GeForce 400シリーズ

GeForce 400シリーズは、 Nvidiaが開発したグラフィックス処理ユニットのシリーズで、 Fermiマイクロアーキテクチャの導入として機能しました。当初は2009年11月に発売予定でしたが^{[ 2 ]}、延期を経て2010年3月26日に発売され、2010年4月に発売されました。

その直接の競合製品は、ATIのRadeon HD 5000シリーズだった。

Nvidia はFermi マイクロアーキテクチャを、G80以降使用されているTesla マイクロアーキテクチャに続く、GPU ラインの次の大きなステップであると説明しました。最初の Fermi アーキテクチャ製品である GF100 は、大規模です。512 個のストリームプロセッサ(32 個のグループが 16 個)、30 億個のトランジスタ、TSMCが40 nm プロセスで製造。これは、 OpenGL 4.0とDirect3D 11をサポートする Nvidia 初のチップです。完全に有効化された GF100 GPU を搭載した製品は販売されませんでした。GTX 480 では、1 つのストリーミング マルチプロセッサが無効化されていました。GTX 470 では、2 つのストリーミング マルチプロセッサと 1 つのメモリコントローラが無効化されていました。GTX 465 では、5 つのストリーミング マルチプロセッサと 2 つのメモリコントローラが無効化されていました。コンシューマー GeForce カードには、有効化された GDDR5 メモリコントローラのそれぞれに 256MB が接続され、合計で 1.5、1.25、または 1.0GB になります。 Tesla C2050は6つのコントローラそれぞれに512MBのメモリを搭載し、Tesla C2070はコントローラごとに1024MBのメモリを搭載していた。どちらのTeslaカードも、14個のアクティブなストリームプロセッサグループを備えていた。 

高性能なTeslaブランドのチップは、オプションでECCメモリを搭載し、コアごとに1サイクルあたり1回の倍精度浮動小数点演算を実行できます。一方、コンシューマー向けGeForceカードは、ドライバによって4サイクルあたり1回の倍精度浮動小数点演算に制限されています。これらの機能に加え、Visual StudioとC++のサポートにより、Nvidiaはプロフェッショナル市場や商用市場、そして高性能コンピューティングでの利用をターゲットにしました。

フェルミは、イタリアの物理学者エンリコ・フェルミにちなんで名付けられました。

2009 年 9 月 30 日、Nvidia はアーキテクチャを説明するホワイト ペーパーを公開しました。^{[ 4 ]}このチップは、1 サイクルあたり 1 つの単精度演算または 2 サイクルごとに 1 つの倍精度演算が可能な 32 個の CUDA コアを備えた 16 個の「ストリーミング マルチプロセッサ」、ホストのメモリをチップのアドレス空間にマッピングできる 40 ビットの仮想アドレス空間、つまりポインタの種類が 1 つだけになり C++ のサポートが大幅に容易になる、そして 384 ビット幅のGDDR5メモリ インターフェイスを備えています。G80およびGT200と同様に、スレッドは「ワープ」でスケジュールされ、各ワープは 1 つのシェーダー コアで実行される 32 個のスレッドのセットです。 GT200では各シェーダークラスタに16KBの「共有メモリ」が関連付けられており、キャッシュが必要な場合はテクスチャリングユニットを介してデータを読み取る必要がありましたが、GF100では各クラスタに64KBのメモリが関連付けられており、これは48KBのキャッシュと16KBの共有メモリとして、または16KBのキャッシュと48KBの共有メモリとして、さらに16個のクラスタすべてで共有される768KBのL2キャッシュと組み合わせて使用​​できます。

このホワイトペーパーでは、このチップはグラフィックスプロセッサというよりも、数万ものスレッドを含むワークロードに対応する汎用プロセッサとして説明されている。これはTera MTAアーキテクチャを彷彿とさせるが、Tera MTAが持つ非常に効率的なランダムメモリアクセス機能は備えていない。

多くのユーザーが、GeForce 400 シリーズの Fermi GPU は、競合のAMDのRadeon HD 5000 シリーズと比較して、高温と消費電力が高く、それに伴うパフォーマンスの向上も乏しいと報告したため、AMD はこの問題を揶揄するプロモーション ビデオ「誤解」^{[ 5 ]}を作成して公開した。ビデオでは、警察部隊が、栽培施設を示唆する大きな熱プロファイルを持つ家への襲撃を開始する様子が映し出されている。しかし、家に入ると、高温の原因は Fermi GPU であることが明らかになる。^{[ 6 ] [ 7 ]} Fermi GPU をフルロードすると卵が焼けるというジョークが一般的になった。 ^{[ 8 ]}

