Die Streaming-Prozessoren
Die grundlegende Zusammensetzung eines „Streaming Multiprocessors“ hat Nvidia mit Maxwell völlig verändert. Der „Maxwell Streaming Multiprocessors“ (SMM) besteht nur noch aus 128 ALUs – ein Drittel weniger als bei Kepler mit 192 Einheiten.
Auch die Anzahl der Kontrolllogiken, die die ALUs mit Rechenaufgaben versorgen, hat Nvidia angepasst. Bei Maxwell kommen pro SMM jetzt vier statt einer zum Einsatz. Jede Kontrolllogik kümmert sich um 32 ALUs. Als Ausgleich fällt die „Control Unit“ deutlich weniger komplex und kleiner aus. Die Summe der vier Einheiten bei Maxwell soll weniger Platz beanspruchen als die eine Einheit bei Kepler. Das spart Platz auf dem Die.
Weniger aber effizientere ALUs
„Maxwell“ „Kepler“
ALUs 128 192
Kontrollogik 4 1
Leistung* 90 Prozent 100 Prozent
* Leistung des SM bei gleichem Takt, Kepler = 100 Prozent
Resultat des stark verschobenen Verhältnisses aus ALUs und Kontrolllogiken je SMM ist, dass die Gesamtauslastung der Recheneinheiten bei Maxwell deutlich gestiegen ist, so Nvidia. Obwohl der SMM mit 33 Prozent weniger ALUs daher kommt, soll er 90 Prozent der Leistung der Variante von Kepler erreichen. Das ist nur möglich, wenn jede ALU bei Maxwell 35 Prozent mehr leisten kann als bei Kepler.
Um die Effizienz weiter steigern zu können, liegt die Aufgabe der Verteilung der Rechenaufgaben nicht mehr nur alleine bei der Kontrollhardware, sondern wird bei Maxwell, anders als bei Kepler, zu einem gewissen Teil auch vom Treiber in Software – und damit von der CPU – übernommen. Bereits dieser „sortiert“ gewisse Daten vor, sodass nicht mehr nur die Hardware entscheiden muss, welche Rechenaufgabe an welche ALU übergeben wird. Dies war für die Vereinfachung der Kontrolllogik notwendig. Genauere Details dazu fehlen aber, sodass unklar ist, inwieweit dies mit Leistungseinbußen verbunden ist.
Eine SMM besteht aber natürlich nicht nur aus ALUs, sondern auch noch aus anderen Einheiten. Bei den Polymorph-Engines (zuständig für Tessellation) und der Größe des Shared-L1-Cache pro SMM (weiterhin 64 KB) hat sich allerdings gegenüber Kepler nichts geändert. Allerdings ist der ehemals geteilte L1-Cache bei „Maxwell“ jetzt ein reiner klassischer Shared-Cache, während es einen zusätzlichen kombinierten L1-Cache für Texturen und Compute gibt. Dessen Größe ist unbekannt.
Maxwell-Architektur
Maxwell-Architektur
Deutliche Veränderungen gibt es auch bei den Textureinheiten (TMU). Auf Kepler gab es pro SM 16 Stück. Auf Maxwell sind es aber nur noch deren acht. Nvidia ist sich zwar bewusst, dass dieser Einschnitt Leistung kosten kann, hat ihn aus Gründen der Energieeffizienz aber dennoch vollzogen. Mehr TMUs hätten zu sehr auf die Leistungsaufnahme gedrückt.
Weniger TMUs pro SMM
„Maxwell“ „Kepler“ „GCN“
TMUs je SMM / Compute Unit 8 16 4
Verhältnis TMUs zu ALUs 1:16 1:6 1:16
Setzt man ALUs und TMUs auf Kepler, Maxwell und AMDs Graphics Core Next (GCN) ins Verhältnis, zeigt sich: Maxwell bietet ab sofort dasselbe Verhältnis wie AMDs GCN-Architektur.
