Úvod

Mnoho se toho naspekulovalo kolem všech procesorů, grafické procesory nevyjímaje. IT fanoušci přáli Nvidii aby byla v boji o prvenství s AMD úspěšná a často ji až démonizovali. Nvidia GTX 300 Series se měla objevit na přelomu roku 2008/2009, ale mnozí si vůbec neuvědomovali, že vývoj má své zákonitosti a nelze žádnou etapu přeskočit.

Uplynul celý dlouhý rok, společnost AMD má své nejnovější GPU ve všech segmentech a Nvidia stále nic. Článek Nvidia ztrácí, co bude dál? nepřinesl nic nového, jen rekapituloval stav, o kterém Česko-Slovenské IT media odmítají psát.

Pokračováním byl text Konec Nvidia GF100, ale nebylo napsáno příliš konkrétních detailů, které jsou navíc před čtenáři na většině Česko-Slovenských IT médiích důmyslně likvidovány.

Nvidia vs. AMD a nevyvratitelné fakta

Pojďme se tedy podívat blíže na nevyvratitelné fakta, ve kterých se pojetí návrhu a výroby GPU od AMD a Nvidie zásadně rozchází.

AMD koupilo společnost ATI a prvním GPU byl R600 vyráběn 80nm výrobním procesem. Nvidia dominovala na více jak 2/3 trhu a sic výkonnostně srovnatelný, ale trochu hladový a horký čip neměl lehkou pozici.

Společnost AMD velmi rychle pochopila, že k ekonomickému úspěchu je zapotřebí rychlých inovačních kroku. Mnohé zkušenosti pocházely i ze souboje s Intelem, kde Intel výrazně těžil na menším čipu a tím i nižších výrobních cenách.

Podívejme se na přehlednou tabulku, co z ní dokážeme vyčíst.

Nástup AMD a stagnace Nvidie

AMD postavilo špičkový čip R600 a nastoupilo velmi tvrdě do boje o nové pozice, které lze charakterizovat následovně:

• Velikost výrobního procesu
• Velikost čipu
• Počet stream procesorů
• Výpočetní výkon
• Ekonomika výroby
• Další vlivy

R600 byl vyráběn 80nm výrobním procesem, kde se ukázalo, že čip je příliš velký a energeticky náročný, přičemž výrobní proces byl větší, jak AMD používalo pro své procesory. Následovala rychlá přeměna na 65nm výrobní proces, ale zde se objevily jen jednodušší čipy s méně stream procesory.

Čip R600 jako takový spatřil světlo světa na 55nm výrobním procesu pod označením RV670. Na jádru bylo zapracováno nejenom, co se týče velikosti výrobního procesu, ale hlavně co se týče účelnosti počtu použitých tranzistorů, zde můžeme vidět, že došlo ke zmenšení jejich počtu, při zachování počtu stream procesorů.

RV770 bylo úspěšným pokračováním započaté série, počet stream procesorů se výrazně navýšil a čip se úměrně zvětšil. RV790 bylo jen testování si budoucí struktury pro 40m výrobní proces.

RV870 je již vyráběn 40nm výrobním procesem a čip se opět nenápadně rozrostl. Prvním čipem vyráběným 40nm výrobním procesem však byl čip RV740, který měl na starosti odladit výrobní proces a připravit podmínky pro řadu RV8XXX.

Výkon, problémy a ekonomika

Nvidia zcela zásadně podcenila zrychlený nástup paralelizace výpočtů a nestíhá přidávat stream procesory, namísto toho se snaží udržet krok navýšením taktů.

Přechod na novější, menší výrobní proces je poznamenán úspěchem generace GeForce8XXX a možná i Kartelovou dohodou s ATI, kterou AMD přestalo ctít. Nvidia nejenom, že přestala stíhat přecházet na menší technologický rozměr, ale její vývoj na tomto rozměru je opožděný a nemá dostatek zkušeností, aby mohl být konkurenceschopný.

Přechod na menší výrobní proces přináší při stejném taktu menší energetickou náročnost, na úkor které lze navyšovat počet tranzistorů, který zaručí vyšší výpočetní výkon. Nvidia však s počty tranzistorů nezachází hospodárně a ve srovnání s AMD jich má mnohem více, čímž neúměrně roste energetická náročnost.

S přechodem na menší výrobní proces, se ztenčují, již tak tenké izolační vrstvy, navyšují kapacity přechodů a enormně rostou vlastní vodivosti. V konečném důsledku výrazně rostou svodové proudy a energetická náročnost.

S energetickou náročností souvisí i pracovní teplota a navýšení teplotní závislosti. Pokud většina závislosti byla až do rozměru 55nm téměř lineární, pak pod 50nm se směrnice závislosti výrazně mění. Nvidia se s tímto faktem nedokázala žádným způsobem vyrovnat a dvojnásobný takt stream procesorů se tak stává neudržitelný. Brzy budeme zřejmě svědky toho, že takty AMD a Nvidie budou podobné.

Další velmi výrazný ekonomický fakt, na který AMD reagovalo již při vývoji RV670 a který Nvidia totálně opomněla je enormní nárůst ceny výrobního procesu a tím i ceny jednotlivých čipů. Ano AMD i Nvidia má stejný výrobní proces a stejnou cenu za vyrobenou křemíkovou desku, jenže AMD má na desce cca 160 čipů a Nvidia pouze 98. Připočteme-li defekty, pak při počtu 50defektů na jednu křemíkovou desku zůstává pro AMD cca 90 dobrých kusů, kdežto pro Nvidii pouze 48 dobrých kusů. Pokud srovnám stejně výkonné čipy AMD, RV8XX s čipy Nvidie, GF100 pak dostanu 282 dobrých pro AMD a jen 48 pro Nvidii.

Je vidět, že AMD získává výhodu v poměru 2÷6:1 v ceně dobrého čipu, energetická náročnost bude v obráceném poměru, odtud je patrné, že takty GF100 budou muset být výrazně sníženy, kdežto takty pro GPU AMD mají značnou rezervu.

Závěr

Nvidia si zadělala na obrovské problémy, když přestala vývojově držet rychlé tempo s AMD. Vývoj grafického čipu trvá více jak 2 roky, pokud nemá Nvidia rozpracovanou následnou generaci čipů, pak nelze čekat, že by mohla GF100 jakýmkoliv způsobem konkurovat čipům AMD RV870. GF100 tratí výkonově, je drahý a značně energeticky náročný, takovému čipu nepomůže ani sebelepší marketing a podpora CUDA či PhysX.

Pokud se Nvidia pokusí od GF100 odvodit nižší řady, pak se situace nepatrně zlepší, ale stále bude velmi nepříznivá, Nvidia si nebude schopna vyprodukovat dostatečný kapitál pro vývoj následné generace GPU a bude muset spoléhat na financování se stále se dobře prodávající prastaré řady či úvěr.

Jediná možnost jak v současné době postavit konkurence schopný čip je výrazně snížit počet tranzistorů, výrazně navýšit počet stream procesorů, výrazně snížit velikost čipu a udržet takt blízky 1GHz.

Je to naprosto stejné jak v procesorech se společností Intel, soupeřit mohou jen procesory se stejným či podobným počtem jader a na podobném taktu. Pokud by konkurence postavila třetinový či dokonce šestinový počet jader, pak je o výsledku předem rozhodnuto, neboť takty diktují spíše výrobní postupy a počty tranzistorů a proto jsou obdobné.

Diskuse