2. GK110 GPU 기반의 지포스 타이탄
엔비디아 (NVIDIA)가 발표한 지포스 GTX 타이탄 (TITAN)은 기존 데스크탑용 지포스 그래픽카드가 주로 데스크탑의 게이밍에 적합하게 설계한 GPU를 탑재한 것과 달리 데스크탑과는 다른 태생의 GPU를 탑재했다.
단일 GPU를 강점으로 하이엔드 데스크탑 시장 타겟
지포스 GTX 타이탄은 성능과 라인업 구성상 지포스 GTX 680과 듀얼 GPU인 지포스 GTX 690의 사이를 이어준다.
단일 GPU로 만들어지기 때문에 멀티 GPU 구성인 지포스 GTX 690과 달리 SLi 구성을 지원하지 않거나 호환 문제가 있는 환경에서 높은 성능을 제공할 수 있는 것이 가장 큰 특징이다.
지포스 GTX 타이탄은 성능과 라인업 구성을 고려해 지포스 GTX 680의 499달러 ($499) 및 AMD 라데온 HD 7970의 549달러 ($549)보다 높은 가격을 형성하며 듀얼 GPU인 지포스 GTX 690의 초기 형성 가격인 999달러 ($999)를 적용해 출시한다.
데스크탑 기반이 아닌 테슬라용 GK110 GPU 탑재
지포스 GTX 타이탄은 기존 지포스 600 시리즈와 같이 28nm 공정으로 TSMC를 통해 생산되며 테슬라 (Tesla) K20X에 적용한 GK110 GPU를 탑재한다.
단일 GPU로 하이엔드 시장에 등장한 지포스 GTX 680은 GK104가 사용되었는데 원래라면 지포스 GTX 580의 GF110을 이어 GK100 또는 GK110의 코드명이 사용해야 했다. 그러나 기존 고성능 단일 GPU와 다른 코드명을 적용해 단일 GPU 최고 성능의 제품의 등장을 예고했고 올해 상반기 지포스 GTX 타이탄이 등장했다.
| 코어명 |
제조 공정 |
다이 사이즈 |
트랜지스터 수 (Millions) |
쿠다/ 스트림프로세서 (SP) |
ROPs |
|
GK110 (TITAN) |
28nm |
551mm^2 |
7100 |
2880 |
48 |
| GK104 (GTX 680) |
28nm
|
294mm^2 |
3500 |
1536 |
32 |
|
GF110 (GTX 580) |
40nm |
520mm^2 |
3000 |
512 |
48 |
| GF114 (GTX 560) |
40nm
|
360mm^2 |
1950 |
384 |
32 |
|
Tahiti (HD 7900) |
28nm |
365mm^2 |
4310 |
2048 |
32 |
| Cayman (HD 6900) |
40nm
|
389mm^2 |
2640 |
1536 |
32 |
| Cypress (HD 5800) |
40nm |
334mm^2 |
2150 |
1600 |
32 |
지포스 GTX 타이탄에 탑재한 GK110 GPU는 GK104와 동일한 공정인 28nm가 적용되지만 약 2배 다이 사이즈와 트랜지스터 집적도를 갖고 있으며 쿠다 코어 (CUDA Cores)의 수와 ROPs도 확장했다.
기존 세대별 GPU 스펙에서 알 수 있듯이 GK110은 지포스 GTX 580의 GF110과 같이 거대 다이에 단일 GPU 최고 성능을 내주는데 적합한 구조를 제공하며 28nm 미세공정 도입을 통해 이와 같은 구성이 가능해졌다.
28nm GK110 GPU 다이어그램
케플러 (Kepler) 아키텍처 기반의 GK110은 5개의 클러스터와 폴리모프 GPC 엔진, 3 SMX를 구성해 5 x 3 = 15 SMX 클러스터를 제공한다. SMX는 192 쿠다 코어를 제공해 15 SMX는 2880 쿠다 코어를 구성하나 지포스 GTX 타이탄은 1개의 SMX를 비활성화해 총 14 SMX로 2688 쿠다 코어를 제공한다.
또한 6개의 64bit 메모리 인터페이스를 통해 384bit 메모리 버스, 6Gbps 클럭을 통해 288.4GB/s의 대역폭, PCI-Express 3.0 인터페이스도 탑재했다. 45 x 45mm 2397pin S-FCBGA 칩, 6GB GDDR5 (24개 64M x 16 GDDR5 SDRAM), 코어 베이스 클럭 837/ 부스트는 876MHz로 동작한다.
ROPs (Raster Operation) 엔진은 48, SM 당 더 많은 수의 코어를 탑재해 쉐이더와 텍스처, 지오메트리 프로세싱 효율이 개선되며 텍스처 유닛은 각 SMX 유닛에 16 텍스처 필터링 유닛을 제공한다.
