Ampere (microarquitectura)
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Ampere es el nombre en clave de una microarquitectura de unidad de procesamiento de gráficos (GPU) desarrollada por Nvidia como sucesora de las arquitecturas Volta y Turing. Se anunció oficialmente el 14 de mayo de 2020 y lleva el nombre del matemático y físico francés André-Marie Ampère.[1][2]
Nvidia anunció las GPU de consumo de la serie GeForce 30 con arquitectura Ampere en un evento especial de GeForce el 1 de septiembre de 2020.[3][4] Nvidia anunció la GPU A100 de 80 GB en SC20 el 16 de noviembre de 2020.[5] Las tarjetas gráficas Mobile RTX y la RTX 3060 basada en la arquitectura Ampere se revelaron el 12 de enero de 2021.[6]
Nvidia anunció el sucesor de Ampere, Hopper, en GTC 2022 y "Ampere Next Next" para un lanzamiento de 2024 en GPU Technology Conference 2021.
Detalles
Las mejoras arquitectónicas de la arquitectura Ampere incluyen lo siguiente:
- CUDA Compute Capability 8.0 para A100 y 8.6 para la serie GeForce 30[7]
- Proceso FinFET de 7 nm de TSMC para A100
- Versión personalizada del proceso de 8 nm de Samsung (8N) para la serie GeForce 30[8]
- Núcleos Tensor de tercera generación con compatibilidad con FP16, bfloat16, TensorFloat-32 (TF32) y FP64 y aceleración reducida.[9] Los núcleos Tensor individuales tienen 256 operaciones FP16 FMA por segundo, potencia de procesamiento 4x (solo GA100, 2x en GA10x) en comparación con las generaciones anteriores de Tensor Core; el Tensor Core Count se reduce a uno por SM.
- Núcleos de trazado de rayos de segunda generación; Trazado de rayos, sombreado y cómputo simultáneos para la serie GeForce 30
- Memoria de alto ancho de banda 2 (HBM2) en A100 de 40 GB y A100 de 80 GB
- Memoria GDDR6X para GeForce RTX 3090, RTX 3080 Ti, RTX 3080, RTX 3070 Ti
- Núcleos FP32 dobles por SM en GPU GA10x
- NVLink 3.0 con un rendimiento de 50 Gbit/s por par[9]
- PCI Express 4.0 con soporte SR-IOV (SR-IOV está reservado solo para A100)
- Función de partición de GPU y virtualización de GPU de múltiples instancias (MIG) en A100 que admite hasta siete instancias
- PureVideo conjunto de características K decodificación de video de hardware con decodificación de hardware AV1[10] para la serie GeForce 30 y conjunto de características J para A100
- 5 NVDEC para A100
- Agrega nueva decodificación JPEG de 5 núcleos basada en hardware (NVJPG) con YUV420, YUV422, YUV444, YUV400, RGBA. No debe confundirse con Nvidia NVJPEG (biblioteca acelerada por GPU para codificación/descodificación de JPEG)
Chips
- GA100[11]
- GA102
- GA103
- GA104
- GA106
- GA107
Comparación de la capacidad informática: GP100 vs GV100 vs GA100[12]
| Características de la GPU | NVIDIA Tesla P100 | NVIDIA Tesla V100 | NVIDIA A100 |
|---|---|---|---|
| Nombre en clave GPU | GP100 | GV100 | GA100 |
| Arquitectura GPU | NVIDIA Pascal | NVIDIA Volta | NVIDIA Ampere |
