做核彈就服黃總！NV全新架構GPU核心解析：211億晶體管

年度GTC技術大會上，NVIDIA CEO黃仁勛首次宣布了其下一代GPU架構，代號「Volta」(伏特)，包括頂級的GV100大核心，以及Tesla
V100高性能計算卡。

NVIDIA是在2013年第一次透露Volta架構的，原計劃在Maxwell(麥克斯韋)架構之後上馬，但因為某些原因，臨時增加了一個Pascal(帕斯卡)。

據悉，Volta架構的研發投入達到了30億美元，創造了NVIDIA的歷史新高。

Volta家族的頂級核心代號GV100，將會取代GP100成為新的旗艦。

它採用台積電專門為NVIDIA定製的12nm FFN新工藝(N代表NVIDIA)，或者說是16nm
FinFET的改良升級版，集成多達211億個晶體管，核心面積達到了恐怖的815平方毫米，相比於GP100分別增加了38％、34％，順利成為史上第一大GPU核心。

其內部擁有5376個32位浮點核心、2688個64位浮點核心(還是2:1)，劃分為84組SM陣列、42組TPC陣列、7組GPC陣列，同時搭配336個紋理單元，都比GP100增加了40％，同時還首次加入了672個Tensor
Core。

Tensor
Core是一種新的核心，專門為深度計算操作加入的，更加剛性，不那麼彈性，但是依然可以編程。

它本質上是一系列ALU單元的集合，可以執行4x4矩陣操作、融合乘加操作(A×B＋C)，還可以計算兩個4xx 16位浮點矩陣的乘積，再加上一個4x4
16/32位浮點矩陣，得到一個4x4 32位矩陣。

通過在一個單元內執行大規模的矩陣乘積操作，GV100可以獲得更強大的浮點計算性能。單個Tense
Core每時鐘周期能執行64個FMA操作(128FLOPS)，官方號稱整體性能比Pasal提升4倍。

每個SM陣列還擁有128KB一級緩存/共享內存，GP100核心則是24KB一級緩存/紋理緩存、64KB共享內存，總的二級緩存容量也從4MB增至6MB，不過每SM
256KB寄存器的規模沒變。

顯存還是搭配HBM2，位寬不變4096-bit，堆疊也是四個，只是頻率提高了25％，但是得益於更好的顯存效率，帶寬增長了50％。

新的互連匯流排NVLink
2可以提供25GB/s的雙向帶寬，提升40％，而且每個核心擁有六條之多(GP100兩條)，並支持緩存一致性，預計會搭配IBM
Power9處理器。

NVIDIA還透露，Volta核心及大地改變了SIMT(單指令多線程)的工作方式，32個線程束內的每個CUDA核心都有一定程度的自治，線程同步精度更高，整體效率自然有所提升。

更重要的是，單個線程可以獨立完成然後重新調度到一起，這意味著有限的調度硬體又回到了NVIDIA GPU。

說完Volata GV100核心，再來看看首款基於它的產品Tesla V100。

和前任Tesla
P100一樣，它也不是滿血的，只開啟了80組SM陣列、5120個流處理器，顯然是出於良品率的考慮。

其加速頻率只有1455MHz，略微降低了一些，但憑藉新的架構和更大規模的計算單元，性能大漲了足足42％：16位浮點30TFlops、32位浮點15TFlops、64位浮點7.5TFlops(4:2:1)。再加上Tensor單元的120TFlops，整體提升多達6-12倍。

Tesla V100還是搭配16GB HBM2，位寬不變，不過頻率從1.4GHz提高到了1.7GHz。

它依然採用了和Tesla
P100類似的特殊造型，NVIDIA稱之為SXM2，介面應該也是新的，針腳更多，但暫未透露細節。

Tesla V100的熱設計功耗還是300W，但是號稱效率更高。

Tesla
V100將首先以DGX-1V伺服器的方式出貨，一台整合八顆GPU核心，價格14.9萬美元，第三季度發貨。

另外，NVIDIA還宣布了兩個PCI-E版本的V100核心產品，其一是250W功耗的全尺寸擴展卡，其二是150W的半高全長樣式，用於高密度計算。