GeForce 900 seeria

GeForce 900 seeria on Nvidia kuvaadapterite põlvkond, mis kasutab Maxwelli mikroarhitektuuri ning on saanud nime Šoti füüsikateoreetiku James Clerk Maxwelli järgi.
Kepleri mikroarhitektuuri järglasena kasutab Maxwell esimesena integreeritud ARM-protsessorit. NVIDIA tegevjuhi Jen-Hsun Huangi sõnul muudab see Maxwelli graafikakaardid süsteemi peamistest protsessoritest iseseisvamateks. Maxwelli mikroarhitektuuriga loodetakse saavutada kolme eesmärki: paremat graafilist võimekust, lihtsustatud programmeerimist ja paremat energiatõhusust võrreldes GeForce 700 ja 600 seeriaga.
Maxwelli mikroarhitektuuri tutvustati avalikkusele 2010. aasta septembris, kuid esimesed GeForce'i tooted Maxwelli mikroarhitektuuriga tulid müügile 2014. aasta alguses.

Arhitektuur

Esimese generatsiooni Maxwell (GM10x) 
Esimese generatsiooni Maxwell GM107/GM108 lasti välja kui GeForce GTX 745, GTX 750/750Ti ja GTX 850M/860M(GM107) ning GT 830M/840M(GM108). Need kiibid ei paku palju tarbija poole suunatud lisasid, selle asemel keskenduti voolutarbe efektiivsusele. NVIDIA suurendas L2 taseme vahemälu 256 KiB pealt GK107-l 2MiB peale GM107-l, vähendades vajaminevat mälu ribalaiust. Sellest tulenevalt vähendas NVIDIA mälusiini 192 biti pealt GK107-l 128 biti peale GM107-l, väidetavalt veelgi vähendades voolutarvet. NVIDIA samuti muutis striimimis multiprotsessori disaini sellest, mis oli Kepleri peal (SMX) ning nimetas selle SMM-ks. Lõime planeerija on päritud Keplerilt, mis lubab igal planeerijal täita kuni kahte juhendit, mis on üksteisest iseseisvad ja on järjekorras samas lõimes. SMM üksuste asetus on osadeks jaotatud nõnda, et iga neljast lõime planeerijast SMM-is kontrollib ühte komplekti 32-st FP32 CUDA tuumadest, ühte komplekti kaheksast laadimis-/salvestamisüksustest ning ühte komplekti kaheksast erifunktsioonide üksusest. See on kontrastis Kepleriga, kus igal SMXil on 4 planeerijat, mis planeerivad jagatult 6 komplekti 32-st FP32 CUDA tuuma, 2 komplekti 16-st laadimis-/salvestamisüksust ning 2 komplekti 16-st erifunktsioonide üksust. Need üksused on omavahel latiga ühendatud, mis kasutab voolu, et ressursse jagada. See latt on Maxwellis eemaldatud. Tekstuuri üksused ja FP64 CUDA tuumad on endiselt jagatud. SMM lubab peenemat ressursside määramist võrreldes SMX-ga, säästes voolu, kui koormus ei ole optimaalne jagatud ressursside jaoks. NVIDIA väidab, et 128 CUDA tuumaline SMM-il on 86% võimsust 192 CUDA tuumalisest SMX-ist. Samuti, iga graafikatöötlusklaster (GPC – Graphics Processing Cluster) sisaldab kuni 4 SMX üksust Kepleris ning kuni 5 SMM üksust esimese generatsiooni Maxwellis.
GM107 toetab CUDA Compute Capability 5.0 võrreldes GK110/GK208 GPU-de 3.5 ning GK10x GPU-de 3.0. Dynamic Parallelism ning HyperQ on kaks GK110/GK208 GPU-de tunnust, mis on toetatud ka kogu Maxwell tooteliinis.

NVENC 

Maxwelli baasil graafikakaardid sisaldavad Kepleriga tutvustatud NVENC SIP blokki. NVIDIA video enkooder, NVENC, on 1,5–2 korda kiirem kui Kepler baasil graafikakaardid, mis tähendab, et see suudab kodeerida videoid kuus kuni kaheksa korda kiiremini taasesituse kiirusest.

PureVideo 

NVIDIA väidab 8–10-kordset jõudluse kasvu PureVideo tunnusega video dekodeerimisel, mis tuleneb videodekoodri vahemälu sidumist tõusnud mälu efektiivsusega. Kuigi H.265/HEVC ei ole täielikult riistvaralise dekodeerimisega toetatud, toetutakse vaheldumisi riistvaralisele ja tarkvaralisele dekodeerimisele. Video dekodeerimisel kasutatakse uut madala voolutarbe režiimi "GC5", mida kasutatakse Maxwell graafikakaartides voolu säästmiseks.