| Capacidad de cómputo | 6.0 | 7.0 | 8.0 |
| Hilos / urdimbre | 32 | 32 | 32 |
| Deformaciones máximas / SM | 64 | 64 | 64 |
| Max hilos / SM | 2048 | 2048 | 2048 |
| Max bloques de rosca / SM | 32 | 32 | 32 |
| Registros máximos de 32 bits/SM | 65536 | 65536 | 65536 |
| Max registros / bloque | 65536 | 65536 | 65536 |
| Max registros / subproceso | 255 | 255 | 255 |
| Tamaño máximo de bloque de hilo | 1024 | 1024 | 1024 |
| Núcleos FP32 / SM | 64 | 64 | 64 |
| Relación de registros SM a núcleos FP32 | 1024 | 1024 | 1024 |
| Tamaño de memoria compartida/SM | 64 KB | Configurable hasta 96 KB | Configurable hasta 164 KB |
Comparación de matriz de soporte de precisión[13][14]
| Precisiones principales de CUDA admitidas | Precisiones de núcleo de Tensor admitidas | |||||||||||||||
| FP16 | FP32 | FP64 | INT1 | INT4 | INT8 | TF32 | BF16 | FP16 | FP32 | FP64 | INT1 | INT4 | INT8 | TF32 | BF16 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NVIDIA Tesla P4 | No | Sí | Sí | No | No | Sí | No | No | No | No | No | No | No | No | No | No |
| NVIDIA P100 | Sí | Sí | Sí | No | No | No | No | No | No | No | No | No | No | No | No | No |
| NVIDIA Volta | Sí | Sí | Sí | No | No | Sí | No | No | Sí | No | No | No | No | No | No | No |
| Nvidia Turing | Sí | Sí | Sí | No | No | Sí | No | No | Sí | No | No | Sí | Sí | Sí | No | No |
| NVIDIA A100 | Sí | Sí | Sí | No | No | Sí | No | Sí | Sí | No | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
Leyenda:
- FPnn: coma flotante con nn bits
- INTn: entero con n bits
- INT1: binario
- TF32: TensorFloat32
- BF16: bflotador16
Comparación del rendimiento de decodificación
| Flujos simultáneos | Decodificación H.264 (1080p30) | Decodificación H.265 (HEVC) (1080p30) | Decodificación VP9 (1080p30) |
|---|---|---|---|
| V100 | 16 | 22 | 22 |
| A100 | 75 | 157 | 108 |
Pastillas Ampere
| Pastilla | GA100[15] | GA102[16] | GA103[17] | GA104[18] | GA106[19] | GA107[20] | GA10B[21] | GA10F |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tamaño del pastilla | 826 mm2 | 628 mm2 | 496 mm2 | 392 mm2 | 276 mm2 | 200 mm2 | ? | ? |
| Transistores | 54.2MM | 28.3MM | 22MM | 17.4MM | 12MM | 8.7MM | ? | ? |
| Densidad de transistores | 65.6 MTr/mm2 | 45.1 MTr/mm2 | 44.4 MTr/mm2 | 44.4 MTr/mm2 | 43.5 MTr/mm2 | 43.5 MTr/mm2 | ? | ? |
| Clústeres de procesamiento de gráficos (GPC) | 8 | 7 | 6 | 6 | 3 | 2 | 2 | 1 |
| Multiprocesadores de transmisión (SM) | 128 | 84 | 60 | 48 | 30 | 20 | 16 | 12 |
| Núcleos CUDA | 12288 | 10752 | 7680 | 6144 | 3480 | 2560 | 2048 | 1536 |
| Unidades de mapeo de texturas (TMU) | 512 | 336 | 240 | 192 | 120 | 80 | 64 | 48 |
| Unidades de salida de renderizado (ROP) | 192 | 112 | 96 | 96 | 48 | 32 | 32 | 16 |
| Núcleos Tensor | 512 | 336 | 240 | 192 | 120 | 80 | 64 | 48 |
| Núcleos RT | N/A | 84 | 60 | 48 | 30 | 20 | 8 | 12 |
