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Pascal, un supercalculateur dans un processeur graphique NVidia

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La puissance d'un supercalculateur dans l'équivalent de deux cartes de crédit : c'est ce que promet le fabricant de semi-conducteurs NVidia avec une nouvelle architecture de processeur graphique. Baptisée Pascal, elle introduit trois innovations importantes : de la mémoire 3D, une nouvelle technologie d'interconnexion entre la puce graphique et le processeur central ainsi qu'une mémoire unifiée. Les premiers produits sortiront en 2016.

Le module Pascal a été dévoilé par Jen Hsun Huang, le PDG de NVidia, lors de la conférence annuelle de l’entreprise. Cette nouvelle architecture optimise le transfert des données entre le processeur central et le processeur graphique et utilise un nouveau type de mémoire vive disposée en trois dimensions. Selon NVidia, le module présenté, qui ne fait qu’un tiers de la taille d’une carte graphique PCIe, fait entrer la puissance d’un supercalculateur dans la surface occupée par deux cartes de crédit. © NVidia

NVidia, le fabricant des processeurs graphiques pour ordinateurs et systems on a chip (SoC) que l'on retrouve dans les smarpthones et tablettes, a tenu cette semaine sa conférence annuelle (GTC 2014) à San José, en Californie. L'occasion de dévoiler une toute nouvelle architecture de processeurs graphiques pour les prochaines générations de puces pour jeux vidéo, SoC de terminaux mobiles et de supercalculateurs.

Dénommée Pascal en hommage au scientifique français Blaise Pascal, cette plateforme marque une étape technique importante avec l'introduction de plusieurs technologies qui optimiseront l'utilisation de la mémoire vive et réduiront les goulets d'étranglement pour le transfert des données entre le processeur graphique (GPU) et le processeur central (CPU). La première de ces nouveautés est la mémoire 3D, qui consiste à empiler les cellules de mémoire DRam à la verticale et à intégrer l'ensemble sur le même semi-conducteur que le CPU. NVidia annonce que la capacité mémoire devrait être multipliée par 2,5 grâce à une bande passante beaucoup plus importante. Cette architecture 3D permet aussi de placer les régulateurs de tension à proximité de la puce, ce qui a pour effet d'optimiser l'efficacité énergétique qui serait quatre fois supérieure à une solution mémoire GDDR5. NVidia souligne que grâce à cela, le module Pascal ne fait qu'un tiers de la taille d'une carte graphique PCIe.

Pour sa nouvelle architecture processeur, NVidia a opté pour une mémoire vive en 3D. Les cellules DRAM sont empilées à la verticale et intégrées sur le même semi-conducteur que le processeur graphique. L’accès mémoire est beaucoup plus rapide tout en autorisant un design beaucoup plus compact. © NVidia

Collaboration entre NVidia et IBM

L'autre innovation clé est une nouvelle technologie d'interconnexion entre le CPU et le GPU nommé NVLink. Elle a été codéveloppée avec IBM avec l'objectif de démultiplier la vitesse de transfert des données entre les deux processeurs. Selon NVidia, NVLink est 5 à 12 fois plus rapide que ce que peut offrir le bus PCI Express de troisième génération, car il laisse le GPU accéder à la mémoire du CPU à pleine bande passante et vice-versa. Le fondeur annonce une bande passante de 80 à 200 Go/s, contre 16 Go/s sur du PCIe 3.0. NVLink renouvelle également l'interconnexion entre les processeurs graphiques eux-mêmes, ce qui permettra de faire du clustering en créant des configurations qui pourront comprendre plusieurs GPU.

Ce nouveau type d'interconnexions va grandement bénéficier aux applications tirant parti de l'accélération matérielle et au calcul massivement parallèle. Grâce à ce système de mémoire unifiée, NVidia promet aux développeurs qu'ils seront libérés des problématiques d'optimisation des protocoles de communication. Et de citer notamment l'analyse de données et l'apprentissage machine comme deux domaines qui tireront grandement avantage de ces innovations. Ainsi Pascal se destine-t-il aux futurs supercalculateurs exaflopiques. IBM a prévu d'intégrer cette technologie dans ses futures versions de processeurs Power.

Précisons que NVidia n'a pas l'intention d'abandonner le bus PCIe. Toutes les transactions de contrôle et de configuration initiées par le CPU passeront par une connexion PCIe, indique le fabricant. Et si un processeur central n'est pas compatible NVLink, l'interconnexion pourra alors fonctionner entre les GPU afin d'améliorer la montée en performance, ou scaling. Autrement dit, NVLink sera en quelque sorte une option technique que les fabricants de processeurs pourront ou non choisir d'adopter... Les premières puces issues de l'architecture Pascal arriveront en 2016. Il sera alors intéressant de voir si, en dehors d'IBM, d'autres grands fabricants de processeurs (AMD, Intel) auront misé sur la solution de NVidia.