NVIDIA GeForce 700

title: 概观.
content: NVIDIA GeForce 700系列的首款显示核心,代号『GK110』,特别针对通用运算的效能提升而设计,其拥有71亿颗晶体管,而且还会根据负载需要以及各流处理器负载情况来分派运算任务,从而加强并行多任务效能,并尽可能来最佳化效能能耗比表现。  在『GK110』上,暂存器堆和2级快取(L2 cache)的容量和带宽比此前的型号都有所提升。与『Fermi』架构相比,在SMX/SM流处理器阵列的层面上,『GK110』的暂存器堆容量增至256KB,由65536个32位元的暂存器组成。『GK110』的2级快取的容量增加到1.5MB,两倍于费米的『GF110』。2级快取和暂存器堆的带宽与『Fermi』架构相比提升了两倍,使得在需要为每条执行绪分配更多可用暂存器资源时导致的暂存器匮乏的情况下的效能也得到提升,而且,GK110上每条执行绪可进行寻址、搬移的暂存器总数,也由每执行绪63个暂存器提升到每执行绪255个暂存器。  GK110上,NVIDIA也对GPU的纹理快取进行修改,使其不仅只用于图形处理,还可以用于通用运算。48KB容量大小的纹理快取,在执行通用运算时作为只读快取,专门用于未对齐的内存存取操作。此外,错误侦测功能也被加入,使得依赖于ECC纠错的负载任务更稳定安全。  对比GeForce 600系列,GeForce 700系列的部分型号的显示内存由上代0.33ns颗粒改用了更低延迟的0.28ns颗粒,等效频率由6000MHz上升到7000MHz,GPU时脉亦有所上升。此外,GeForce 700系列的部分型号还引入了GPU Boost 2.0,令GPU可根据负载需要自动加速到更高频率。  未来辉达还会透过驱动程序的支援,在『Kepler』显示核心上实作DirectX 12。
title: 特性.
content: NVIDIA GeForce 700系列包括来自『GK104』和『GK110』的特性。GeForce 700系列中基于Kepler架构的各款型号根据市场定位需要加入了以下功能特性。  来自『GK104』的特性:  来自『GK110』的新特性:
title: 针对运算而进行的SMX提升改进.
content: NVIDIA在设计『GK110』时,重在提升其运算性能。『GK110』与『GK104』最大的改变在于,『GK104』的SMX阵列中,每个SMX阵列拥有8个CUDA核心(流处理器)专门用于FP64(双精度浮点数)运算操作,而『GK110』中每个SMX阵列拥有64个CUDA核心用于FP64运算操作,这使得『GK110』中每个SMX阵列的双进度浮点数运算作业吞吐量可达8倍于一个『GK104』的SMX阵列。『GK110』的SMX阵列的全域暂存器档案空间也有增加,达256KB。纹理快取也有改进,48KB的空间,可在通用运算中充当只读快取。
title: 随机搬移指令.
content: 在低阶程序语言层面上,『GK110』增加了额外的指令和操作,来求得更好的效能。新增的随机搬移指令,允许执行绪可存取共享资料而无需到内存中存取,使处理进程比以往的加载/共享/存放模型来得更快。原子操作也被彻底分解,这样做除了加速原子操作执行速度之余,还加入一些FP64的操作使其获得对FP64资料的处理能力,而此前仅支援FP32单精度浮点数的资料。
title: Hyper-Q.
content: 在执行通用运算时,Hyper-Q将『GK110』的硬件工作队列从1个扩展到32个。在『Fermi』架构时代,一个工作队列无论它是否会动用显示核心内每个SM阵列,都会在队列任务处理完毕前占用这些阵列,这样做就会有部分SM阵列处于闲置,而造成效率低下。『GK110』上,由于拥有32个工作队列,在不同的情况下,能够将不同的任务流输入至原本闲置的SMX阵列中,增进单元复用率来达成运算资源利用最佳化。Hyper-Q不仅在显示核心内负责任务队列分派作用,还能与MPI通讯以及建立映射(在高效能运算领域里频繁使用的一个通讯界面),来加强Hyper-Q的在高效能运算方面的功用。此前基于MPI的解题运算步骤,多为多CPU系统而设计,利用显示核心作运算加速的话,由于一般显示核心仅能对图形任务进行排程,对显示核心内的运算单元等进行通用运算任务分配仍需要依赖CPU处理,这样又加重了CPU的负担,而且显示核心也没有被充分利用,这样就成为效能提升的一大瓶颈,而Hyper-Q则可以解决这个瓶颈,GPU可自动根据负荷需要对SMX阵列执行通用运算任务分配。提升MPI任务数量,可在这些求解运算步骤中充分利用Hyper-Q,提升效率进而提升效能,而且,运算程序还无需做修改或只需小许修改。
title: Dynamic Parallelism.
content: Dynamic Parallelism是使显示核心根据需要对Grid的运算结果进行判别并在显示核心内建立新的Kernel。『Fermi』时代,当前一个Kernel执行完毕后只有CPU可以回收判别运算结果然后才为显示核心分配新的Kernel,这使得需要花费不少的资源来维持显示核心与CPU之间的通讯。在核心加入判别运算结果以及分派Kernel能力,使其它的Kernel也能按照接到CPU发出的运算请求的Kernel去派遣分配,那样显示核心就可以节省大量与CPU通讯的资源以及时间,降低延时、提升显示核心内部的Kernel密度、任务执行连贯度以及低负载高密集度任务中的运算单元复用率,同时也能解放CPU,使CPU能有更多时间处理其它任务。
title: Gird管理单元.
