Maxwell和Volta NVIDIA下一代GPU猜想
小知识：GPU中的ARM核心究竟有什么用？
传统意义上GPU并不需要什么复杂的线程控制单元，比如AMD经典的4D+1D架构，恰好对应了3D计算中x、y、z、alpha以及一些特殊计算。这样的设计在图形计算中可以发挥出大的效能。不过随着GPU的发展，GPU庞大的并行计算能力渐渐被开发出来。这个时候，GPU本身的内部指令并行化的问题就被提上了台面。
NVIDIA在G80设计时就考虑到了大规模CUDA Core需要一个控制中心，G80中就设计了Thread Scheduler，直译就是线程调度单元。这个单元的作用就是将一堆堆涌入的指令进行排序、打包，并根据CUDA Core的情况调配指令到那些空闲又需要工作的地方去。Thread Scheduler的存在，让GPU变得具有一定的指令处理能力，而不再是傻乎乎的无脑肌肉大汉只能进行计算。
不过T hread Scheduler的发展速度渐渐跟不上GPU的发展了。早期的NVIDIA显卡的CUDA Core还只有128个，那个时候每个CUDA Core中有一个ALU和一个FPU，CUDA Core本身也有一些极简单的线程排序功能，还凑合够用。在Kepler时代后，Giga Thread Scheduler这样的设计面对庞大的、高达2000多个CUDA Core，虽有所加强，但还是不够用，即使NVIDIA宣称Giga Thread Scheduler的性能相比Thread Scheduler提高了10倍。
当然，现在的显卡计算也变得更为复杂，特别是新版本的CUDA引入了诸如一些分支判断等功能，让整个架构更为智能的同时也更为复杂（Kepler干脆把Scheduler过程扔回给了CPU）。在这种情况下，Giga Thread Scheduler或者类似的东西就完全跟不上趟了。
于是，NVIDIA需要用一些更强大的设计来改善这种情况。GPGPU的发展要求更智能、更开放的并行计算。NVIDIA选择了ARM，试图采用一些高性能的ARM核心来帮助GPU判断任务、处理线程并行中遇到的难题。早在2011年，NVIDIA就宣布了主攻高性能计算市场的“丹佛计划”，黄仁勋曾经说：“丹佛工程是一款64位处理器，是完全定制设计的ARMv864位处理器，还有一些激动人心的秘密调料(some exciting secret sauce)，但现在我们还不能说太多……唯一能告诉你们的就是，丹佛会非常棒！”黄仁勋对NVIDIA的ARM处理器看来非常满意。当然，这并不意味着GPU中需要放丹佛计划的ARM处理器进去，不过NVIDIA也的确在进行着在GPU中纳入ARM核心的计划。
NVIDIA帮助美国国防部进行的另一项计划叫做Echelon，NVIDIA的任务是设计强大的并行计算模块。根据已经公布的资料，Echelon将拥有128个SM模块（包含大量CUDA Core和缓存）以及8个Latency Processor核心，而后者就极有可能是丹佛计划中的高性能A R M处理器。终Echelon集群将实现20TFlops的计算能力，每颗Echelon芯片拥有2.56PFlops（Maxwell大概在10TF lops，约为0.01PFlops）。可想而知，如此庞大的计算能力的确需要多颗CPU来进行管理，CPU和GPU的合二为一才是未来发展的真正方向。
至于Maxwell，是否有A RM核心出现在其中，目前的确不明确。如果有可能的话，ARM核心会出现在Maxwell有关高性能计算的产品中，帮助处理一些GPU比较擅长的判断、分支、跳转、排序等操作任务。毕竟从路线图来看，NVIDIA的丹佛计划和Maxwell揭秘时间都差不多是2014年。当然，未来如何发展，也只能走一步看一步，毕竟NVIDIA现在紧守口风，没有一点消息露出，所有的内容都只能猜测了。
线程调度模块已经成为NVIDIA GPU中的庞大模块了，Fermi晶圆照片中的紫色部分可能就是线程调度模块。
预测5：Volta架构将在2015年以后上市，采用更先进的工艺，支持Stacked DRAM
可信度：★★★★★
NVIDIA在GTC2013还发布了一些未来产品的计划，其中令人关注度就是Volta。根据NVIDIA的标识，Volta相比Maxwell，将进一步提升每瓦特双精度性能，少都是直接翻倍，其性能应该是Maxwell的2～3倍之间。这就意味着Volta有可能在250W功耗下，成为首个双精度性能突破10TFlops的GPU产品。
Maxwell会采用20nm工艺并延续大约2年的时间。2年后也就是大约2015年底到2016年，在Max well退市、Volta上市时，TSMC的工艺将会进化至16nm或者14nm。也就是说，在同样面积下，Volta容纳的晶体管数量将是现在Kepler的4倍左右。根据GK110在500平方毫米左右拥有71亿晶体管来计算的话，新的GV100或同档次产品将拥有280亿～300亿左右的晶体管。
NVIDIA在路线图上还给出了Volta的重要信息，那就是它将采用Stacked DRAM显存。这种显存技术将GPU和显存之间传统的PCB走线连接大幅度缩短，采用堆叠封装的方式，通过芯片上的硅穿孔，将显存和GPU直接连接，从而获得超高的位宽和带宽。保守估计Volta的GPU带宽将达到1Tib/s的水平，大幅度超越目前主流的250GB/s的带宽水平。
如此强大的计算能力和带宽，Volta将带给玩家无与伦比的视觉效果。在2016年前后，全新的DirectX 12可能会顺势推出。结合Volta的强大性能，玩家可以进一步享受更逼真的视觉效果。
预测那些事儿
事实上，预测这个事儿在很多情况下都不太靠谱。IT领域的预测也一样，之前多少能人志士的预测在几年后都被证明纯属胡扯。究其根本原因，主要还是这所有的预测，都基于目前的情况给出未来的方向。也就是说在这些预测中，环境是静止的，不考虑整个技术大环境的突破仅仅基于自身发展。但没人能说明未来的环境会如何改变，因此所有的预测成功可能性都不高。本文也做出了一些浅薄的预测，除此之外的大部分信息都是根据目前已有的资料进行了一些推测。即使如此，失败的可能性依旧很大。本文的主要目的在于帮用户梳理未来产品的发展方向，而不是来求证这些预测是否一定可靠。