14 SMX의 타이탄은 14 x 16 텍스처 유닛으로 총 224 텍스처 유닛이 제공되며 GK110 풀 버전은 15 SMX x 16 TU로 240 텍스처 필터링 유닛이 제공된다. 지포스 GTX 580은 16 SM x 4 텍스처 유닛으로 64 텍스처 유닛, 지포스 GTX 680은 8 SMX x 16 텍스처 유닛으로 128 텍스처 유닛을 제공했다.
GK110의 SMX (좌)/ GK104의 SMX (우)
FP32는 게이밍 활용 등을 위한 그래픽 연산에 중요하며 FP64는 GPGPU 등 전문가용 연산 환경에 적합하다. 페르미가 그래픽 연산의 FP32와 GPGPU 연산의 FP64를 모두 고려했다면 케플러는 그래픽 연산에 중요한 FP32에 보다 집중했다.
지포스 GTX 타이탄은 테슬라 K20X와 같은 GK110 GPU를 탑재한다고 설명했는데 GK110은 192 SP (Single Precision, FP32) 유닛에 추가로 64 DP (Double Precision, FP64) 유닛을 내장한다. 이에 따라 15 SMX GK110의 DP 유닛은 총 960 유닛이 내장되며 14 SMX를 탑재한 타이탄은 896 DP 유닛을 내장한다.
GK104는 8 DP (FP64) 유닛만을 내장해 더블 프리시전 연산 성능은 싱글 프리시전 연산 성능의 1/24 수준이었으나 GK110은 더 많은 수의 DP 유닛 내장을 통해 싱글 프리시전 연산의 1/3 수준의 컴퓨팅 성능을 제공한다. 페르미 (Fermi)는 DP 연산이 SP연산의 1/8 수준이었다.
지포스 타이탄은 이를 통해 최대 4.5 TFLOPS SP, 1.5 TFLOPS DP 컴퓨팅 파워, HD 7970 GHz 에디션은 4.3 TFLOPS SP와 1.01 TFLOPS DP를 제공한다.
또한 컨트롤 패널을 통해 지포스 GTX 타이탄을 CUDA - Double Precision에서 선택 가능하다. 활성화되면 GPU 부스트는 비활성화되며 FP64 코어를 최대한 활용하게 된다. 산드라 벤치마크 등으로 연산 성능을 측정해 비교할 수 있으며 과학연산이나 전문 분야의 애플리케이션 등에 사용할 수 있다. 게임 등을 활용하는 일반 상황에서는 이를 비활성화해야 최대의 성능을 발휘할 수 있다.
페르미 (Fermi) 기반과 비교해 케플러 (Kepler) 기반의 GPU는 스레드 및 처리 구조에서 앞서고 있으며 레지스터 수, 사용 가능한 공유 메모리 사이즈를 늘려 보다 유연한 그래픽 및 GPGPU 연산 처리에 대비했다.
특히 GK110은 테슬라용으로 사용되는 만큼 전문 분야에의 활용 및 효율 개선을 위한 Hyper-Q와 Dynaminc Parallelism 기술을 적용하고 있다. 다만 데스크탑용으로 등장한 지포스 GTX 타이탄은 GK110의 같은 GPU를 사용하더라도 전문가용 시장을 위한 ECC 메모리 관련 기술 지원 제한 및 지원 명령어에 차이가 있다.
증기 챔버 쿨링 솔루션 도입
쿨링 솔루션은 니켈 도금된 방열판과 증기 챔버 (Vapor Chamber) 기술을 이용하며 전면에 배치된 팬은 전압과 RPM을 온도에 따라 조절하며 외부로 덥혀진 공기를 배출하는 구조를 제공한다.
엔비디아 (NVIDIA)는 1920x1080, 4xAA, Highest 설정에서 크라이시스 3 (Crysis 3) 게임 동작시 50fps (GTX 680은 40fps 이하)에 가까운 프레임을 제공하면서 지포스 GTX 680보다 조금 더 낮은 소음도를 제공하는 것으로 소개했다.
향상된 성능과 정숙한 소음을 통해 고성능 게이밍 시스템뿐만 아니라 작은 크기의 슬림한 PC에도 탑재 가능해지며 다양한 완제PC 제조사를 통해 선보일 예정이다.
서라운드 게이밍 환경에 최적화된 설계
지포스 GTX 타이탄은 지포스 GTX 680 (256bit 2GB GDDR5)보다 늘어난 384bit 메모리 버스와 6GB GDDR5 메모리를 제공하며 3-Way SLi 구성을 지원한다. 3배가 높아진 메모리 용량은 단일 모니터보다는 2대 이상으로 구성하는 서라운드 게이밍 환경 (NVIDIA Surround)에 최적화되며 고해상도와 AA 설정에서도 향상된 프레임을 제공할 수 있다.
지포스 GTX 타이탄은 이론상 최대 300W (6핀 75W + 8핀 150W + PCIe 슬롯 75W)를 지원 가능하며 단일 사용시 550W 이상, 2-Way SLi는 800W 이상, 3-Way SLi는 1200W 이상이 필요한 것으로 알려졌다.