content: Dynamic Parallelism,由Grid Management Unit(GMU,Gird管理单元)用作管理Grid以及对将要运行的Gird进行优先级排程,可以暂停新网格和队列的分派,并且在网格准备执行时方会解除网格的暂停等待状态,为准许像是动态并行能力等高负载的功能的运行提供更好的灵活性。在Kepler上的二级仲裁机制CUDA Work Distributor(CUDA工作分发器,CWD)持有准备可被分派多达32个活动的Grid,双倍于『Fermi』的CWD,GMU对其收到的Grid进行执行/停止、回收、判断、暂停等待以及重新排序等作业。『Kepler』上的CWD通过一种双向链路与GMU进行通讯,以使得GMU可以暂停新Grid的分派并在需要时令Grid继续执行。GMU也与Kepler的SMX阵列直接连接,以允许开启额外工作的Grid通过动态并行发送新工作回GMU,令其对新工作进行优先级排程并分派。如果分派了额外工作负载的核心暂停了,GMU将使其进入不活动状态,直到从属的工作已经完成方会调回。
title: NVIDIA GPUDirect.
content: NVIDIA GPUDirectTM特性,允许在一台电脑上或数台服务器中的多颗GPU连接为一个网络,而且它们之间可进行直接的资料交换而无需经过CPU或系统内存。GPUDirect的RDMA特性允许第三方装置,像是固态硬盘、网络卡以及IB适配器等在多GPU网络上的同一系统中直接存取显示内存,最重要的是,可以降低MPI发送到或接收自其它GPU的显示内存的资讯。它也降低了系统内存的带宽需求,减低GPU的DMA引擎的压力并使其可用于其它CUDA任务上。Kepler『GK110』也支援其它GPUDirect特性,包括点对点(P2P)以及视讯专用GPUDirect。
title: Direct3D 12.
content: 在GeForce 700系列中基于『Kepler』显示核心的显卡上实作DirectX 12。辉达通过在DirectX 11的GPU上,透过驱动程序,支援DirectX 12的API。未来将扩展到Fermi架构、Maxwell架构的显卡上
title: 产品介绍.
title: 桌面平台.
content: 目前基于『Kepler』显示核心的有6款产品推出,GeForce GTX 760、770、780、780 Ti、TITAN以及TITAN Black。GTX 760和770采用GK104核心。GTX 780采用与TITAN相同的GK110核心,仅在纹理单元数量,时脉以及驱动程序特性上有不同。780Ti以及TITAN Black搭载完整版『GK110』显示核心,两者的驱动程序特性也有所不同。
title: 行动平台.
content: 辉达首先推出的使用于行动电脑的GeForce 710M和GeForce GT 730M均为上一代产品的更名版本。后续陆续发布了低端入门、中端以及高端的行动GPU,见下面的芯片规格表。
title: 芯片规格.
title: 桌上型显示核心.
content: GeForce 700系列的桌上型显示核心,首发实际上是GeForce GTX TITAN,稍后是GeForce GTX 780,规格进一步删减、价格更低的产品都在GeForce GTX 780发布以后陆续发布并上市。和GeForce 600系列一样,几乎所有的『Kepler』架构的显示核心尽管支援DirectX 11.1的应用程序界面,但硬件支援度上仅支援到Direct3D 11.1的硬件特性层面11_0,Direct3D硬件特性层面11_1并没有完整支援,11_1相比11_0多出的4个特性在『Kepler』的硬件上没有予以支援。即使后续可以支援Direct3D 12,也只能支援到Feture Level 11_0的功能级别。
title: 行动平台显示核心.
content: 某些笔记型电脑或低功耗装置制造商会使用特定规格,特别是低端入门型号的显示核心。因此该列表中低端型号的显示核心的数据仅供参考,实际数据取决于装置制造商。

Summary: NVIDIA GeForce 700 系列是NVIDIA公司在2013年发布的第十五代GeForce图形处理器,用于笔记型电脑和台式电脑。它主要是使用于GeForce 600系列Kepler架构的改进版(芯片代号以『GK』开头),不过,和GeForce 600系列一样,一些低阶型号则仍使用Fermi架构或是其制程升级版。2013年4月,已经有部分GeForce 700系列的行动版显示核心悄然发布,但都是旧有显示核心的更名版。2013年5月23日,首款基于GeForce 700系列显示核心的显卡GeForce GTX 780正式发布,同时也将此前划分至GeForce 600系列的GeForce GTX TITAN重新划分到GeForce 700系列中。

GeForce 700 series: The GeForce 700 series (stylized as GEFORCE GTX 700 SERIES) is a series of graphics processing units developed by Nvidia. While mainly a refresh of the Kepler microarchitecture (GK-codenamed chips), some cards use Fermi (GF) and later cards use Maxwell (GM). GeForce 700 series cards were first released in 2013, starting with the release of the GeForce GTX Titan on February 19, 2013, followed by the GeForce GTX 780 on May 23, 2013. The first mobile GeForce 700 series chips were released in April 2013.