تسلا (معمارية دقيقة)

تسلا هو الاسم الكودي لبنية دقيقة لوحدات معالجة الرسوميات صممتها شركة إنفيديا، وأطلقتها عام 2006، لتكون خلفاً لبنية "كوري" الدقيقة. سُميت البنية تيمناً برائد الهندسة الكهربائية نيكولا تسلا. وتُعد أول بنية دقيقة من إنفيديا تتبنى تقنية "المظللات الموحدة"، وقد استُخدمت في سلاسل بطاقات الرسوميات "جي فورس 8"، و"جي فورس 9"، و"جي فورس 100"، و"جي فورس 200"، و"جي فورس 300"، والتي صُنعت بتقنيات 90 نانومتر، و80 نانومتر، و65 نانومتر، و55 نانومتر، و40 نانومتر. كما استُخدمت في بطاقة "جي فورس 405"، وسلاسل إنفيديا كوادرو، ووحدات الحوسبة إنفيديا تسلا.

حلّت بنية "تسلا" محل بنيات التوارد القديمة، والتي كانت تمثلها آنذاك سلسلة "جي فورس 7". وقد نافست "تسلا" بشكل مباشر أول بنية دقيقة للمظللات الموحدة من شركة أيه إم دي والمعروفة باسم "تيرا سكيل"، وهي تطوير لعمل شركة إيه تي آي تكنولوجيز على جهاز إكس بوكس 360 الذي استخدم تصميماً مشابهاً. تلت بنية "تسلا" بنية "فيرمي".

 نظرة عامة 
تُعد "تسلا" أول بنية دقيقة من إنفيديا تطبق نموذج المظلل الموحد. يدعم برنامج التشغيل بنية دايركت ثري دي "لغة التظليل عالية المستوى" 4.0 وأوبن جي إل 2.1 (دعم الإصدارات اللاحقة من برامج التشغيل أوبن جي إل 3.3). يمثل هذا التصميم تحولاً جذرياً في وظائف وقدرات وحدات معالجة الرسوميات لدى إنفيديا؛ إذ كان التغيير الأبرز هو الانتقال من الوحدات الوظيفية المنفصلة (مظللات البكسل، ومظللات الرؤوس) في الأجيال السابقة إلى مجموعة متجانسة من معالجات الفاصلة المتحركة الشاملة (تُسمى "معالجات التدفق") التي يمكنها تنفيذ مجموعة مهام أكثر عمومية.

يسار|تصغير|180px|نواة وحدة معالجة الرسوميات إنفيديا G80
تصغير|صورة مجهرية لرقاقة المعالج GT200 الموجود في بطاقات إنفيديا جي فورس جي تي إكس 280 المعتمدة على بنية تسلا
تتكون بنية المظلل الموحد في "جي فورس 8" من عدد من معالجات التدفق. وبخلاف نهج المعالج المتجهي المتبع في وحدات التظليل القديمة، فإن كل معالج تدفق هو "قياسي"، وبالتالي لا يمكنه العمل إلا على مكون واحد في المرة الواحدة. وهذا يجعل بناءها أقل تعقيداً مع الحفاظ على مرونة وعمومية كبيرة. كما تتميز وحدات التظليل القياسية بكونها أكثر كفاءة في حالات عديدة مقارنة بوحدات التظليل المتجهية من الجيل السابق، والتي تعتمد على المزيج المثالي من التعليمات وترتيبها للوصول إلى ذروة الإنتاجية. ويتم تعويض الإنتاجية القصوى المنخفضة لهذه المعالجات القياسية من خلال كفاءتها وتشغيلها بترددات عالية (أصبح ذلك ممكناً بفضل بساطتها). تعمل الأجزاء المختلفة من نواة "جي فورس 8" بترددات متباينة، على غرار آلية العمل في سلسلة "جي فورس 7". فعلى سبيل المثال، تعمل معالجات التدفق في بطاقة "جي فورس 8800 جي تي إكس" بتردد 1.35 جيجاهرتز، بينما يعمل باقي الشريحة بتردد 575 ميجاهرتز.Wasson, Scott. NVIDIA's GeForce 8800 graphics processor , Tech Report, 8 November 2007.

تقدم "جي فورس 8" أداءً أفضل بكثير في ترشيح الأنسجة مقارنة بأسلافها التي استخدمت تحسينات وحيلاً بصرية لتسريع الصيرورة دون المساس بجودة الترشيح. تعالج سلسلة "جي فورس 8" خوارزمية الترشيح متباين الخواص المستقلة عن الزاوية بشكل صحيح، إلى جانب الترشيح الثلاثي الخطوط الكامل. وقد جُهزت الرقاقة G80 (وليس النسخ الأصغر منها) بقدرة حسابية لترشيح الأنسجة أكبر بكثير من سلسلة "جي فورس 7". مما يتيح ترشيحاً عالي الجودة مع تأثير أقل بكثير على الأداء مقارنة بالسابق.