| Caché L1 | 24 MB | 10.5 MB | 7.5 MB | 6 MB | 3 MB | 2.5 MB | 3 MB | ? |
| 192 KB por SM |
128 KB por SM | 192 KB por SM |
? | |||||
| Caché L2 | 40 MB | 6 MB | 4 MB | 4 MB | 3 MB | 2 MB | 4 MB | ? |
Acelerador A100 y DGX A100
El acelerador A100 basado en Ampere se anunció y lanzó el 14 de mayo de 2020.[9] El A100 cuenta con 19,5 teraflops de rendimiento FP32, 6912 núcleos CUDA, 40 GB de memoria gráfica y 1,6 TB/s de ancho de banda de memoria gráfica.[22] Inicialmente, el acelerador A100 solo estaba disponible en la tercera generación del servidor DGX, incluidos 8 A100.[9] El DGX A100 también incluye 15 TB de almacenamiento PCIe gen 4 NVMe,[22] dos CPU AMD Rome 7742 de 64 núcleos, 1 TB de RAM e interconexión HDR InfiniBand con tecnología Mellanox. El precio inicial de la DGX A100 fue de $199 000.[9]
Comparación de aceleradores utilizados en DGX:[23][24][25]
Acelerador |
|---|
| H100 |
| A100 80 GB |
| A100 40 GB |
| V100 32 GB |
| V100 16 GB |
| P100 |
| Arquitectura | Zócalo | FP32 CUDA Cores |
FP64 Cores (excl. Tensor) |
Mixed INT32/FP32 Cores |
INT32 Cores |
Reloj turbo | Reloj de la memoria | Ancho del bus de la memoria | Ancho de banda de la memoria | VRAM | Precisión simple (FP32) |
Precisión doble (FP64) |
INT8 (non-Tensor) |
INT8 Dense Tensor |
INT32 | FP16 | FP16 Dense Tensor |
bfloat16 Dense Tensor |
TensorFloat-32 (TF32) Dense Tensor |
FP64 Dense Tensor |
Interconnect (NVLink) |
GPU | Tamaño de caché L1 | Tamaño de caché L2 | TDP | Tamaño del chip GPU | Transistores | Proceso de fabricación |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hopper | SXM5 | 16896 | 4608 | 16896 | N/A | 1780 MHz | 4.8Gbit/s HBM3 | 5120-bit | 3072 GB/sec | 80 GB | 60 TFLOPs | 30 TFLOPs | N/A | 4000 TOPs | N/A | N/A | 2000 TFLOPs | 2000 TFLOPs | 1000 TFLOPs | 60 TFLOPs | 900 GB/sec | GH100 | 25344 KB (192 KBx132) | 51200 KB | 700 W | 814 mm2 | 80 000 millones | TSMC 4 nm N4 |
| Ampere | SXM4 | 6912 | 3456 | 6912 | N/A | 1410 MHz | 3.2 Gbit/s HBM2 | 5120-bit | 2039 GB/sec | 80 GB | 19.5 TFLOPs | 9.7 TFLOPs | N/A | 624 TOPs | 19.5 TOPs | 78 TFLOPs | 312 TFLOPs | 312 TFLOPs | 156 TFLOPs | 19.5 TFLOPs | 600 GB/s | GA100 | 20736 KB (192 KBx108) | 40960 KB | 400 W | 826 mm2 | 54 200 millones | TSMC 7 nm N7 |
| Ampere | SXM4 | 6912 | 3456 | 6912 | N/A | 1410 MHz | 2.4Gbit/s HBM2 | 5120-bit | 1555 GB/s | 40 GB | 19.5 TFLOPs | 9.7 TFLOPs | N/A | 624 TOPs | 19.5 TOPs | 78 TFLOPs | 312 TFLOPs | 312 TFLOPs | 156 TFLOPs | 19.5 TFLOPs | 600 GB/sec | GA100 | 20736 KB (192 KBx108) | 40960 KB | 400 W | 826 mm2 | 54 200 millones | TSMC 7 nm N7 |
| Volta | SXM3 | 5120 | 2560 | N/A | 5120 | 1530 MHz | 1.75 Gbit/s HBM2 | 4096-bit | 900 GB/sec | 32 GB | 15.7 TFLOPs | 7.8 TFLOPs | 62 TOPs | N/A | 15.7 TOPs | 31.4 TFLOPs | 125 TFLOPs | N/A | N/A | N/A | 300 GB/sec | GV100 | 10240 KB (128 KBx80) | 6144 KB | 350 W | 815 mm2 | 21 100 millones | TSMC 12 nm FFN |
