NVIDIA FERMI GF100: a nova geração de GPUs da NVIDIA

A NVIDIA foi uma das precursoras na criação da categoria de placas de vídeo aceleradoras 3D. Desde seus primeiros modelos, como a RIVA TNT, a empresa despontou como uma das melhores fabricantes desse tipo de placa. Uma das primeiras GPUs — “Graphics Processor Unit” ou “Unidade de Processamento Gráfico” — também foi criada pela NVIDIA, que hoje disputa o mercado com sua arquirrival, a ATI/AMD.

Ao longo dos últimos dez anos, os processadores gráficos ganharam mais evidência no mercado, pois eliminaram muita carga dos processadores centrais (CPU), fazendo com que os computadores ganhassem desempenho rapidamente.

Pessoas que gostavam de jogos, profissionais de modelagem 3D e usuários que precisavam de mais processamento gráfico, para programas como o Photoshop e CorelDraw, começaram a voltar seus olhos para a nova categoria de placas que surgira.

Imagem de divulgação. Direitos reservados à NVIDIA.

FERMI

O foco das placas de vídeo passou então a ser esses tipos de usuário. Em 2009, no entanto, a NVIDIA inovou mais uma vez, lançando sua nova arquitetura, que foi batizada com o codinome “FERMI”, em homenagem ao físico premiado pelo Nobel, Enrico Fermi.

Tal arquitetura tem seus primórdios no ano de 2003, quando começaram as pesquisas para liberar carga de processamento do processador central, transferindo mais responsabilidades para o processador gráfico.

Entre outras capacidades embasbacantes, é isso que a FERMI faz: processa certas informações não gráficas na própria GPU para agilizar os cálculos e precisar se comunicar menos com a CPU. O problema em se utilizar uma GPU para executar tarefas que a CPU costuma ser responsável é que há a necessidade de os desenvolvedores conhecerem a fundo a GPU para poderem escrever programas que rodam nela.

Outro problema é que, como as GPUs foram criadas para processar gráficos, os programadores precisavam “enganá-la”, informando tipos de cálculos específicos para gráficos, fazendo com que os programas tivessem sua complexidade aumentada significativamente, ao ponto de serem menos viáveis.

O intuito da nova geração de GPUs que serão lançadas com a tecnologia FERMI é, entre outros, justamente facilitar o trabalho dos desenvolvedores, para que o processador central seja submetido a menos carga e possa trabalhar em conjunto com a GPU, formando um time muito mais eficiente de processamento.

Muitos entusiastas das placas de vídeo high-end já estão carecas de saber que os processadores gráficos estão deixando as CPUs no chinelo no que se refere a desempenho e tecnologia. Portanto, nada mais justo do que aliviar a barra da CPU, transferindo algumas atividades para a GPU.

Foram incluídos algoritmos que tornam a GPU capaz de executar não só processos gráficos, como de outras aplicações. Isso aumenta o desempenho porque dispensa a GPU de aguardar uma resposta da CPU, eliminando um gargalo do caminho e deixando o processador livre para outros cálculos.

Arquitetura CUDA

FERMI é somente o codinome dado às GPUs que usarão a nova geração da arquitetura CUDA, de propriedade da NVIDIA. A arquitetura CUDA tem diversas inovações em relação às anteriores e até mesmo à concorrência.

Para começo de conversa, os desenvolvedores não precisam mais ter profundos conhecimentos a respeito da arquitetura em si, no nível do hardware, pois ela é compatível, por exemplo, com a linguagem de programação C — que não é nada simples, mas é muito mais fácil do que lidar diretamente com os bits.

Fazendo uma comparação a grosso modo, e aproveitando que já sabemos que GPUs nada mais são do que calculadoras avançadíssimas, imagine que você precise fazer o cálculo das duas raízes de uma equação do segundo grau.

Será necessário o uso de fórmulas para chegar à resposta. Digamos que a arquitetura CUDA dispensa o uso destas fórmulas e só requer que você indique o valor das variáveis “a”, “b” e “c”, para que a GPU faça o cálculo das raízes da equação.

Em termos práticos, pode-se dizer que é muito mais fácil e rápido programar jogos para as placas de vídeo com GPUs FERMI instaladas, pois ela permite que os desenvolvedores voltem suas atenções para aspectos e detalhes mais importantes da criação do game.

Logicamente, os equipamentos de ponta — também chamados de high-end — não servem somente para os gamers e entusiastas. Cientistas, médicos, pesquisadores, biólogos e profissionais de diversas outras áreas também terão grandes benefícios quando utilizarem GPUs da nova geração. Entretanto, a NVIDIA é declaradamente fã de jogos e, por isso, o foco principal do chip GF100 será a comunidade gamer.

GF100

Como a arquitetura FERMI foi apresentada ainda em 2009, provavelmente já estão sendo fabricadas placas com o chip GF100 instalado, e elas devem ser lançadas já no primeiro trimestre de 2010, apesar de não haver informações oficiais sobre isso.

Será uma resposta da NVIDIA às placas da ATI/AMD, da série HD5000, que atualmente estão no topo do ranking quando se fala em qualidade de imagem e desempenho. Mas elas terão uma competidora de peso assim que empresas como XFX, Zotac e outras dedicadas a equipamentos high-end começarem a lançar suas versões com o chip.

Diferente do que podemos pensar, as placas que ainda serão lançadas com o chip GF100 não carregarão esse nome necessariamente.  O GF100 é um codinome interno da NVIDIA e pode ser que comercialmente não seja escolhido. De qualquer forma, especula-se que o G significa GeForce e o F provém de FERMI — em homenagem ao físico nuclear Enrico Fermi e se referindo à geração da arquitetura usada.

