تيسلا (الهندسة المعمارية الدقيقة)

إنفيديا تيسلا

تاريخ الافراج عنه	نوفمبر 2006
عملية التصنيع	90 نانومتر، 80 نانومتر، 65 نانومتر، 55 نانومتر، و40 نانومتر
تاريخ
السلف	كوري
خليفة	فيرمي
حالة الدعم
غير مدعوم

Tesla هو الاسم الرمزي للهندسة المعمارية الدقيقة لوحدة معالجة الرسوميات التي طورتها شركة Nvidia ، وتم إصدارها في عام 2006، كخليفة للهندسة المعمارية الدقيقة لـ Curie . وقد تم تسميتها على اسم المهندس الكهربائي الرائد نيكولا تيسلا . وباعتبارها أول هندسة معمارية دقيقة من Nvidia لتنفيذ وحدات التظليل الموحدة، فقد تم استخدامها مع سلسلة GeForce 8 وسلسلة GeForce 9 وسلسلة GeForce 100 وسلسلة GeForce 200 وسلسلة GeForce 300 من وحدات معالجة الرسوميات، والتي تم تصنيعها بشكل جماعي بتقنية 90 نانومتر و80 نانومتر و 65 نانومتر و55 نانومتر و40 نانومتر. كما كانت موجودة أيضًا في GeForce 405 وفي Quadro FX وQuadro x000 وسلسلة Quadro NVS ووحدات الحوسبة Nvidia Tesla .

حلت Tesla محل معماريات الأنابيب الثابتة القديمة ، والتي كانت ممثلة في وقت تقديمها بواسطة سلسلة GeForce 7. وقد تنافست بشكل مباشر مع أول معمارية تظليل موحدة من AMD تسمى TeraScale ، وهي تطوير لعمل ATI على Xbox 360 الذي استخدم تصميمًا مشابهًا. تبع Tesla Fermi .

Tesla هي أول بنية دقيقة من Nvidia تنفذ نموذج shader الموحد . يدعم برنامج التشغيل بنية Direct3D 10 Shader Model 4.0 / OpenGL 2.1 (تدعم برامج التشغيل اللاحقة OpenGL 3.3). يعد التصميم تحولًا كبيرًا لشركة NVIDIA في وظائف وحدة معالجة الرسومات وقدراتها، والتغيير الأكثر وضوحًا هو الانتقال من الوحدات الوظيفية المنفصلة (تظليل البكسل، تظليل الرؤوس) داخل وحدات معالجة الرسومات السابقة إلى مجموعة متجانسة من معالجات النقطة العائمة العالمية (تسمى "معالجات التدفق") التي يمكنها تنفيذ مجموعة أكثر عالمية من المهام.

تتكون بنية التظليل الموحدة لـ GeForce 8 من عدد من معالجات التدفق (SPs). على عكس نهج معالجة المتجهات المتبع مع وحدات التظليل القديمة، فإن كل SP هو عددي وبالتالي يمكنه العمل على مكون واحد فقط في كل مرة. هذا يجعلها أقل تعقيدًا في البناء مع كونها مرنة وعالمية تمامًا. تتمتع وحدات التظليل العددية أيضًا بميزة كونها أكثر كفاءة في عدد من الحالات مقارنة بوحدات تظليل المتجهات من الجيل السابق التي تعتمد على مزيج التعليمات المثالي والترتيب للوصول إلى ذروة الإنتاجية. يتم تعويض الحد الأقصى المنخفض للإنتاجية لهذه المعالجات العددية من خلال الكفاءة وتشغيلها بسرعة ساعة عالية (ممكنة بفضل بساطتها). تقوم GeForce 8 بتشغيل الأجزاء المختلفة من قلبها بسرعات ساعة مختلفة (مجالات الساعة)، على غرار تشغيل وحدات معالجة الرسوميات من سلسلة GeForce 7 السابقة . على سبيل المثال، تعمل معالجات التدفق لـ GeForce 8800 GTX بمعدل ساعة 1.35 جيجاهرتز بينما يعمل باقي الشريحة بسرعة 575 ميجاهرتز. ^[1]

تقدم GeForce 8 أداءً أفضل بكثير في تصفية الملمس مقارنة بإصداراتها السابقة التي استخدمت تحسينات وحيلًا بصرية مختلفة لتسريع العرض دون الإضرار بجودة التصفية. تقدم سلسلة GeForce 8 بشكل صحيح خوارزمية تصفية متباينة الزوايا مستقلة عن الزاوية جنبًا إلى جنب مع تصفية الملمس ثلاثية الخطوط بالكامل . G80، على الرغم من أنها ليست إخوتها الأصغر حجمًا، مجهزة بقدرة حسابية أكبر بكثير على تصفية الملمس من سلسلة GeForce 7. يسمح هذا بترشيح عالي الجودة مع تأثير أداء أقل بكثير من ذي قبل. ^[1]

