GeForce 600 シリーズ

GeForce 600 シリーズは、Nvidiaが開発し、2012 年に初めてリリースされたグラフィック プロセッシング ユニットのシリーズです。Keplerアーキテクチャの導入となりました。GeForce 700 シリーズが後継です。

以前のアーキテクチャである Fermi の目標は、生のパフォーマンス (特にコンピューティングとテッセレーション) を向上させることでしたが、Nvidia の Kepler アーキテクチャの目標は、全体的なパフォーマンスの向上を目指しながら、ワットあたりのパフォーマンスを向上させることでした。^[3] Nvidia がこの目標を達成した主な方法は、統合クロックの使用でした。以前の GPU 設計で使用されていたシェーダー クロックを放棄することで、同様のレベルのパフォーマンスを実現するためにより多くのコアが必要になるにもかかわらず、効率が向上しました。これは、コアの電力効率が向上した (Nvidia の数字によると、2 つの Kepler コアは 1 つの Fermi コアの約 90% の電力を使用します) だけでなく、クロック速度の低下により、その領域の電力消費が 50% 削減されるためでもあります。^[4]

Kepler は、バインドレス テクスチャと呼ばれる新しい形式のテクスチャ処理も導入しました。以前は、テクスチャは、GPU が参照する前に、CPU によって固定サイズのテーブル内の特定のスロットにバインドされる必要がありました。これにより、2 つの制限が発生しました。1 つは、テーブルのサイズが固定されているため、一度に使用できるテクスチャの数は、このテーブルに収まる数 (128) のみでした。2 つ目は、CPU が不要な作業を行っていたことです。つまり、各テクスチャをロードし、メモリにロードされた各テクスチャをバインディング テーブルのスロットにバインドする必要がありました。^[3]バインドレス テクスチャを使用すると、両方の制限がなくなります。GPU はメモリにロードされた任意のテクスチャにアクセスできるため、使用可能なテクスチャの数が増え、バインディングによるパフォーマンスの低下がなくなります。

最終的に、Nvidia は Kepler でメモリクロックを 6GHz まで上げることができました。これを実現するために、Nvidia はまったく新しいメモリコントローラとバスを設計する必要がありました。GDDR5 の理論上の制限である 7GHz にはまだまだ及びませんが、これは Fermi のメモリコントローラの 4GHz の速度をはるかに上回っています。^[4]

ケプラーは、ドイツの数学者、天文学者、占星術師であるヨハネス・ケプラーにちなんで名付けられました。

GeForce 600 シリーズには、古い Fermi 世代と新しい Kepler 世代の両方の Nvidia GPU の製品が含まれています。600 シリーズの Kepler ベースのメンバーは、GeForce ファミリに次の標準機能を追加します。

• PCI Express 3.0インターフェース
• ディスプレイポート1.2
• HDMI 1.4a 4K x 2K ビデオ出力
• Purevideo VP5ハードウェア ビデオ アクセラレーション (最大 4K x 2K H.264 デコード)
• ハードウェアH.264エンコーディング アクセラレーション ブロック ( NVENC )
• 最大 4 つの独立した 2D ディスプレイ、または 3 つの立体/3D ディスプレイ (NV サラウンド) をサポート
• 次世代ストリーミング マルチプロセッサ (SMX)
• 新しい命令スケジューラ
• 縛りのないテクスチャ
• CUDAコンピューティング機能 3.0
• GPUブースト
• TXAA
• TSMC社が28nmプロセスで製造