Praticamente uma cavalaria

Para facilitar o entendimento, não mostraremos aqui nenhuma tabela com especificações das novas GPUs. Ao invés disso, faremos comparações com produtos existentes, para que você tenha uma ideia da potência dos brinquedinhos que ainda serão lançados com a GF100.

O que mais se fala hoje em dia quando pensamos em processador, seja CPU ou GPU, é em quantidade de núcleos de processamento. Pois bem, a GF100 possui absurdos 512 núcleos CUDA, ou seja, sua capacidade é “estupidamente” maior do que qualquer placa existente hoje no mercado.

Para que você tenha uma ideia, o modelo GTX 295 possui 480 núcleos, divididos em duas GPUs separadas — 240 por GPU. Ou seja, antes mesmo de ser lançada, em uma só GPU, a GF100 já é melhor do que duas GPUs juntas da geração anterior.

O transistor é uma das invenções que revolucionou a computação moderna. Antes dele, as válvulas eram responsáveis pelo controle do processamento dos computadores. Sendo assim, em teoria, quanto maior a quantidade de transistores, maior a capacidade do chip.

O número de transistores da GF100 também impressiona, pois ele possui a bagatela de 3 bilhões. A ATI HD5970 possui 4,3 bilhões de transistores, divididos em duas GPUs. Ou seja, uma GPU do GF100 tem mais de 1 bilhão de transistores a mais do que a top atual da ATI.

Os entusiastas que acompanham os artigos do Baixaki podem segurar sua ansiedade, pois assim que saírem os primeiros produtos baseados na GPU GF100, nós faremos um comparativo mais detalhado em relação às placas de maior desempenho da ATI/AMD.

Realismo nunca antes visto

Deixamos o filé mignon da GF100 para o final do artigo, para que você termine a leitura salivando para ter uma GF100 instalada em sua máquina. Os níveis de realismo atingidos pela GF100 deixarão você literalmente de queixo caído. Isso será possível através das novas técnicas de renderização, disponíveis a partir do DirectX 11, em conjunto com as tecnologias PhysX e 3D Vision Surround.

Tesselation

Todo objeto renderizado pelas placas de vídeo é formado por inúmeros polígonos. Quanto mais polígonos, mais suaves serão as curvas do cenário e dos objetos, aumentando o realismo. O DirectX 11 introduziu no mercado uma nova técnica chamada “tesselation”, que permite a utilização de milhares de polígonos a mais, que só as placas de vídeo mais poderosas serão capazes de criar.

É possível entender um pouco do que é o tesselation assistindo ao vídeo abaixo, que mostra a diferença de realismo com e sem a nova técnica de renderização:

Perceba que na primeira imagem mostrada a água tem um aspecto mais “chapado”, com poucos detalhes, porque não estava sendo usada a técnica “tesselation”. Em seguida, ela é ativada e a riqueza de detalhes, não só da água, aumenta absurdamente.

Na demonstração, antes de ligar o tesselation, a imagem estava sendo processada a 300 quadros por segundo. Quando a técnica foi ligada, esse número caiu pela metade. Entretanto, uma queda de 300 para 150 fps será praticamente imperceptível, já que o olho humano não consegue processar mais de 30 quadros por segundo.

Um segundo vídeo, mostrado na conferência CES2010, apresenta a GF100 sendo testada em um programa de benchmarking. Nele, é mostrado o “esqueleto” dos objetos para que se tenha uma boa ideia da diferença na quantidade de polígonos que o tesselation é capaz de produzir com o DirectX 11.

PhysX

A riqueza de detalhes não ficará restrita somente aos objetos, mas as texturas, a qualidade de imagem e os cálculos de física proporcionados pela tecnologia PhysX da NVIDIA também terão um salto significativo de desempenho. O vídeo a seguir mostra o comportamento do cabelo humano renderizado na GF100.

As placas atuais tratam cabelo e objetos semelhantes como se fossem um só. Ou seja, geralmente os personagens do jogo possuem uma espécie de capacete que simula cabelo, e nenhum fio se move, ou todos se movem ao mesmo tempo, em animações pré-definidas.

Uma estratégia era simplesmente esconder os cabelos dos personagens com capacetes, bonés, etc., ou criar personagens de cabelo curto. Na GF100, o comportamento dos fios de cabelo será praticamente idêntico aos do mundo real.

Imersão

Essa palavrinha tem inspirado inúmeras novas tecnologias e a evolução de outras que já existiam. A utilização de óculos 3D para filmes não é nova, mas a tecnologia foi renovada e hoje está começando a visitar as casas dos consumidores.

A GF100, além de trazer a capacidade de produzir imagens em 3D, para visualização com o óculos, tem embutida a tecnologia NVIDIA 3D Vision Surround, que permite o uso de múltiplas telas, posicionadas ao redor do campo de visão do jogador, para que haja uma sensação ainda mais realista de se estar dentro do jogo.

O vídeo abaixo demonstra um pouco dessa tecnologia, que promete deixar os gamers completamente viciados naquilo que já adoram. Repare que a imagem parece ter “fantasmas”, como nas televisões antigas com problema na recepção do sinal.

Porém, não há nada de problemático nos “fantasmas” gerados pela GF100, pois se trata da tecnologia 3D em ação, que só pode ser apreciada com uso dos óculos especiais.

A GF100 promete fazer frente às placas de vídeo mais poderosas da atualidade. Se você já se adiantou para comprar sua ATI Radeon HD5970 e acha que não é possível ver gráficos melhores, aguarde e confie, pois as novas placas que sairão, baseadas na GPU GF100, deixarão você de cabelo em pé (ou não, já que elas terão PhysX).