HPC殺手鐧，Tesla K20X/K20詳細解析

ARIESS

　　按照NVIDIA的晶片編號習慣，目前GTX 680所使用的GK104其實只是一顆次頂級核心，將跟Fermi時代GF110與GF114的定位一樣。真正的Kepler旗艦應該是GK110，而GK104的出現只能說明NVIDIA已經將遊戲顯示卡與計算顯示卡徹底分開，GK104主要用於桌面市場，GK110才是計算加速卡的殺手鐧。

　　之前的幾次會議上，NVIDIA已經公佈了GK110架構及Tesla K20的相關訊息，現在藉著SC 12會議的東風，NVIDIA正式發布了Tesla K20家族加速卡。Anandtech網站也對K20做了深入分析，我們來看一下這個71億晶體管打造的巨獸會有怎樣的實力。

NVIDIA新一代Tesla K20加速卡詳細規格

AMD新一代S系列加速卡詳細規格

　　先溫習一下之前傳言的規格，GK110有15組SMX單元，每組有192個針對雙精度運算而設計的CUDA核心，總計2880個CUDA核心，6組GDDR5記憶體控製器，位寬384bit，1.5MB L2快取，雙精度浮點性能達到了單精度浮點的1/3。
　　目前Tesla K20有兩款型號，最高級的是K20X，擁有14組SMX單元，2688個CUDA核心，位寬384bit，搭配6GB GDDR5記憶體，等效頻率5.2GHz。核心頻率為732MHz，單精度浮點性能為3.95TFLOPS,雙精度則為1.31TFLOPS，TDP功耗235W，使用TSMC 28nm工藝製造，售價不會低於3199美元。
　　K20X之下還有K20，規格有所降低，只有13組SMX單元，2496個CUDA核心，單/雙精度性能分別為3.52/1.17TFLOPS。記憶體頻率也是5.2GHz但是精簡掉一組記憶體控製器，位寬320bit，搭配5GB GDDR5記憶體，頻率也只有706MHz，TDP則為225W，看來K20的規格與之前泄漏的消息是一致的。
　　K20X與K20的關係與之前Fermi時代的M2090與M2075相似，前者主要用於高性能場合，同時功耗也會更高，後者性能略低，不過TDP也降低了。
　　它們都可以使用被動散熱，因為大型電腦的散熱手段靠的主要是機房/機櫃的主動散熱，而K20還有可能作為針對工作站設計的下一代Maximus平台的Quadro顯示卡，因此也會有主動散熱的產品面世。
　　K20X及K20最大的變化當屬性能方面，M2090的雙精度浮點性能只有655GFLOPS，而K20X達到了1.31TFLOPS，M2075的雙精度性能只有515GFLOPS，而準備取代它的K20也有1.17TFLOPS，新出的兩款產品相比前代都有了成倍的性能提升。
　　不過在單精度和雙精度的比值卻有所下降，GK110的雙精度性能只有單精度的1/3，而Fermi架構的雙精度性能是單精度的1/2，K20X的單精度浮點性能為3.95TFLOPS。
　　說到峰值FP32單精度性能，K20X依然不能取代4.5TFLOPS的Tesla K10，不過後者是基於兩個GK104核心的，缺少GK110架構的部分關鍵性能，比如片內ECC、HyperQ、Dynamic Parallelism動態並行等技術。因此目前已經使用K10的使用者沒必要升級到K20，只有那些對雙精度FP64性能有較高要求的使用者才有必要升級。
　　Tesla K20發布之後將會面對許多競爭者，有新也有舊。宏觀層面來看，使用K20建設的HPC比如美國橡樹嶺國家實驗室的Titan超級電腦會面臨着IBM“藍色基因”等電腦的競爭，雖然Titan的性能早已大大超過後者。

Titan超級電腦的一個節點由4個AMD Opteron處理器和4個Tesla K20加速卡組成

　　K20也將會面臨AMD FirePro S1000、Intel Xeon Phi(正好也在SC 12會議上發布了)等產品的競爭，後兩者的雙精度浮點性能也達到了1TFLOPS以上，不過他們的不足在於理論性能跟實際性能並不對等，所以NVIDIA的Telsa K20還是會有很強的競爭力，至少有30%以上的性能優勢。
　　另外，在支援環境上NVIDIA也有優勢，Tesla K20依賴的環境是已經成熟的CUDA，而AMD FirePro依賴的是OpenCL，Xeon Phi則是X86，都還很需要時間考驗。

　　價格方面，NVIDIA稍早公佈的K20報價是3199美元，但是這次出來兩個型號，最有可能的情況將是K20報價3199美元，而K20X報價在4000-5000美元之間。
　　NVIDIA方面對出貨數量保持沉默，只表示初期可能有些供不應求，伺服器合作夥伴可以向NVIDIA先行預定。有趣的是NVIDIA在之前的財報中表示K20的產能非常好，因此NVIDIA的問題是如何滿足客戶需求而不在生產製造過程中。

　　最後，Tesla K20的發布有望重塑NVIDIA。該公司推出的Fermi架構是NVIDIA第針對“現代”計算架構而設計的GPU，但是它最終沒能實現NVIDIA稍早宣稱的指數級增長。雖然現在也不能確定K20的未來如何成功，但是它已經用在是TOP500中排名第一的Titan電腦中，這已經是一個里程碑性質的大事件。
　　Anadtech後兩頁是介紹GK110架構和Hypper Q、Dynamic Parallelism動態並行技術的，這部分內容我們稍早也做過解析，有興趣的讀者可以參考之前的文章。
GPU計算光榮使命，Tesla K10及K20技術規格詳解