DirectX 11 habilitará el concepto de GPGPU sobre hardware existente

La interfaz de programas de aplicación (API) Microsoft DirectX 11, prevista para lanzarse más adelante este año, habilitará el soporte para la ejecución de compute shaders 4.0 sobre chips gráficos diseñados para DirectX 10, lo cual dará a tales chips una programabilidad adicional y simplificará la implementación de nueva tecnología.

El procesamiento de propósito general en unidades de procesamiento gráfico –concepto conocido como GPGPU– está ganando popularidad en forma lenta pero segura. Desafortunadamente, en la actualidad sólo hay una interfaz estándar de programa de aplicación (OpenGL) que soporta a todos los chips gráficos disponibles hoy en día. Pero aparentemente, DirectX 11 hará posible la ejecución de procesamiento físico, inteligencia artificial, y programación GPGPU a través del uso de compute shaders (CS), con lo cual podrá valerse incluso de las GPUs existentes en la actualidad, aunque con algunas limitaciones.

Para popularizar el uso de CS entre los desarrolladores, la API DirectX 11 no sólo incluye CS 5.0, sino también CS 4.0 (para hardware DirectX 10) y 4.1 (para hardware DirectX 10.1), los cuales no son soportados por DirectX 10. Los CS 4.x presentan varias limitaciones con respecto a la versión 5.0, incluyendo un número máximo de 768 threads por grupo, una memoria compartida de 16 KB por grupo (contra 32 KB de CS 5.0), ausencia de operaciones atómicas de append/consume, etc.

El principal objetivo de CS 4.x es permitir a los desarrolladores de juegos practicar con tecnología de compute shaders, habilitando GPGPU por medio de DirectX, además de permitir a los desarrolladores de juegos usar CS para tareas complejas relativas al rendering de imágenes (en lugar de pixel shaders) para ganar performance.

Las versiones beta de DirectX 11, junto con los drivers que soportan compute shaders 4.x, están disponibles por parte de Microsoft, ATI/AMD y Nvidia.

Nvidia estaría planeando su desembarco en el mercado de CPUs

Los rumores sobre la posibilidad de que Nvidia ingrese al mercado de procesadores de propósito general (CPUs) vienen circulando desde el año 2000, si bien la compañía nunca confirmó tales planes. Pero ahora que las intenciones de la empresa han sido reafirmadas, parece que Nvidia ha estado trabajando por algún tiempo en el desarrollo de una CPU, o al menos, de una serie de tecnologías relacionadas.

Las unidades de procesamiento gráfico (GPUs) y las unidades centrales de proceso (CPUs) no tenían nada en común hace una década, pero los enormes avances realizados en materia de diseño de chips gráficos, al igual que la evolución de las CPUs, han causado que ambos mundos se acercaran considerablemente: las GPUs son actualmente mucho más programables que hace unos años, mientras que los microprocesadores contienen múltiples núcleos, controladores de memoria integrados y, en un futuro próximo, unidades de procesamiento gráfico. La convergencia entre CPUs y GPUs podría compararse con la convergencia entre computadoras personales y productos electrónicos para el consumidor.

Nvidia comprende completamente tal convergencia y se ha estado preparando para ingresar al mercado de microprocesadores de propósito general durante varios años.

En primer lugar, Nvidia se unió al HyperTransport Consortium en la época en que la tecnología se denominaba Lighting Data Transport y era conocida principalmente como un bus universal para CPUs innovadoras de AMD. Esto permitió a Nvidia obtener un bus para sus potenciales microprocesadores y otros chips, además de abrirle las puertas al mercado de chipsets, primero para plataformas AMD y luego para plataformas Intel.

En segundo lugar, Nvidia ingresó al consorcio de tecnología de proceso de silicio en aislante (Silicon on Insulator). Si bien esta tecnología puede usarse para producir diversos componentes y chips, se la utiliza principalmente para construir complejos microprocesadores de vanguardia basados en arquitecturas x86, ARM o Power.

