NVIDIA：Maxwell使用統一定址，Volta整合堆棧式記憶體

ARIESS

　　在看過了Tegra處理器的路線圖之後，我們再來看看GTC 2013大會上公佈的GPU路線圖。在此之前我們只知道2013年依然是Kepler架構，不過核心會從去年的GK104變成現在的GK110，再下一代就是原本預計在2013年發布的Maxwell麥克斯韋爾，現在推到了2014年。NVIDIA現在又給出了Maxwell的繼任者—— Alessandro Volta(亞歷山德羅·伏特，維基連結)，他是一位意大利物理學家，電池的發明者。
　　現在Volta還只是一個代號，詳細的架構訊息不得而知，不過NVIDIA此次公佈的路線圖中給出了每代GPU架構的技術進步，我們可以從中一窺Volta的設計。

　　Volta的特點是整合了堆棧式記憶體(Stacked DRAM)，這意味着DRAM電路與GPU核心非常接近，二者通過TSVs(using through-silicon vias，矽通孔)技術連接起來。高頻寬的內建DRAM設計並非什麼新技術，但是這個設計依然非常獨特。
　　以往的一個例子是索尼的PS Vita，它的GPU就有128MB的RAM記憶體，不過並沒有使用TSVs設計。Intel的Haswell處理器中新增了GT3等級的核心，還記得以前的新聞嗎，GT3核心就具備128MB的嵌入式快取。
　　使用堆棧式記憶體設計的好處不僅在於極大地提高了頻寬，而且延遲也會很低，相比外置式記憶體，它在速度及寬度上都有優勢，當然實際如何還要看實際配備。如果記憶體離GPU核心很近，那麼好處不僅是頻寬高，而且運行頻率也可以很高。
　　對Volta來說，NVIDIA的目標是為其提供1TB/s的頻寬，這個數據是目前頻寬最高的GTX Titan的3倍，後者使用的是384bit位寬，1502MHz的GDDR5記憶體，頻寬也只有288GB/s，那麼Volta有可能搭配的是1024bit位寬、速率8Gbps，也有可能是2048bit位寬、4Gbps速率，現在來看實現的難度頗大，不過Volta依然有好幾年的時間才能面世，技術進步的速度誰又能說清呢。

　　更讓人感興趣的是NVIDIA如何解決芯載DRAM的容量問題。目前的DRAM(面積)還是相當大的，特別是GDDR記憶體，顯示卡要想完全使用這種設計不太可能，因為目前的消費級顯示卡的記憶體容量已經達到了6GB。
　　NVIDIA更可能的做法是使用分離式DRAM設計，晶片內整合的DRAM主要用作快取及共享記憶體的交換池(pool)，而外部匯流排依然會搭配大容量記憶體，雖然速度會比堆棧式整合的慢一些。
　　Volta在NVIDIA的路線圖時並沒有時間表，因此我們不知道它什麼時候才能發布。Maxwell原本預計在2013年發布，但是也推遲到明年了，Kepler原本也是在2011年發布的，結果也是在去年才發布。雖然NVIDIA沒有說明為什麼，但是看起來NVIDIA的產品還是與TSMC的工藝緊密連接在一起，發布新架構時往往需要使用新工藝，Volta的開發需要搭載某個特定的工藝，只不過目前這一切都是未知數。
　　TSMC還在努力追趕製程工藝最先進的Intel，不過很難預計未來會發生什麼，所以(Volta)缺少時間表一點也不奇怪。NVIDIA在演講中提到了他們會在未來的Parker SoC(Logan之後的Tegra處理器，蜘蛛俠名字)處理器上使用FinFET(鰭式晶體管，也就是3D晶體管)工藝，但是沒有提到Volta也會使用FinFET工藝，因此實際如何還真不好說。
　　NVIDIA也給出了有關Volta GPU性能的粗略預計，以單位瓦特的FP64雙精度性能為例，K20X大約是5.5GFLOPS/W，Volta大約是24ish，由於NVIDIA還要考慮功耗因素，因此同等TDP下我們可以認為Volta的性能是K20X的四倍左右，其FP64雙精度性能大約在5TFLOPS左右。當然，現在的預計只是一個早期預測，Volta離問世還有段距離。
　　最後，Volta作為最新公開的GPU架構成功吸引住了媒體的眼光，以致於很多人都忽略了Maxwell的存在。Maxwell的設計要點其實也值得一看，它將是NVIDIA第一個使用“統一虛擬定址(unified virtual address)”技術的GPU架構，這種設計對同時整合CPU和GPU的設備也非常重要，AMD的HSA異構計算要解決的一個問題就是統一定址問題。
　　還有Parker SoC處理器的問題，這是Logan(Tegra 5)之後的處理器代號，它將使用Maxwell架構，CPU架構則是Denver，NVIDIA的Project Denver就是為GPU開發基於ARM指令的CPU核心，意味着Parker及類似的處理器已經可以整合NVIDIA自己的CPU核心了。