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» 2012年03月22日 22時00分 UPDATE

KeplerでGPUが動く時代に:大解説! 新世代GPU“Kepler”が性能2倍で省電力の理由 (1/4)

NVIDIAの新世代GPUアーキテクチャ“Kepler”が登場。発表当初、その急激な性能向上と消費電力削減が話題となったが、果たしてそれは実現できたのだろうか?

[本間文,ITmedia]

大きく変化したSMとCUDAコア

 NVIDIAは、開発コード名“Kepler”と呼んできた次世代アーキテクチャGPU「GeForce 600」シリーズを発表した。同社は、Keplerアーキテクチャの開発において「消費電力あたりのパフォーマンス」の向上を最も重視し、デスクトップPC向けGPUで最上位モデルとなる「GeForce GTX 680」では、消費電力あたりのパフォーマンスを、従来のシングルGPUで最上位モデルだったGeForce GTX 580と比べて2倍まで向上させた。

kn_gf600_33.jpg “Kepler”アーキテクチャを採用する最上位モデル「GeForce GTX 680」のダイ画像

 消費電力あたりのパフォーマンスが向上した理由には、GPUの核となるSM(Streaming Multiprocessor)の構成を見直し、新たに192基のCUDAコアで構成するSMX(Streaming Multiprocessor eXtreme)に進化したことが挙げられる。従来のGeForce GTX 580では、1基のSMが32基のCUDAコアで構成していたことを考えれば、SMあたりのコア数が6倍に増えたことになる。GeForce GTX 680では、このSMXを8組構成で1536基のCUDAコアを搭載する。これにより、GeForce GTX 680の消費電力あたりパフォーマンスがGeForce GTX 580の2倍にまで向上することが可能になった。

 GeForce GTX 680は、TSMCの28ナノメートルプロセスルールを採用し、35億個のトランジスタを集積する。そのダイサイズは294平方ミリで、GeForce GTX 560Tiより小さい。グラフィックスメモリのインタフェースは256ビット幅だが、動作クロック1.5GHzのGDDR5をグラフィックスメモリに採用することで、6Gbpsの転送レートを実現し、GeForce GTX 580と同じメモリ帯域を確保している。これにより、GeForce GTX 680のリファレンスデザインにおけるTDP(Thermal Design Power:熱設計電力)は、最上位モデルながら195ワットに抑えられており、外部補助電源コネクタも6ピン2基の構成で済んでいる。

kn_gf600_01.jpgkn_gf600_02.jpgkn_gf600_03.jpg GeForce GTX 680の主要スペック(写真=左)。GeForce GTX 680のブロックダイヤグラム。192基のCUDAコアを統合するSMXを8構成も内蔵するので、GPU全体では1536基のCUDAコアを搭載することになる(写真=中央)。SMXアーキテクチャでは192基のCUDAコアを統合したことで、GeForce GTX 580などのFermi世代に比べて消費電力あたりのパフォーマンスを2倍に引き上げることを可能にした(写真=右)

GPU名 GeForce GTX 680 GeForce GTX 580 GeForce GTX 560 Ti
プロセスルール TSMC 28ナノメートル TSMC 40ナノメートル TSMC 40ナノメートル
トランジスタ数 35億 30億 19億5000万
ダイサイズ 294平方ミリ 520平方ミリ 360平方ミリ
CUDAコア 1536 512 384
テクスチャユニット 128 64 64
テクスチャフィルタリングレート 128.8Gtexels/s 49.4Gtexels/s 52.6Gtexeles/s
ROP 32 48 32
2次キャッシュメモリ 512KB 768KB 512KB
ベースクロック(/プロセッサクロック) 1006MHz 722/1544MHz 822/1644MHz
ブーストクロック 1058MHz -
グラフィックスメモリ GDDR5 GDDR5 GDDR5
メモリバス幅 256ビット 384ビット 256ビット
メモリ転送レート 6.0Gbps 4Gbps 4Gbps
メモリ帯域 192GB/s 192.4GB/s 128.3GB/s
TDP 195ワット 244ワット 170ワット
外部補助電源コネクタ 6ピン+6ピン 8ピン+6ピン 6ピン+6ピン
DirectX 11.1 11 11
映像出力インタフェース デュアルリンクDVI×2、HDMI、DisplayPort 1.2 デュアルリンクDVI×2、Mini HDMI デュアルリンクDVI×2、Mini HDMI
画面出力 4 2 2
3D Vision Surround 最大3画面 1 1
バスインタフェース PCI Express 3.0 PCI Express 2.0 PCI Express 2.0

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