• ¹ SPs - シェーダープロセッサ - 統合シェーダー:テクスチャマッピングユニット:レンダリング出力ユニット
• ² GF100アーキテクチャのGPUの各ストリーミングマルチプロセッサ（SM）には、32個のSPと4個のSFUが含まれています。GF104/106/108アーキテクチャのGPUの各ストリーミングマルチプロセッサ（SM）には、48個のSPと8個のSFUが含まれています。各SPは、1サイクルあたり2回の単精度融合乗算加算（FMA）演算を実行できます。各SFUは、1サイクルあたり4回のSF演算を実行できます。1回のFMA演算は、2回の浮動小数点演算に相当します。したがって、シェーダー数[ n ]とシェーダー周波数[ f、GHz]を用いた理論上の単精度ピーク性能は、次のように推定できます。FLOPS sp _≈ f × n × 2（FMA）。総処理能力: GF100 FLOPSの場合_sp ≈ f × m × (32 SPs × 2(FMA) + 4 × 4 SFUs)、GF104/106/108 FLOPSの場合_sp ≈ f × m × (48 SPs × 2(FMA) + 4 × 8 SFUs)、または GF100 FLOPSの場合_sp ≈ f × n × 2.5、GF104/106/108 FLOPSの場合_sp ≈ f × n × 8 / 3。^{[ 9 ]}

SP - シェーダープロセッサ（統合シェーダー、CUDAコア）、SFU - 特殊機能ユニット、SM - ストリーミングマルチプロセッサ。

• ³ GF100 の各 SM には、テクスチャ アドレス ユニットごとに 4 つのテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれています。完全な GF100 ダイには、64 個のテクスチャ アドレス ユニットと 256 個のテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれています^{[ 10 ]} GF104/106/108 アーキテクチャの各 SM には、テクスチャ アドレス ユニットごとに 8 つのテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれています。完全な GF104 ダイには、64 個のテクスチャ アドレス ユニットと 512 個のテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれており、完全な GF106 ダイには、32 個のテクスチャ アドレス ユニットと 256 個のテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれており、完全な GF108 ダイには、16 個のテクスチャ アドレス ユニットと 128 個のテクスチャ フィルタリング ユニットが含まれています。^{[ 11 ]}

すべての製品は40nm 製造プロセスで製造されています。すべての製品は、機能レベル11_0のDirect3D 12.0、OpenGL 4.6、およびOpenCL 1.1をサポートしています。唯一の例外は、OEM専用カードであるGeForce 405です。これはGT218（Tesla）コアに基づいており、機能レベル10_1のDirectX 11.1、OpenGL 3.3のみをサポートし、OpenCLはサポートしていません。また、GeForce 400シリーズの中でFermiマイクロアーキテクチャに基づかない唯一のカードです。仕様上、GeForce 405は、同じくOEM専用カードであるGeForce 310と同一であり、GeForce 310自体はGeForce 210に基づいています。特に記載がない限り、すべての製品はフルハイト、フルレングスのカードに単一のDB15 VGAコネクタを備えています。

2010年11月8日、NvidiaはGTX 580 （480の後継機種）とともにGF110チップをリリースしました。これは、消費電力が大幅に削減された再設計されたGF100チップです。これにより、Nvidiaは16個のSM（16個のコアすべて）を有効にすることができました。これは、以前のGF100搭載の「Nvidia GeForce GTX 580」では不可能でした。GF100アーキテクチャのさまざまな機能は、より高価なQuadroおよびTeslaシリーズのカードでのみ利用可能でした。^{[ 12 ]} GeForceコンシューマー製品の場合、倍精度性能は「完全な」Fermiアーキテクチャの4分の1です。エラーチェックおよび訂正メモリ（ECC）もコンシューマーカードでは動作しません。^{[ 13 ]} GF100カードはCompute Capability 2.0を提供し、GF104/106/108カードはCompute Capability 2.1を提供します。

Nvidiaは、リリース390ドライバー以降、32ビットオペレーティングシステム用の32ビットドライバーをリリースしないことを発表した。^{[ 18 ]}

Nvidiaは2018年4月に、Fermiがレガシードライバのサポート対象となり、2019年1月までサポートされると発表した。^{[ 19 ]}

• 
  Palit GeForce GTX460
• 
  Nvidia GeForce GTX 480 Founders Edition

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• GeForce 800Mシリーズ
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• Nvidia Quadro
• NVIDIA テスラ

• David Kanter (2009年9月30日) 「Fermiの内部：NvidiaのHPC推進」 realworldtech.com 。 2010年12月16日取得。