパーコンピュータの「Echelon」(エシュロン)のプランを明らかにしたときから、スタックドDRAMを使うことを示唆していた。今回、Voltaでついに実際の製品ロードマップにも現れた。Via)インタポーザを使う2.5Dタイプのスタックドメモリソリューションだ。下はその時のロードマップだ。この時点では、Maxwellまでしか明らかにされておらず、Maxwellの登場時期も2013年となっていた。今回のアップデートからはさまざまな要素を読み取れる。2010で公開されたGPUロードマッププロセス技術が推測できるNVIDIAのGPUロードマップGPUロードマップでは、相対的なパフォーマンス/電力は、現在のKeplerからMaxwellで約2倍となる。パフォーマンスの比較だ。MaxwellからVoltaではさらに2倍となる。FinFETプロセスあたりであることだ。これは、NVIDIAが現在GPUの製造を委託しているTSMCのロードマップと照らし合わせた場合だが、ファウンドリを変えたとしても大きくは変わらない(例外はIntelに委託した場合)。2014年であるなら、MaxwellはFinFETでの製造が間に合わない可能性が高い。TechConでのスライド)2倍のパフォーマンス/電力を達成するには、プロセスの微細化だけでは無理なので、Maxwellでも、再びGPUアーキテクチャ上の改革が必要になる。次のVoltaの場合は、TSMCの16nmプロセスならトランジスタが3Dの「FinFET」になるため、プロセス技術だけで電力の削減が可能になる。VoltaがMaxwellと同じマイクロアーキテクチャであっても、FinFETによるGPU自体の電力低減と、スタックドDRAMによるメモリ電力の低減によって、パフォーマンス/電力を引き上げることができる。FinFETだった場合、同程度のダイに載せることができる演算ユニット数自体は、おそらく大きく変わらない。FinFETも、バックエンドは20nmプロセスを流用するからだ。配線層がほぼ同じであるため、回路サイズはほぼ変わらないか、場合によっては16nmの方が大きくなる場合すらありうる(クリティカルパスでトランジスタをマルチチャネル化する場合)。右のエリアスケーリングを見ると、28nmから20nmへのスケーリングと28nmから16nmへのスケーリングが同じ比率であることが分かる。20nmから16nmでは面積はスケールダウンしない左が現在のプレーナトランジスタ、中央が1チャネルのFinFET、右がマルチチャネルのFinFET(PDF版はこちら)そのため、Voltaは電力効率は上がるが、ダイサイズ当たりの演算ユニット数では大きな変化は難しい。電力低減の分、動作周波数を上げる余地は増える上に、メモリボトルネックがある程度解消されるため、メモリバインドのアプリケーションの実性能は上がる。電力低減分、ダイを大きくすることも可能だが、露光ワンショットのサイズを越えると経済的ではなくなるため、一定限度以上にダイは大きくしにくい。ちなみに、Voltaの時期が明確にされなかったのは、スタックドDRAMのスケジュールがまだ不鮮明なためだと見られる。Memoryとどう異なるのかの説明は基調講演では行なわれなかった。2014年のTegra「Logan」ではGPUコアにKeplerを採用Tegraロードマップでも、製造プロセス技術が推定できる。2015年のParkerはFinFETとされているため、TSMCなら16nmプロセスとなる。4」(開発コードネーム:Wayne)の後継となる2014年頭に製造に入る「Logan」(ローガン)は、20nmバルクプロセスと推測される。4よりも微細化しなければ、下の基調講演の図にあるようなパフォーマンスアップは望めないからだ。Tegraの最新ロードマップLoganの世代では、GPUコアが一足飛びにKepler(ケプラ)ベースとなる。Huang氏は次のように説明する。「Loganは(Tegraファミリで)初めて最新のGPUを搭載する。CUDAを使うことができる最初のモバイルプロセッサとなる。4.3もサポートする。Loganは来年(2014年)頭には、容易に製造に入ることができるだろう」。これまで、NVIDIAのモバイルGPUコアアーキテクチャは、デスクトップGPUの数世代遅れだった。それが、LoganでKeplerへと飛ぶのは、KeplerまでのGPUコアはモバイルに適していなかったからだ。NVIDIAのGPUコアアーキテクチャは、「Fermi」(フェルミ)からKeplerで大きく変わった。「Tesla」(テスラ)からFermiまでは、エリアオプティマイズド、つまりダイ面積当たりのパフォーマンスを重視した設計だった。