Die SMMs sind auch bei Maxwell in einem „Graphics Processor Cluster“ (GPC) zusammengefasst, der die „Raster-Engine“ beherbergt. Der GPC bildet das sogenannte „Front-End“, das sämtliche SMM mit Aufgaben versorgt und damit für deren Auslastung zuständig ist. Ein GPC besteht bei Maxwell aus fünf SMM. Bei Kepler waren es dagegen zwei. Dennoch bleibt es, zumindest den offiziellen Informationen zufolge, bei einer einzelnen Raster-Engine. Ob diese verbessert worden ist, bleibt unklar. Dies ist aber anzunehmen, da eine Raster-Engine auf Maxwell mehr Einheiten mit Aufgaben versorgen muss als auf Kepler.
inen geradezu riesigen Schritt hat es beim L2-Cache gegeben. Der GM107, die voraussichtlich kleinste Maxwell-GPU, kann mit 2.048 KB auf einen größeren L2-Cache zurückgreifen als eine High-End-Karte der aktuellen Generation: der GK110 (GeForce GTX Titan, GeForce GTX 780 (Ti)) bietet ein halbes Megabyte weniger. Über den großen internen Speicher sollen externe Speicherzugriffe verhindert und so die Effizienz sowie Leistung verbessert werden.
GM107 GK107 GK106 GK104 GK110
L2-Cache 2.084 KB 256 KB 384 KB 512 KB 1.536 KB
Bei den „Raster Operation Processors“ kann GM107 auf zwei ROP-Partitionen mit jeweils acht ROPs zugreifen, was insgesamt 16 ROPs ergibt. Als Speicherinterface sind zwei 64-Bit-Controller vorgesehen, was einem klassischen 128-Bit-Interface entspricht.
Nvidia GM107
Nvidia GM107
Von NVENC bis DirectX 11.0
Nvidia hat auf Maxwell auch den diskreten Video-Encoder für H.264 (NVENC) verbessert. Während Kepler mittels NVENC mit der vierfachen Echtzeitgeschwindigkeit encodieren kann, liegt die Rate bei Maxwell bei Faktor sechs bis acht. Das Decodieren soll in acht bis zehnfacher Geschwindigkeit geschehen können. Trotz höherer Leistung soll die Leistungsaufnahme geringer ausfallen.
Maxwell ist erstmals mit dem „GC5“-Power-State ausgestattet, der in leichten Belastungsphasen, wie zum Beispiel dem Abspielen einer Blu-ray, einsetzen soll. Dadurch soll erneut der Energiehunger reduziert werden. Die Double-Precision-Leistung von Maxwell liegt bei 1/32 der Single-Precision-Leistung.
Auch die Granularität des Clock-Gating soll einen Schritt nach vorne gemacht haben, sodass gewisse Chipbereiche mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten können. Dies alles sind laut Nvidia wichtige Punkte, durch die die Effizienz ansteigt. Zu weiteren Anpassungen und Maßnahmen, die die Energieeffizient erhöht haben sollen, hüllt sich Nvidia allerdings in Schweigen.
Eine abschließend durchaus überraschende Nachricht gibt es bezüglich der APIs. Dort hat sich nichts getan, sodass Maxwell genau wie Kepler nur DirectX 11.2 mit dem Feature Level 11.0 vollständig unterstützt – und damit im Endeffekt nur DirectX 11.0. Auch fehlt der GPU aktuell die Kompatibilität zu HDMI 2.0. Das liegt laut Nvidia daran, dass der Standard zu kurzfristig fertiggestellt worden ist.
?? Was gibt es denn an Polaris 11, sollte die kolportierte Leistung stimmen auszusetzen wenn ich fragen darf ?? Erwartest du etwa 100% Leistungssprünge alles 2 Jahre in der Mittelklasse ?? Die Zeiten sind längst vorbei 
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