كما قدمت إنفيديا طرقاً جديدة لتنعيم حواف المضلعات، بما في ذلك قدرة وحدات ROPs في المعالج على تنفيذ كل من تنعيم العينات المتعددة وإضاءة النطاق الديناميكي العالي في وقت واحد، متجاوزةً بذلك قيود الأجيال السابقة. وتستطيع "جي فورس 8" تنفيذ MSAA بتنسيقات الأنسجة FP16 وFP32، كما تدعم صيرورة HDR بمعدل 128 بت، بزيادة عن معدل 64 بت في البطاقات السابقة. وتستخدم تقنية التنعيم الجديدة، المسماة "تغطية عينات التنعيم" (CSAA)، معلومات العمق واللون والتغطية لتحديد لون البكسل النهائي. مما يجعل الصورة تبدو حادة ونقية عند استخدام 16X CSAA.Sommefeldt, Rys.NVIDIA G80: Image Quality Analysis, Beyond3D, 12 December 2006. 

 الأداء 
قد يصعب الوصول إلى القوة المعالجة النظرية للدقة الأحادية المذكورة بوحدة FLOPS لبطاقات "تسلا" في أعباء العمل الواقعية.

في رقاقات G80/G90/GT200، يحتوي كل "معالج تدفق متعدد" على 8 معالجات تظليل (تُعرف أيضاً بنواة كودا CUDA Core) ووحدتين للوظائف الخاصة (SFU). يمكن لكل معالج تظليل إنجاز ما يصل إلى عمليتي دقة أحادية في كل دورة ساعة: عملية ضرب وعملية جمع، باستخدام تعليمة MAD واحدة. أما وحدة الوظائف الخاصة فيمكنها إنجاز ما يصل إلى أربع عمليات في الدورة الواحدة: أربع تعليمات ضرب. وبناءً على ذلك، يمكن لمعالج SM ككل تنفيذ 8 تعليمات MAD (أي 16 عملية) و8 تعليمات MUL (أي 8 عمليات) في الدورة، أو إجمالي 24 عملية في الدورة الواحدة، وهو ما يعادل (نسبياً) 3 أضعاف عدد معالجات التظليل. ولحساب الأداء النظري لتعليمة MAD+MUL في عمليات الفاصلة المتحركة في الثانية [FLOPSsp+sfu] لبطاقة رسوميات تحتوي على عدد [n] من معالجات التظليل وتردد تظليل [f] بالجيجاهرتز، تُستخدم الصيغة: FLOPSsp+sfu = 3 × n × f.

ومع ذلك، فإن الاستفادة من أداء الإصدار المزدوج مثل MAD+MUL تكتنفها بعض الصعوبات:
 خاصية الإصدار المزدوج لتعليمات MUL غير متوفرة في وضع الرسوميات على رقاقات G80/G90،Sommefeldt, Rys. NVIDIA G80: Architecture and GPU Analysis - Page 11, Beyond3D, 8 November 2006  وإن كانت قد تحسنت بشكل كبير في GT200.
 لا يمكن تنفيذ جميع مجموعات التعليمات مثل MAD+MUL بالتوازي على معالجات التظليل ووحدات الوظائف الخاصة، لأن وحدة SFU متخصصة للغاية، إذ لا تتعامل إلا مع مجموعة محددة من التعليمات: ضرب الفاصلة المتحركة 32 بت، الدوال المتسامية، الاستكمال لمزج المعاملات، والمقلوب، ومقلوب الجذر التربيعي، والجيب، وجيب التمام، وغيرها.
 قد تنشغل وحدة SFU لعدة دورات عند تنفيذ هذه التعليمات، وفي هذه الحالة تصبح غير متاحة للإصدار المزدوج لتعليمات MUL.

ولهذه الأسباب، ومن أجل تقدير أداء أعباء العمل الواقعية، قد يكون من الأفضل تجاهل وحدة SFU وافتراض تنفيذ تعليمة MAD واحدة فقط (عمليتان) لكل معالج تظليل في الدورة. في هذه الحالة، تصبح صيغة حساب الأداء النظري: FLOPSsp = 2 × n × f.

تبلغ قوة المعالجة النظرية لـ تنسيق الفاصلة المتحركة مزدوج الدقة في معالجات تسلا 1/8 من أداء الدقة الأحادية في GT200، بينما لا يوجد دعم للدقة المزدوجة في رقاقات G8x وG9x.

 فك ضغط وضغط الفيديو 
 NVDEC 

 NVENC 

لم تُقدم تقنية NVENC إلا في الرقاقات اللاحقة.

 الرقاقات 
 G80
 G84
 G86
 G92
 G92B
 G94
 G94B
 G96
 G96B
 G96C
 G98
 C77
 C78
 C79
 C7A
 C7A-ION
 ION
 GT200
 GT200B
 GT215
 GT216
 GT218
 C87
 C89

 انظر أيضاً 
 قائمة بأسماء العلماء المستخدمة في بنيات إنفيديا الدقيقة.
 قائمة وحدات معالجة الرسوميات من إنتاج إنفيديا.
 كودا.
 واجهة التوصيل القابلة للتوسع.
 أدرينو.

 المراجع 

تصنيف:بنية إنفيديا الدقيقة
تصنيف:حوسبة متوازية
تصنيف:بطاقات عرض مرئي