En tercer lugar, Nvidia reemplazó en enero de este año a su científico en jefe David Kirk, poniendo en su lugar a William Dally, conocido por su experiencia en tecnologías de computación paralela y por su trabajo en los microprocesadores del estilo Cell y Larrabee. Algunos señalan incluso que Nvidia ha estado contratando especialistas en microprocesadores por varios años, con lo cual la contratación de Dally podría ser sólo parte de una plan más ambicioso para incorporar personal experimentado en CPUs.

Ahora que la compañía cuenta con los especialistas, los permisos para usar el bus HyperTransport y un cierto grado de experiencia en tecnologías de proceso SOI, parece claro que está trabajando en el diseño de nuevas CPUs o de dispositivos “todo en uno” de tipo system-on-chip (SoC) con microprocesadores en su interior.

En este punto, cabe preguntarse cuándo Nvidia planea lanzar un chip que compita con AMD y con Intel. La respuesta es simple: una vez que AMD e Intel conquisten completamente el mercado de plataformas al integrar componentes cruciales de sistema en sus microprocesadores, no habrá lugar para Nvidia. Una vez que esto pase, tendrá sentido para esta última comenzar a promover sus propias plataformas, con sus propias CPUs o SoCs; cosa que puede ocurrir en un plazo no muy largo.

ATI busca técnicas de enfriamiento más avanzadas para las GPUs

El aumento de performance de los procesadores –ya sea gráficos o de propósito general– se relaciona habitualmente con el aumento del consumo de energía y de la generación de calor de los mismos. Aún a pesar de las drásticas mejoras de las micro arquitecturas, los sistemas de enfriamiento continúan evolucionando para habilitar nuevos niveles de performance en los chips.

ATI, el grupo de productos gráficos de AMD, anunció conjuntamente con la empresa Celsia Technologies el desarrollo de una solución de enfriamiento de alta performance para unidades de procesamiento gráfico (GPUs). Los nuevos coolers, que presumiblemente serán usados en futuras placas gráficas ATI Radeon, utilizarán tubos de cámara de vapor en lugar de los tradicionales conductos de ventilación, lo cual promete brindar un enfriamiento hasta un 30 por ciento más efectivo.

“Trabajando con AMD, hemos sido capaces de satisfacer todos los criterios de diseño para un nuevo cooler de GPU”, dijo Joe Formichelli, CEO de Celsia. “El nuevo cooler debía ser más liviano, con mayor desempeño y menor costo que los coolers actuales basados en conductos de calor. A diferencia de los módulos térmicos que usan conductos de calor, nuestro NanoSpreader de dos fases entra en contacto directo con la fuente de calor, evitando las placas pesadas y costosas”.

El NanoSpreader de Celsia es una cámara de vapor de dos fases construida en cobre, la cual contiene agua pura sellada al vacío. El líquido es absorbido por un entramado de cobre y enviado como vapor a través de una hoja de cobre micro perforado, donde se enfría y vuelve al entramado de cobre como líquido. Según indica la compañía, las cámaras de vapor brindan un 30 por ciento mejor performance de enfriamiento en comparación con los conductos de calor. Adicionalmente, las cámaras de vapor son relativamente fáciles de utilizar, si bien requieren disipadores sofisticados, al igual que los coolers basados en conductos de calor.

Los NanoSpreaders pesan la mitad que el cobre sólido, y gracias a su conductividad térmica, pueden transferir el calor diez veces más rápido que dicho material. Cuando se usan como parte de una solución de cooling, los ultra delgados NanoSpreaders mejoran la eficiencia de cooling por sobre las soluciones basadas en conductos de calor al proveer un camino más directo a través del cual se mueve el calor.

Como parte del proyecto de desarrollo tecnológico de AMD, Celsia ha sido invitada a presentar su tecnología en el evento AMD Technical Forum and Exposition 2008, en Taiwán. Algunos de los socios de ATI –como Sapphire Technologies– ya están utilizando coolers basados en cámaras de vapor.