Kepler アーキテクチャは、SMX と呼ばれる新しいストリーミング マルチプロセッサ アーキテクチャを採用しています。SMX は、GPU 全体がダブル ポンプの「シェーダ クロック」ではなく単一の「コア クロック」を使用するため、Kepler の電力効率を高めるための重要な方法です。^[4] SMX が単一の統合クロックを使用すると、2 つの Kepler CUDA コアが 1 つの Fermi CUDA コアの 90% の電力を消費するため、GPU の電力効率が向上します。その結果、SMX では、1 サイクルあたりワープ全体を実行するために追加の処理ユニットが必要になります。Kepler は、競争力を維持するために、生の GPU パフォーマンスを向上させる必要もありました。その結果、CUDA アレイあたりの CUDA コアが 16 から 32 に、3 CUDA コア アレイが 6 CUDA コア アレイに、1 つのロード/ストアと 1 つの SFU グループが 2 つのロード/ストアと 2 つの SFU グループに倍増しました。GPU 処理リソースも 2 倍になりました。 2つのワープスケジューラから4つのワープスケジューラに、4つのディスパッチユニットが8つになり、レジスタファイルはパフォーマンスを向上させるために64Kエントリに倍増しました。GPU処理ユニットとリソースが倍増してダイスペースの使用が増えると、PolyMorphエンジンの機能は2倍になるのではなく強化され、4サイクルではなく2サイクルでポリゴンを出力できるようになりました。^[5] Keplerでは、Nvidiaは電力効率だけでなく面積効率にも取り組みました。そのため、Nvidiaは、ダイスペースを節約するためにSMXで8つの専用FP64 CUDAコアを使用することを選択しましたが、すべてのKepler CUDAコアがFP64に対応しているわけではないため、FP64機能を提供し続けました。NvidiaがKeplerに加えた改良により、FP64パフォーマンスを抑えながらGPUグラフィックパフォーマンスが向上しました。

複雑なハードウェア スケジューラを単純なソフトウェア スケジューラに置き換えることで、ダイ領域をさらに増やすことができます。ソフトウェア スケジューリングにより、ワープ スケジューリングは Nvidia のコンパイラーに移行され、GPU 数学パイプラインのレイテンシが固定になったため、スレッド レベルの並列処理に加えて、命令レベルの並列処理とスーパースカラー実行の利用が含まれるようになりました。命令は静的にスケジュールされるため、数学パイプラインのレイテンシは既にわかっているため、ワープ内のスケジューリングは冗長になります。これにより、ダイ領域のスペースと電力効率が向上しました。^{[4] [6] [3]}

GPU ブーストは、CPU のターボ ブーストにほぼ類似した新機能です。GPU は常に「ベース クロック」と呼ばれる最小クロック速度で動作することが保証されています。このクロック速度は、最大負荷時でもGPU がTDP仕様内に留まるようにレベルに設定されます。 ^[3]ただし、負荷が低い場合は、TDP を超えずにクロック速度を上げる余地があります。これらのシナリオでは、GPU ブーストは、GPU が事前定義された電力目標 (デフォルトでは 170W) に達するまで、クロック速度を段階的に徐々に上げていきます。^[4]このアプローチを採用することで、GPU はクロックを動的に上げ下げし、TDP 仕様内に留まりながら可能な限り最大の速度を提供します。

電力目標とGPUが取るクロック増加ステップのサイズは、どちらもサードパーティのユーティリティを介して調整可能であり、Keplerベースのカードをオーバークロックする手段を提供します。^[3]

FermiとKeplerベースのカードはどちらもDirect3D 11をサポートしており、APIによって提供されるすべての機能ではありませんが、どちらもDirect3D 12もサポートしています。^{[7] [8]}

Kepler GPU専用のTXAAは、ゲームエンジンに直接実装できるように設計されたNvidiaの新しいアンチエイリアシング方式です。TXAAは、 MSAA技術とカスタム解決フィルターに基づいています。その設計は、ゲームの重要な問題であるシマーリングまたはテンポラルエイリアシングに対処するものです。TXAAは、動いているシーンを滑らかにすることでこの問題を解決し、ゲーム内のシーンからエイリアシングやシマーリングが確実に除去されるようにします。^[9]

NVENCは、IntelのQuick Sync VideoやAMDのVCEに似た方法でビデオエンコーディングを実行するNvidiaのSIPブロックです。NVENCは、コーデックを受け取り、H.264ベースのコンテンツをデコード、前処理、エンコードできる電力効率の高い固定機能パイプラインです。NVENC仕様の入力形式はH.264出力に制限されています。しかし、NVENCは、その制限された形式を通じて、最大4096×4096の解像度でエンコードを実行できます。^[10]

IntelのQuick Syncと同様に、NVENCは現在独自のAPIを通じて公開されていますが、NvidiaはCUDAを通じてNVENCの使用を提供する計画を立てています。^[10]