Teise generatsiooni Maxwell (GM20x) 
Maxwelli teine generatsioon tutvustas palju uusi tehnoloogiaid: Dynamic Super Resolution, Third Generation Delta Color Compression, Multi-Pixel Programming Sampling, NVIDIA VGXI (Real-Time-Voxel-Global-Illumination), VR Direct, Multi-Projection Acceleration ning Multi-Frame Sampled Anti-Aliasing (MFAA), kuigi Coverage-Sampling Anti-Aliasing (CSAA) toetus eemaldati. Samuti lisati HDMI 2.0 toetus.
Teise generatsiooni Maxwell suurendas ROP (Raster Operations Pipeline) suhet mälukontrollerisse 8:1 pealt 16:1. Kuigi mõned ROP-d on üldiselt jõude GTX 970-s, kuna sellel kaardil pole piisavalt SMM-e, et neid töös hoida ja seetõttu vähendab maksimaalset täitemäära.
Teise generatsiooni Maxwellil on 4 SMM üksust GPC kohta, võrreldes 5 SMM üksust GPC kohta esimesel generatsioonil.
GM204 toetab CUDA Compute Capability 5.2, võrreldes 5.0-ga GM107/GM108 graafikakaartidel, 3.5 GK110/GK208 graafikakaartidel ja 3.0 GK10x graafikakaartidel.
Maxwelli teise generatsiooni GM20x graafikakaartidel on uuendatud NVENC, mis toetab HEVC kodeerimist ning lisab toe H.264 kodeerimisele 1440p/60FPS ja 4K/60FPS lahutustel, võrreldes NVENC esimese generatsiooni Maxwell GM10x graafikakaartidelt, mis toetasid kõigest H.254 1080p/60FPS kodeerimist.
Maxwell GM206 graafikakaart toetab täiesti fikseeritud funktsiooni HEVC riistvara dekodeerimist.

Petlik reklaam

GeForce GTX 970 spetsifikatsiooni poleemika 
Probleemid GeForce GTX 970 jõudlusega toodi esialgu välja kasutajate poolt, kui saadi teada, et kuigi graafikakaart oli reklaamitud kui 4 GB videomäluga, siis harva kasutati üle 3.5 GB piiri. Põhjalikumate katsetuste ja uurimiste tulemusena avaldas NVIDIA seletuse, et graafikakaardi esialgu välja kuulutatud spetsifikatsioone muudeti enne kättesaadavaks tegemist avalikkust teavitamata ning graafikakaardi jõudlus langes märgatavalt, kui ületati 3.5 GB piir.
Kuigi esialgu oli välja kuulutatud, et graafikakaardi tagaotsa riistvaralised spetsifikatsioonid on identsed GeForceGTX 980 graafikakaardiga, erinesid need L2 vahemälu koguses (1.75 MB GeForce GTX 970-l ning 2 MB GeForce GTX 980-l) ning ROP-de arvus (56 970-l vs 64 980-l). Lisaks tuli välja, et graafikakaart oli disainitud mälule juurde pääsema põhiliselt 3.5 GB sektsioonina, pluss 0.5 GB sektsiooniga, kusjuures juurdepääs viimasele oli 7 korda aeglasem, kui esimesele. Peale seda lubas ettevõte spetsiifilist draiveri muudatust, et leevendada probleeme jõudlusega. Kuid NVIDIA hiljem täpsustas, et antud lubadus oli möödarääkimiste tulemus ning spetsiifilist draiveri uuendust GTX 970 graafikakaardile ei tule. NVIDIA kinnitas, et aitab klientidel oma toote eest raha tagasi saada, kui nad seda soovivad. 26. veebruaril 2015 avaldas NVIDIA tegevjuht Jen-Hsun Huang ettevõtte ametlikul blogil vabanduse juhtunu eest. Veebruaris 2015 esitati kollektiivne hagi petliku reklaami süüdistusel NVIDIA ja Gigabyte Technology vastu.
NVIDIA avaldas, et on võimalik välja lülitada üksikuid üksusi, mis igaüks sisaldab 256 KB L2 vahemälu ning 8 ROPi, ilma kogu mälukontrollerit välja lülitamata. Sellega kaasneb, et mälusiin jaotatakse kiireks ja aeglaseks lõiguks, millele ei pääse samaaegselt ligi, välja arvatud juhul kui üks lõik loeb ja teine kirjutab, kuna see L2/ROP üksus, mis haldab mõlemat GDDR5 kontrollerit, jagab lugemise tagastuskanalit ja kirjutamise andmesiini kahe GDDR5 kontrolleri vahel. Seda kasutatakse GeForce GTX 970 graafikakaardil, mida saab seetõttu kirjeldada nii, et 3.5 GB oma videomälust asub kiires, 224-bitises, siinis ja 0.5 GB aeglases, 32-bitises, siinis.