ATI lanzaría chips compatibles con DirectX 11 en 2009

La división de productos gráficos de AMD anunció sus expectativas con respecto a la industria de gráficos para el año 2009, prediciendo que habrá GPUs compatibles con DirectX 11 y que comenzará un período de prosperidad para la computación de propósito general en las GPUs. ATI también auguró que en 2009 habrá mejoras en los dispositivos de entrada y salida de datos, tales como paredes digitales y dispositivos táctiles.

Durante la exposición Ceatec, llevada a cabo recientemente en Japón, ATI (la unidad de productos gráficos de AMD) predijo que el año próximo habrá en el mercado unidades de procesamiento gráfico (GPUs) compatibles con DirectX 11, lo cual podría considerarse como una intención de lanzar una nueva gama de chips que soporten la nueva interfaz de programas de aplicación. Al mismo tiempo, la compañía auguró el inicio de una etapa de prosperidad para el uso de GPUs en aplicaciones de propósito general (GPGPU, por general-purpose GPU).

Adicionalmente, ATI delineó varias de sus expectativas con respecto a la industria de gráficos 3D para el consumidor. Entre las expectativas más destacadas se habló de una transición a una tecnología de proceso de 40nm y un amplio uso del estándar de memoria GDDR5, el cual aumentaría la performance de los chips gráficos considerablemente.

ATI también predijo el alza de GPGPU, destacando que las aplicaciones para el consumidor comenzarán a realizar cómputo de propósito general en las GPUs, lo cual enfatizará la importancia de los chips gráficos entre los usuarios finales. Adicionalmente, la llegada de DirectX 11 y de Windows 7 también jugaría un importante rol en elevar el protagonismo de las GPUs.

Finalmente, la división de gráficos de AMD señaló que espera mejoras en tecnologías de entrada y salida de datos. Según la presentación llevada a cabo por ATI, el año próximo saldrán al mercado los televisores con resoluciones de más de 1920 x 1080, junto con las denominadas “paredes digitales”. La tecnología Multi-touch y otras herramientas para entrada de datos evolucionarán el año próximo, gracias a la disponibilidad de dispositivos basados en Microsoft Surface. Las pantallas estereoscópicas 3D también ganarán popularidad durante 2009, según las predicciones de ATI.

Los desarrolladores de juegos predicen la muerte de DirectX y de las GPUs

Tim Sweeney, CEO de la empresa de desarrollo de juegos Epic Games, dijo que las placas gráficas 3D, usadas para acelerar la generación de escenas tridimensionales en juegos de video, podrían desaparecer en los próximos años, al igual que las APIs destinadas al manejo de gráficos (como DirectX y OpenGL). Según el directivo, se volvería a la renderización por software, reformulando en su totalidad a la industria de gráficos computarizados.

“En la próxima generación escribiremos el 100 por ciento de nuestro código de renderización en un lenguaje de programación real”, dijo Tim Sweeney, CEO de la empresa Epic Games, en una entrevista publicada por el sitio web Ars Technica. “No usaremos DirectX ni OpenGL, sino un lenguaje como C++ o CUDA. Un verdadero lenguaje de programación, no restringido por las extrañas restricciones de las APIs. Si luego corre sobre hardware de Nvidia, de Intel o de ATI es una cuestión aparte. Podrá correrse en cualquier hardware capaz de ejecutar código de propósito general en forma eficiente”.

Es fácil entender por qué los creadores de juegos de video de la vieja escuela, tales como John Carmack de id Software o Tim Sweeney de Epic Games, exigen la eliminación de las limitaciones de las APIs. Dado que tanto Carmack como Sweeney tienen experiencia extensiva en renderización por software en general, esto les daría una enorme ventaja competitiva sobre sus rivales, que están acostumbrados a trabajar con APIs comunes. Más aún, teniendo una profunda experiencia en programación de gráficos sin APIs que los limiten, los desarrolladores de juegos podrán crear efectos más realistas. Finalmente, con renderización por software, los programadores no deberán preocuparse por las peculiaridades de cada chip gráfico existente en el mercado.