| Volta | SXM2 | 5120 | 2560 | N/A | 5120 | 1530 MHz | 1.75 Gbit/s HBM2 | 4096-bit | 900 GB/sec | 16 GB | 15.7 TFLOPs | 7.8 TFLOPs | 62 TOPs | N/A | 15.7 TOPs | 31.4 TFLOPs | 125 TFLOPs | N/A | N/A | N/A | 300 GB/sec | GV100 | 10240 KB (128 KBx80) | 6144 KB | 300 W | 815 mm2 | 21 100 millones | TSMC 12 nm FFN |
| Pascal | SXM/SXM2 | N/A | 1792 | 3584 | N/A | 1480 MHz | 1.4 Gbit/s HBM2 | 4096-bit | 720 GB/sec | 16 GB | 10.6 TFLOPs | 5.3 TFLOPs | N/A | N/A | N/A | 21.2 TFLOPs | N/A | N/A | N/A | N/A | 160 GB/sec | GP100 | 1344 KB (24 KBx56) | 4096 KB | 300 W | 610 mm2 | 15 300 millones | TSMC 16 nm FinFET+ |
Productos que utilizan Ampere
- Serie GeForce MX
- GeForce MX570 (móvil) (GA107)
- Serie GeForce 20
- GeForce RTX 2050 (móvil) (GA107)
- Serie GeForce 30
- GeForce RTX 3050 (móvil) (GA107)
- GeForce RTX 3050 (GA106 o GA107)[26]
- GeForce RTX 3050 Ti (móvil) (GA107)
- GeForce RTX 3060 (móvil) (GA106)
- GeForce RTX 3060 (GA106 o GA104)[27]
- GeForce RTX 3060 Ti (GA104 o GA103)[28]
- GeForce RTX 3070 (móvil) (GA104)
- GeForce RTX 3070 (GA104)
- GeForce RTX 3070 Ti (móvil) (GA104)
- GeForce RTX 3070 Ti (GA104)
- GeForce RTX 3080 (móvil) (GA104)
- GeForce RTX 3080 (GA102)
- GeForce RTX 3080 12GB (GA102)
- GeForce RTX 3080 Ti (móvil) (GA103)
- GeForce RTX 3080 Ti (GA102)
- GeForce RTX 3090 (GA102)
- GeForce RTX 3090 Ti (GA102)
- GPU Nvidia Workstation (anteriormente Quadro)
- RTX A2000 (móvil) (GA107)
- RTX A2000 (GA106)
- RTX A3000 (móvil) (GA104)
- RTX A4000 (móvil) (GA104)
- RTX A4000 (GA104)
- RTX A4500 (GA102)
- RTX A5000 (móvil) (GA104)
- RTX A5000 (GA102)
- RTX A5500 (GA102)
- RTX A6000 (GA102)
- GPU Nvidia Data Center (anteriormente Tesla)
- Nvidia A2 (GA107)
- Nvidia A10 (GA102)
- Nvidia A16 (4 × GA107)
- Nvidia A30 (GA100)
- Nvidia A40 (GA102)
- Nvidia A100 (GA100)
- Nvidia A100 80 GB (GA100)
| GA107 | GA106 | GA104 | GA103 | GA102 | GA100 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Serie GeForce MX | GeForce MX570 (móvil) | N/A | N/A | N/A | N/A | N/A |
| Serie GeForce 20 | GeForce RTX 2050 (móvil) | N/A | N/A | N/A | N/A | N/A |
| Serie GeForce 30 | GeForce RTX 3050 (móvil) GeForce RTX 3050[26] GeForce RTX 3050 Ti (móvil) |
GeForce RTX 3050 GeForce RTX 3060 (móvil) GeForce RTX 3060 |
GeForce RTX 3060[27] GeForce RTX 3060 Ti GeForce RTX 3070 (móvil) GeForce RTX 3070 GeForce RTX 3070 Ti (móvil) GeForce RTX 3070 Ti GeForce RTX 3080 (móvil) |
GeForce RTX 3060 Ti[28] GeForce RTX 3080 Ti (móvil) |
GeForce RTX 3080 GeForce RTX 3080 Ti GeForce RTX 3090 GeForce RTX 3090 Ti |
N/A |
| GPU Nvidia Workstation | RTX A2000 (móvil) | RTX A2000 | RTX A3000 (móvil) RTX A4000 (móvil) RTX A4000 RTX A5000 (móvil) |
N/A | RTX A4500 RTX A5000 RTX A5500 RTX A6000 |
N/A |
| GPU Nvidia Data Center | Nvidia A2 Nvidia A16 |
N/A | N/A | N/A | Nvidia A10 Nvidia A40 |
Nvidia A30 Nvidia A100 |
