"Phép kỳ diệu" Pascal của NVIDIA: Nền tảng đằng sau tuyệt phẩm GTX 1080

Cơn bão GTX 1080 và GTX 1070 đã gây ra sóng gió phần lớn nhờ vào nền kiến trức vi xử lý siêu nhỏ mới 16 nm FinFET. Và bài viết này nhằm làm sáng tỏ hơn vi xử lý Pascal là gì và tại sao nó quan trọng đến thế?

Vi kiến trúc là gì?

Vi kiến trúc đơn giản là cấu trúc khung của một bộ vi xử lý CPU. Qua cấu trúc này, các kiến trúc tập lệnh sẽ được xử lý bởi bộ vi xử lý theo cách khác nhau, sự khác nhau đầu tiên là về tốc độ xử lý mệnh lênh, tốc độ tính toán và số lõi đa luồng của GPU. Ngoài ra nền kiến trức vi xử lý còn quyết định khả năng hỗ trợ một số công nghệ mới.

Dù không quyết định toàn bộ chức năng và khả năng của đơn vị xử lý đồ họa GPU, vi kiến trúc phần nào đặt ra giới hạn hiệu năng và mức độ có thể cải tiến của GPU và theo đó là card đồ họa.

Hiện trong thê hệ 1xx, NVIDIA mới cho ra mắt GP100 sử dụng trên mạch Tesla P100 và làm cơ sở cho dòng card màn hình cao cấp bí ẩn, GP104 cho GTX 1080 và GTX 1070 mới công bố.

Lý do nền kiến trúc Pascal của NVIDIA gây nên cơn sóng lớn

Đầu tiên là vì thời điểm ra mắt của Pascal. Nền kiến trúc trước đây, Maxwell, lần đầu ra mắt phiên bản card màn hình hoàn chỉnh của mình vào đầu năm 2014 và là nền tảng xây dựng những đời cuối của dòng card Geforce GTX 700 và toàn bộ serie card 800 và 900. Như vậy, giới công nghệ đã phải chờ đến hơn hai năm để chứng kiến bước cải tiến kế tiếp của hãng linh kiện xử lý đồ họa hàng đầu.

Sự chờ đợi kéo dài này chủ yếu đến từ việc NVIDIA và thậm chí là AMD đều bỏ qua một “nhịp” phát triển với vi kiến trúc 20 nm mà tiến thẳng tới nền vi kiến trúc 14 và 16 nm FinFET.

Nền kiến trúc FinFET dù đã được Intel sử dụng cho các con chip CPU của mình trong vài năm nay, vẫn còn là một công nghệ khá mới. FinFET là thuật ngữ ám chỉ nền bộ tụ điện thiết kế theo cấu trúc 3 chiều thay vì 2 chiều như trước. Công nghệ vi kiến trúc mới bảo đảm hiệu suất cao hơn và nhiệt độ tỏa ra cũng ổn định hơn khi sử dụng.

Lựa chọn vi kiến trúc 16 nm FinFET cho nền Pascal của NVIDIA còn có ý nghĩa chiến lược khác, khi hiện nay chỉ có 3 hãng có khả năng đảm nhận được vai trò sản xuất: Samsung, TSMC của Đài Loan và một công ty còn khá non trẻ mới tham gia thị trường sản xuất phần cứng GlobalFoundries của Hoa Kỳ.

Khi AMD tiếp tục tin dùng GlobalFoundries với dòng GPU phổ thông của mình, NVIDIA vẫn tin cậy hoàn toàn vào hãng sản xuất Đài Loan trung thành lâu năm. Điều đặc biệt ở đây là với lựa chọn của mình NVIDIA phải chấp nhận phát triển các GPU của mình trên nền 16 nm thay vì 14 nm như AMD. Dù kích cỡ chưa chắc đã đóng vai trò tiên quyết về hiệu năng, điều này vẫn có thể đem lại lợi thế phần nào trong cuộc đua đang hết sức cam go giữa hai hãng.

Vi kiến trúc Pascal hỗ trợ số lõi CUDA trong một vi xử lý đa luồng SM là 64 thay vì 128 ở Maxwell, nhưng do hiệu suất cao hơn rất nhiều, tốc độ tính toán và xung nhịp của Pascal vẫn sẽ vượt trội hơn một cách ngoạn mục như đã thể hiện với sự ra mắt của dòng card Geforce serie 10.