원활한 게이밍 환경을 위한 기술 제공
지포스 GTX 타이탄은 케플러 아키텍처 기반의 지포스 GTX 680과 같이 새로운 안티 앨리어싱 기법인 FXAA (그래픽 후처리 기법, AMD MLAA에 대응), MSAA와 일시적 필터링 및 후처리를 결합해 시각적 효과 및 안티 앨리어싱 성능을 개선하는 TXAA를 지원한다. FXAA는 엔비디아 그래픽드라이버 제어판을 통해 제어할 수 있다.
엔비디아는 또 게임 도중 프레임 속도에 따라 발생하는 스터터링 (Stuttering)과 화면 잘림 (Tearing) 현상을 개선하기 위해 어댑티브 Vsync (Adaptive Vertical Sync, Adaptive Vsync)를 지원한다. 스터터링 (Stuttering)은 프레임 저하시 발생되며, 화면 잘림 (Tearing) 현상은 프레임 속도가 높아질 때 발생하는데 어댑티브 Vsync는 프레임 속도가 높으면 Vsync 활성화로 화면 잘림 제거하고 프레임 속도 낮으면 비활성화해 스터터링을 개선한다.
멀티미디어는 PureVideo HD (VP5 내장) 지원으로 H.264와 VC-1, MPEG-2 풀 하드웨어 가속과 PIP 듀얼 스트림 디코드 하드웨어 가속, 블루레이 3D (Blu-Ray 3D) 가속을 위한 Multi-View Codec 하드웨어 가속과 MPEG2, MPEG-4 Part2와 DivX/ xVid 코덱의 하드웨어 가속을 지원한다.
NVENC 인코더를 내장해 쿠다 기반 인코딩 대비 낮은 전력을 소모하면서 최대 4배 빠른 처리를 지원하며 스테레오스코픽 (Stereoscopic)을 위한 MVC (Multiview Video Coding)를 지원해 Blu-Ray 3D, 최대 4096x4096 해상도 인코드를 지원한다.
HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) 암호화 키 테이블 및 7.1 채널 HD Audio 코덱을 내장하여 HDMI 출력시 영상과 오디오 동시 출력이 가능하고 Dolby TrueHD와 DTS HD Master Audio, HDMI 1.4a 및 DisplayPort 1.2 규격을 지원한다.
AMD와 NVIDIA 제품군 비교
지포스 GTX 타이탄은 28nm 공정 GK110 GPU를 내장하며, PCI-Express 3.0 규격을 지원한다. 코어는 837MHz, GPU 부스트 동작시 876MHz, 메모리는 6008 (1502)MHz로 동작하는 GDDR5 6GB를 제공한다.
2688 쿠다 코어와 384bit 메모리 버스, 48 ROPs, 224 텍스처 유닛을 제공하며, 그래픽 후처리 AA 기법인 FXAA와 AA 성능과 품질을 향상해주는 TXAA (TXAA 1/ TXAA 2)를 지원한다.
지포스 GTX 타이탄의 예상 가격은 지포스 GTX 690과 같은 999달러 ($999)로 이전 세대 지포스 GTX 590이나 라데온 HD 6990 초기 형성 가격인 699달러 ($699)보다 높게 설정되었다. TDP 스펙은 지포스 GTX 690의 300W, 지포스 GTX 680의 195W 사이인 250W다.
지포스 GTX 타이탄은 28nm 신공정과 그래픽 및 병렬 처리 개선, 내부 효율을 개선한 케플러 아키텍처, DX11.1과 테셀레이션 강화, GPU 컴퓨팅 성능을 개선했다.
이를 바탕으로 지금까지 살펴본 지포스 GTX 타이탄의 스펙을 정리하면 아래와 같다.
- DirectX 11.1, 그래픽 및 GPGPU 연산에 최적화된 케플러 아키텍처
- 테셀레이터 개선 (15 유닛), 멀티태스킹 및 멀티스레딩 강화 (동시실행
능력)
- 테라스케일, 향상된 지오메트리 및 게이밍 성능
- 쿠다 코어 2688 (GTX 680 1536, HD 7970/ 7950 2048/ 1792)
- 28nm 및 384bit 메모리 버스와 GDDR5 6GB 메모리 용량
- 텍스처 유닛 224 (GTX 680 128, HD 7970/ 7950 128/ 112)
- FXAA/ TXAA 및 32X CSAA, AF 처리 향상
- 48 ROPs (GTX 680 32, HD 7970/ 7950/ 6970/ 6950
32)
- 전력관리 개선 (클럭 및 전압 스위칭, GDDR5
클럭 및 전압 감소)
엔비디아 케플러 아키텍처에 대한 보다 자세한 내용은 케플러, 지포스 GTX 680. 엔비디아 전략 변화의 신호탄인가? 기사와 게임과 전력 효율 모두를 고려한 엔비디아 28nm 케플러, 지포스 GTX 680 기사를 참고 하자.
[영상] 엔비디아에 대응하는 인텔 가우디3/AMD MI300/범클라우드 진영의 NPU/,그리고 AI 하드웨어 개발 흐름과 추세는? 
