Kepler

Kepler to architektura kart graficznych Nvidii z serii GeForce 600/700, poprzedzająca późniejsze generacje Maxwell i Pascal.

Architektura Kepler i miejsce w rozwoju kart GeForce

Kepler to architektura procesorów graficznych NVIDIA wprowadzona w kartach GeForce z serii 600, a następnie wykorzystana w wielu modelach serii 700. Zastąpiła architekturę Fermi i poprzedzała Maxwell oraz Pascal. Układy Kepler były produkowane w procesie technologicznym 28 nm, co pozwoliło zmniejszyć pobór energii w porównaniu z wcześniejszymi generacjami przy jednoczesnym zwiększeniu liczby jednostek wykonawczych. Nie każda karta oznaczona numerem 600 lub 700 korzysta jednak z Keplera, ponieważ NVIDIA stosowała także układy Fermi, a później Maxwell w obrębie tych samych rodzin produktowych.

Do najważniejszych procesorów graficznych tej architektury należą między innymi GK104, GK106, GK107, GK110 i GK208. Na ich podstawie powstały takie karty jak GeForce GTX 680, GTX 770, GTX 760, GTX 660, GTX 650, GTX 780 oraz GTX Titan. W rodzinie GeForce 700 występowały zarówno konstrukcje oparte na Keplerze, jak i modele korzystające z innych architektur. Dlatego identyfikowanie konkretnego układu po samej nazwie serii jest niewystarczające; do prawidłowej oceny potrzebny jest dokładny model karty albo oznaczenie procesora GPU.

Budowa jednostek SMX i obliczenia CUDA

Kepler wprowadził jednostki obliczeniowe SMX, które zastąpiły wcześniejsze klastry SM stosowane w architekturze Fermi. W typowej konfiguracji jednostka SMX mogła zawierać 192 rdzenie CUDA, jednostki ładowania i zapisu danych, jednostki specjalne oraz jednostki teksturujące. Taka organizacja zwiększała równoległość obliczeń, ale liczba jednostek SMX, rozmiar pamięci podręcznej i szerokość magistrali pamięci zależały od konkretnego układu GK. Nie można więc przenosić parametrów jednej karty Kepler na wszystkie pozostałe modele tej architektury.

Układy Kepler należą do rodziny CUDA o możliwościach obliczeniowych 3.x. W zależności od GPU spotyka się między innymi Compute Capability 3.0, 3.2, 3.5 oraz 3.7. Jest to istotne przy uruchamianiu programów wykorzystujących CUDA, ponieważ aplikacja może wymagać określonej generacji instrukcji lub funkcji sprzętowych. GK110, stosowany między innymi w GeForce GTX 780 i kartach Titan pierwszej generacji, oferował dodatkowo mechanizmy kojarzone z obliczeniami profesjonalnymi, takie jak Dynamic Parallelism i Hyper-Q. Nie oznacza to jednak, że każda karta GeForce oparta na Keplerze obsługuje te funkcje.

Funkcje graficzne, pamięć i multimedia

Karty Kepler obsługują grafikę zgodną z DirectX 11 oraz funkcje wymagane przez ówczesne sterowniki dla OpenGL. W wielu modelach zastosowano pamięć GDDR5 połączoną z procesorem przez magistralę o szerokości 128, 192, 256 albo 384 bitów, zależnie od układu i klasy karty. Przepustowość pamięci wynikała z jej częstotliwości oraz szerokości magistrali, dlatego sama ilość pamięci VRAM nie określała wydajności. Karta z większą pojemnością mogła być wolniejsza od modelu z mniejszą pamięcią, jeśli miała słabszy GPU lub węższy interfejs.

W wybranych układach Kepler zastosowano sprzętowy enkoder NVENC, przeznaczony do kodowania materiału wideo bez pełnego obciążania rdzeni CUDA. Karty tej generacji mogły również korzystać z technologii NVIDIA GPU Boost, która dynamicznie dobierała częstotliwość pracy w granicach ustalonych przez temperaturę, pobór energii i limity zasilania. W praktyce osiągana częstotliwość zależała od konkretnego modelu, chłodzenia, ustawień firmware oraz warunków pracy. Przy diagnozie problemów z obrazem trzeba więc rozdzielić awarię samego GPU, pamięci VRAM, sekcji zasilania, układu chłodzenia i sterownika.

Rozpoznanie karty Kepler w praktyce serwisowej

Rozpoznanie układu Kepler można rozpocząć od odczytania pełnej nazwy karty w systemie operacyjnym, narzędziu diagnostycznym albo w ustawieniach firmware komputera. Pomocne jest również sprawdzenie identyfikatora PCI urządzenia, oznaczenia GPU na laminacie oraz dokumentacji konkretnego producenta. Sama nazwa „GeForce 600” lub „GeForce 700” nie przesądza o zastosowanej architekturze. W komputerze stacjonarnym należy dodatkowo ocenić stan wentylatorów, radiatora, gniazd zasilających i kondensatorów, ponieważ niestabilność obrazu może wynikać z przegrzewania albo problemów z zasilaniem, a nie z cechy architektury Kepler.

Warszawskie Pogotowie Komputerowe wykonuje profesjonalną naprawę laptopów, komputerów PC i podzespołów, w tym diagnostykę problemów związanych z kartami graficznymi. Przy objawach takich jak artefakty, zaniki obrazu, zawieszanie sterownika lub restart podczas obciążenia potrzebne jest sprawdzenie temperatur, poprawności sterownika, pamięci karty, zasilania oraz działania układu w różnych obciążeniach. Wynik takiej diagnostyki pozwala odróżnić usterkę sprzętową od niezgodności oprogramowania i ocenić, czy naprawa podzespołu jest technicznie uzasadniona.