そのため、プロセッサを高周波数で回し、トランジスタ当たりの消費電力が大きかった。Keplerからは消費電力に最適化した設計に変わった。命令スケジューリングは全てハードウェアで制御するFermiまでの方式から、レイテンシが読めない命令以外のスケジューリングはソフトウェア(ドライバ内のコンパイラ)で行なう方式へと変えた。そのため、FermiまでのGPUコアと比べて、Keplerは生パフォーマンス当たりの電力が大きく引き下げられた。Keplerの実行パイプライン(PDF版はこちら)Keplerの命令スケジューリング(PDF版はこちら)こうした改良によって電力効率を高めたKeplerアーキテクチャは、モバイルスペースにも適用できるようになった。2/3のGPUコアを設計した。して見ると、NVIDIAはKeplerをモバイル向けに適用できるタイミングまで待っていたことが分かる。4.3のサポートが目立つ。ES系だけではなく、OpenGL系もサポートできることを強調した。3.0のサポートを見送った。GPUベンダーであるはずのNVIDIAが、モバイルではグラフィックスAPIで遅れを取るという状況になっている。Loganではそれを一気に盛り返そうという意図が感じられる。4.3以降は、両APIはある程度融合して行く方向にある。上が今回のGTCで、Khronosグループから発表されたOpenGLファミリのロードマップだ。4.3の後がクロスしていることが分かる。Asia時のロードマップだと下のようになっていた。Huang氏はParkerについて次のように説明した。「Parkerは3つの重要なアイデアを市場にもたらす。ARMプロセッサを載せた最初のプロセッサとなる。Maxwellを統合する。FinFETトランジスタを使う」。NVIDIAのTegra戦略にとって、Parkerが大きなジャンプになることが分かる。4から、CUDA対応のLogan、64-bitでMaxwellでFinFETのParkerへと1年置きに飛躍して行くことになる。同社のモバイルSoCに対する意気込みがよく分かる。5年で100倍にパフォーマンスが向上するTegraHuang氏は、Tegraロードマップでのパフォーマンス向上についても説明。2からParkerで、約5年でパフォーマンスが100倍になり、ムーアの法則のペースをはるかに越えると語った。華々しい伸びだが、もちろんこれにはトリックがある。2は40nmで、Parkerは16nmと推測される。プロセスノードとしては、40nmから20nmで2世代分シュリンクし、同じ面積のチップに載せることができるトランジスタ数は4倍になる。FinFETに移行することで、電力予算も稼ぐ。それに対して、CPUコアはCortex-A9の2コアからCortex-A15の5コア、そして、Denverの4コア以上へと移る。CPUコアのエリアは同じプロセス換算なら4倍以上になるが、キャッシュを含めたトータルのエリアはそこまで増えない。固定機能ユニットも同様と見られるので、NVIDIAは空いたスペースをGPUに割くことができるだろう。GPUの比率を高めると、チップの演算パフォーマンスをムーアの法則以上のペースで上げることができる。ちなみに、昨年(2012年)までのロードマップにはParkerがなく、その代わり、より低パフォーマンスのStarkがロードマップにあった。この変更の理由は分からない。HPC向けのMaxwellのあとに来るParkerで、初のDenver統合としている。HPC向けのMaxwellは20nmだと推測されるが、Parkerは16nmだ。これは、Denverが20nmなのか16nmなのかという問題もはらんでいる。DenverはARMの64-bitコア「Cortex-A57」をベースにすると見られており、Cortex-A57の最初のターゲットは20nmプロセスだと見られている。CPUベースで走らせる展開が見えてきた。Loganまでまだ1年ある。そのため、NVIDIAはCUDAベースのTegra向けのソフトウェア開発を促進するための開発キット「Kayla」(ケイラ)も発表した。ExpressにKepler系のローパワーGPUを搭載したMini-ITXボードだ。基調講演では、Kaylaボードを使ってリアルタイムレイトレーシングを行なうデモも見せた。今回のNVIDIAロードマップアップデートは、GPU技術のターニングポイントを示しており重要だ。VoltaのスタックドDRAMは、今後のGPUのカギとなる。クドDRAMについては別な記事で詳しく説明したい。