Piiratud DirectX 12 riistvaraline tugi 
Kuigi Maxwell seeria oli turustatud kui täielikult DirectX 12 ühilduv, paljastas videomängu "Ashes of the Singularity" tootja Oxide Games, et teatud DirectX 12 tingimustel on Maxwell graafikakaartide sooritus kehva.
Uue asünkroonse arvutuse ja shader pipeline kasutamine ei ole Maxwell graafikakaartidega võimalik, kuigi NVIDIA just neid võimalusi GTX 900 seeria puhul reklaamis. Selle asemel rakendas NVIDIA need põhifunktsioonid poolikult läbi draivipõhise kiilu, mis mõjub jõudlusele raskelt. AMD GNC (ingl Graphics Card Next) baasil graafikakaardid sisaldavad riistvarapõhist asünkroonset arvutust, andes neile eelise teatud DirectX 12 mängudes ning jõudlustestides.
Oxide väidab, et NVIDIA survestas neid asünkroonset arvutust nende jõudlustesti üldse mitte panema, nii et 900 seeria graafikakaardid ei oleks AMD DirectX 12 sobivate GNC arhitektuuriga graafikakaartide eest halvemas olukorras.
4. augustil 2015 avaldas Oxide, et nad on vestluses NVIDIA-ga asünkroonse arvutuse teemadel ning NVIDIA kinnitas, et draiver ei ole veel täielikult rakendatud, kuid see näis nagu oleks. NVIDIA töötab koos Oxide Games stuudioga, et asünkroonset arvutust täielikult rakendada. Erinevalt AMD täielikust riistvaralisest rakendusest, toetub NVIDIA draiverile, et tekitada tarkvaraline järjekord ning jagaja asünkroonsete ülesannete jagamine riistvara planeerijale, mis on võimeline töökoormust õigete üksuste vahel ära jagama.

Tooted

GeForce 900 (9xx) seeria 
 1 Shader Processors : Texture mapping units : Render output units
 2 Pikslite täitesagedus arvutatakse kui madalaim kolmest numbrist: ROP arv korrutatud tuuma põhitaktsagedusega, rasterdajate arv korrutatud fragmentide arvuga, mida üks rasterdaja tekitada suudab korrutatud tuuma põhitaktsagedusega ning striimimis multiprotsessorite arv korrutatud fragmentide arvuga, mis nad ühe takti korral toota suudavad, korrutatud põhitaktsagedusega.
 3 Tekstuuri täitesagedus arvutatakse TMU-de (ingl. Texture mapping units) arvu korrutamisega tuuma põhitaktsagedusega.
 4 Üksiktäpsuse jõudlus arvutatakse kaks korda suurem, kui varjutajate arvu korrutamisel tuuma põhitaktsagedusega.
 5 Topelttäpsuse jõudlus Maxwell kiipidel on 1/32 üksiktäpsuse jõudlusest.
 6 Maksimaalselt 2 topelt-GPU kaarti saab SLI-s ühendada, luues 4-kaardilise SLI ühenduse, kuna topelt GPU kaardid omavad juba sisseehitatud 2-kaardiline SLI ühendust.
 7 Kuna üks või mitu L2/ROP üksust saab välja lülitada ilma tervet seotud mälukontrollerit välja lülitamata, on mälu segmenteeritud. Üks segment peab kirjutama kui teine loeb, et saavutada efektiivsuse kõrgpunkt. Kuna kõrgpunkti on puhaste lugemiste ja kirjutamistega võimatu saavutada, on sellega seotud andmed eraldi välja toodud.

GeForce 900M (9xxM) seeria 
Mõned implementatsioonid võivad kasutada teisi detailkirjeldusi.

Tulevik 
Järgmine mikroarhitektuur peale Maxwelli on koodnimega Pascal. NVIDIA on välja kuulutanud, et Pascal graafikakaartidel saab olema virnastatud DRAM, ühtne mälu ja NVLink. Pascali oodatav väljalaske aasta on 2016.

Viited 

Graafikariistvara