Según Sweeney, no hay necesidad de APIs ahora que las GPUs, tales como la ATI Radeon HD 4000 o la Nvidia GeForce GTX 200, son mucho más que sólo un conjunto de coprocesadores de propósito específico. Y habrá menos necesidad aún de APIs cuando surjan nuevas generaciones de procesadores gráficos, como por ejemplo Intel Larrabee.

“Ahora que se cuenta con shaders completamente programables, la idea de dividir una escena en triángulos que deben renderizarse en un cierto orden sobre un gran buffer de cuadros usando características de rasterización de función fija es realmente un anacronismo”, agregó Sweeney. “Con todo ese hardware de propósito general por debajo, ¿por qué querría alguien renderizar escenas de esa forma cuando se tienen posibilidades disponibles más interesantes?”.

Los gráficos modernos 3D para juegos de video han dado varios pasos revolucionarios: la renderización por software a principios de los 90; la renderización de función fija de 8 bits a fines de los 90 ó principios de 2000 (DirectX 6 – DirectX 8) y finalmente los pipelines de rendering programables (DirectX 9, DirectX 10, DirectX 11). Sweeney cree que en el futuro no habrá lugar para las APIs como herramienta de programación para las GPUs.

Más allá de todos los desafíos que los desarrolladores de software deberán enfrentar para crear títulos de alta calidad, queda por verse si las nuevas estrategias son realmente más eficientes. Incluso Sweeney, que es un declarado defensor del rendering por software, admite que si los costos de desarrollo se incrementan significativamente, las nuevas estrategias no se volverán populares.

“Si cuesta U$S 10 millones desarrollar un juego con la tecnología actual, y desarrollarlo para un futuro chip cuesta U$S 30 millones, probablemente resultará inviable. Es por eso que necesitamos modelos de programación fáciles y simples, que puedan escalar a múltiples núcleos y threads”, concluyó Sweeney.

AMD FireStream 9250 rompe la barrera de los teraflops

AMD anunció que su más reciente procesador de corrientes de datos, el FireStream 9250, alcanzó una performance récord, quebrando la barrera de los teraflops. El procesador FireStream 9250 está optimizado para computación de alta performance en aplicaciones de procesamiento masivo de datos, tales como análisis financiero o datos sísmicos.

AMD asegura que su procesador de streams FireStream 9250 quebró la barrera de los teraflops en performance de simple precisión. La placa en sí consta de un diseño de único slot y consume menos de 150W de energía, logrando una performance por watt de 8 gigaflops por watt.

El FireStream 9250 promete un procesamiento de datos más veloz para cargas de trabajo críticas, tales como datos de análisis financiero o datos sísmicos, que lo que puede ofrecer una CPU tradicional. Según AMD, los desarrolladores han reportado incrementos de performance en análisis financiero de 55 veces con respecto a una CPU tradicional utilizando el nuevo procesador de streams de la empresa.

El 9250 posee hardware de segunda generación para cálculos de punto flotante de doble precisión, el cual ofrece más de 200 gigaflops. Este procesador está fundado en las capacidades del FireStream 9170, el cual (según AMD) fue la primera GPU de propósito general (GP-GPU) de la industria. La memoria del FireStream 9250 es 1 GB de GDDR3. Además del procesador, la empresa provee el AMD Stream SDK (software development kit) para ayudar a los desarrolladores a sacar pleno provecho del poder de procesamiento de sus productos FireStream.

El AMD FireStream 9250 estará disponible durante el tercer trimestre de 2008 por U$S 999. Actualmente, el AMD FireStream 9170 se vende por U$S 1.999. La principal competencia de estos procesadores es la línea de productos Tesla, de Nvidia.