كما قدمت NVIDIA طرقًا جديدة للتنعيم على حواف المضلع ، بما في ذلك قدرة ROPs الخاصة بوحدة معالجة الرسومات على أداء كل من التنعيم متعدد العينات (MSAA) وإضاءة HDR في نفس الوقت، وتصحيح العديد من القيود التي كانت مفروضة على الأجيال السابقة. يمكن لـ GeForce 8 أداء MSAA مع تنسيقي الملمس FP16 وFP32. يدعم GeForce 8 عرض HDR بدقة 128 بت ، وهو ما يمثل زيادة عن دعم البطاقات السابقة بدقة 64 بت. تستخدم تقنية التنعيم الجديدة للشريحة، والتي تسمى أخذ العينات التغطية AA (CSAA)، معلومات Z واللون والتغطية لتحديد لون البكسل النهائي. تسمح تقنية تحسين اللون هذه لـ 16X CSAA بأن تبدو واضحة وحادة. ^[2]

قد يكون من الصعب الوصول إلى قوة المعالجة النظرية ذات الدقة الفردية للبطاقات المستندة إلى Tesla والموضحة في FLOPS في أحمال العمل في العالم الحقيقي. ^[3]

في G80/G90/GT200، يحتوي كل معالج متعدد البث (SM) على 8 معالجات تظليل (SP، أو Unified Shader، أو CUDA Core) ووحدتي وظيفة خاصة (SFU). يمكن لكل SP تنفيذ ما يصل إلى عمليتين بدقة واحدة لكل دورة: 1 Multiply و1 Add، باستخدام تعليمة MAD واحدة . يمكن لكل SFU تنفيذ ما يصل إلى أربع عمليات لكل دورة: أربع تعليمات MUL (ضرب). لذا يمكن لوحدة SM واحدة ككل تنفيذ 8 MADs (16 عملية) و8 MULs (8 عمليات) لكل دورة، أو 24 عملية لكل دورة، وهو (نسبيًا) 3 أضعاف عدد وحدات الوظيفة الخاصة. لذلك، لحساب أداء MAD+MUL ثنائي القضية النظري في عمليات النقطة العائمة في الثانية [ FLOPS _sp+sfu , GFLOPS ] لبطاقة رسوميات مع عدد SP [ n ] وتردد shader [ f , GHz]، تكون الصيغة: FLOPS _sp+sfu = 3 × n × f . ^{[4] [5]}

ومع ذلك، فإن الاستفادة من أداء الإصدار المزدوج مثل MAD+MUL أمر محفوف بالمشكلات:

• لا يتوفر إصدار MUL المزدوج في وضع الرسومات على G80/G90، ^[6] على الرغم من أنه تم تحسينه كثيرًا في GT200. ^[7]
• لا يمكن تنفيذ جميع مجموعات التعليمات مثل MAD+MUL بالتوازي على SP وSFU، لأن SFU متخصصة إلى حد ما حيث يمكنها فقط التعامل مع مجموعة فرعية محددة من التعليمات: ضرب النقطة العائمة 32 بت، الوظائف المتسامية، الاستيفاء لدمج المعلمات، المعكوس، الجذر التربيعي المعكوس، الجيب، جيب التمام، إلخ. ^[8]
• قد تصبح وحدة SFU مشغولة لعدة دورات عند تنفيذ هذه التعليمات، وفي هذه الحالة تكون غير متاحة لإصدار تعليمات MUL مزدوجة. ^[4]

ولهذه الأسباب، ولتقدير أداء أحمال العمل في العالم الحقيقي، قد يكون من المفيد تجاهل SFU وافتراض 1 MAD فقط (عمليتان) لكل SP لكل دورة. في هذه الحالة تصبح الصيغة لحساب الأداء النظري في عمليات الفاصلة العائمة في الثانية: FLOPS _sp = 2 × n × f .

تبلغ قوة المعالجة ذات الدقة المزدوجة النظرية لوحدة معالجة الرسوميات Tesla 1/8 من أداء الدقة الفردية على GT200؛ ولا يوجد دعم للدقة المزدوجة على G8x وG9x. ^[9]

تم تقديم NVENC فقط في الرقائق اللاحقة.

• جي 80
• مجموعة 84
• جي86
• جي92
• جي92ب
• جي94
• جي94ب
• جي96
• جي96ب
• جي96سي
• جي98
• سي77
• سي78
• سي79
• سي 7ا
• C7A-أيون
• أيون
• جي تي 200
• جي تي 200 بي
• جي تي 215
• جي تي 216
• جي تي 218
• سي 87
• سي 89

• قائمة أسماء معماريات وحدات معالجة الرسوميات من شركة Nvidia
• قائمة وحدات معالجة الرسوميات من Nvidia
• كودا
• واجهة الارتباط القابلة للتطوير (SLI)
• كوالكوم ادرينو