Ngon, bổ và "tương đối" rẻ.

Chỉ với 7,2 tỷ tụ điện so với 8 tỷ của Titan X và GTX 980 Ti trước đây, Pascal đã tạo ra kỳ tích với tốc độ xung nhịp nhanh hơn đến 60%. GTX 1080 cũng sẽ trình diễn khả năng thực hiện phép tính lên đến 9 TFLOPs so với 7 TFLOPs của Titan X.

Không những thế kích thước GPU GP104 của GTX 1080 chỉ có 317mm2 so với 601mm2 của card dòng Maxwell. Điều này cho phép NVIDIA gia tăng số lõi CUDA và tụ điện của mình trong các phiên bản GPU tiên tiến hơn sau này.

Cũng như dòng Polaris của AMD, NVIDIA sẽ hỗ trợ hai giao diện bộ nhớ mới: GDDR5X và HBM2. Như được biết, do hiện nay chi phí tích hợp GDDR5X thấp hơn HBM2 nhiều, dòng card GTX 1080 và GTX 1070 đều sử dụng giao diện GDDR5X. Dung lượng bộ nhớ HBM2 của card màn hình nền Pascal có thể lên đến 16 GB so với Maxwell là 10 GB.

Ngoài ra, Pascal sẽ hỗ trợ cấu trúc bộ nhớ mới giúp GPU lẫn CPU thâm nhập vào bộ nhớ card đồ họa. Những cải tiến về bộ nhớ này nhằm phục vụ cho nhu cầu chơi game trên phân giải 4k và VR. Đặc biệt các game “khủng” vẫn còn là một ngọn núi chưa chinh phục được, thậm chí với bộ kép GTX 980 Ti SLI hay một chiếc card Titan X hiện vẫn có giá bán 1000 USD (Khoảng 22 triệu đồng)

Tính năng “thời thế” nhất của Pascal có lẽ là những chức năng ít động chạm đến xử lý đồ họa hơn như việc nâng cao số lõi xử lý dấu chấm động 16-bit và 64-bit ngoài 32-bit truyền thống và NVLink với khả năng gia tăng băng thông bus giữa CPU và GPU hay nhiều GPU nối với nhau. NVLink sẽ cho phép card màn hình truyền dữ liệu nhanh hơn rất nhiều so với chuẩn PCI-Express hiện nay, theo dự đoán con số ấy có thể lên từ 80 đến 200 GB/giây.

Những công nghệ này hầu như sẽ được áp dụng trên bộ GPU GP100 và dòng Tesla cao cấp nhằm thực hiện những chức năng tính toán thuật toán nặng nề ngoài việc xử lý đồ họa thông thường.

Tương lai và tiềm năng của Pascal đối với người tiêu dùng

Với sự ra mắt gây sốc với cộng đồng phần cứng máy tính bằng GTX 1080 và thậm chí 1070, thực tế nền vi xử lý Pascal còn cả một khoảng chân trời để phát huy hết tiềm năng của mình. Số lõi xử lý hiện nay thật sự còn gói gọn rất nhiều trong GPU của các phiên bản card phổ thông.

HBM2 thậm chí còn chưa được đưa vào hoạt động trong khi GDDR5X “thô sơ” đã đủ để tạo nên xôn xao trong làng phần cứng.

Không những thế NVIDIA đã mở rộng ra phạm vi hoạt động của mình khi chính thức đứng ra đảm bảo tài nguyên phần cứng áp dụng cho các nghiên cứu khoa học về trí tuệ nhân tạo và “deep-learning”.

Dù vậy, đối thủ AMD thực sự vẫn còn có thể lật ra những con át chủ bài bất ngờ và lật lại thế trận với nền kiến trúc vi xử lý thậm chí còn nhỏ hơn và những công nghệ xử lý đồ họa mà chỉ gần đây NVIDIA học lỏm được như công nghệ xử lý Async hay khả năng sử dụng DirectX 12 hiệu quả hơn.

Đây là sàn đấu năm nay cho 2 hãng hàng đầu trong thế giới card đồ họa máy tính.

Một trong những chiến trường quan trọng nhất trong cuộc đua năm nay giữa hai hãng xử lý đồ họa sẽ là trên nền phân giải 4k với tiêu chí khung hình ổn định 60 FPS.