GTX 680 と同時にリリースされた R300 ドライバーで、Nvidia は Adaptive VSync という新機能を導入しました。この機能は、フレームレートが 60 FPS を下回ると、V-Sync レートが 30 FPS に低下し、必要に応じてさらに 60 倍に低下するため、画面がカクカクするというV-Syncの制限に対処することを目的としています。ただし、フレームレートが 60 FPS を下回ると、モニターはフレームを準備完了時に表示できるため、V-Sync は必要ありません。この問題に対処するには (画面ティアリングに関する V-Sync の利点は維持しながら)、ドライバー コントロール パネルで Adaptive VSync をオンにします。これにより、フレームレートが 60 FPS 以上の場合は VSync が有効になり、フレームレートが低下すると無効になります。Nvidia は、これにより全体的な表示がよりスムーズになると主張しています。^[3]

この機能はGTX 680と同時にデビューしましたが、更新されたドライバーをインストールした古いNvidiaカードのユーザーも利用できます。^[3]

ダイナミックスーパーレゾリューション（DSR）は、2014年10月にリリースされたNvidiaドライバでFermiおよびKepler GPUに追加されました。この機能は、風景をより高く詳細な解像度でレンダリングし（アップスケーリング）、モニターのネイティブ解像度に合わせて縮小する（ダウンサンプリング）ことで、表示される画像の品質を向上させることを目的としています。^[11]

2010年9月、Nvidiaは初めてKeplerを発表しました。^[12]

2012 年初頭、600 シリーズの最初のメンバーの詳細が明らかになりました。これらの最初のメンバーは、古い Fermi アーキテクチャを基にしたエントリーレベルのラップトップ GPU でした。

2012年3月22日、Nvidiaは600シリーズGPUを発表しました。デスクトップPC向けのGTX 680と、ノートブック/ラップトップPC向けのGeForce GT 640M、GT 650M、GTX 660Mです。^{[13] [14]}

2012年4月29日、GTX 690がKepler初のデュアルGPU製品として発表されました。^[15]

2012年5月10日、GTX 670が正式に発表されました。^[16]

2012年6月4日、GTX 680Mが正式に発表されました。^[17]

2012年8月16日、GTX 660 Tiが正式に発表されました。^[18]

2012年9月13日、GTX 660とGTX 650が正式に発表されました。^[19]

2012年10月9日、GTX 650 Tiが正式に発表されました。^[20]

2013年3月26日、GTX 650 Ti BOOSTが正式に発表されました。^[21]

• ¹ SP – シェーダプロセッサ – 統合シェーダ :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 GeForce 605 (OEM) カードは、GeForce 510 のブランド名を変更したものです。
• ³ GeForce GT 610 カードは、GeForce GT 520 のブランド名を変更したものです。
• ⁴ GeForce GT 620 (OEM) カードは、GeForce GT 520 のブランド名を変更したものです。
• ⁵ GeForce GT 620 カードは、GeForce GT 530 のブランド名を変更したものです。
• ⁶このリビジョンの GeForce GT 630 (DDR3) カードは、GeForce GT 440 (DDR3) のブランド名を変更したものです。
• ⁷ GeForce GT 630 (GDDR5) カードは、GeForce GT 440 (GDDR5) のブランド名を変更したものです。
• ⁸ GeForce GT 640 (OEM) カードは、GeForce GT 545 (DDR3) のブランド名を変更したものです。
• ⁹ GeForce GT 645 (OEM) カードは、GeForce GTX 560 SE のブランド名を変更したものです。

ノートブック アーキテクチャ向けの GeForce 600M シリーズ。処理能力は、シェーダー クロック速度、コアの数、およびコアがサイクルごとに実行できる命令の数を掛け合わせることで得られます。

• ¹ 統合シェーダ: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

(*)-512MB または 1024MB GDDR5 構成の Apple MacBook Pro Retina 2012。

Nvidiaは、最後のリリース390ドライバーである391.35が2018年3月にリリースされた後、32ビットオペレーティングシステム用の32ビットドライバーのリリースを停止しました。^[35]

KeplerノートブックGPUは2019年4月にレガシーサポートに移行し、2020年4月に重要なセキュリティ更新プログラムの受信を停止しました。^[36]いくつかのノートブックGeforce 6xxM GPUがこの変更の影響を受け、残りのものは2019年1月からすでにサポートが終了しているローエンドのFermi GPUです。 ^[37]

Nvidiaは、リリース470ドライバー以降、Windows 7およびWindows 8.1オペレーティングシステムのドライバーサポートをレガシーステータスに移行し、2024年9月までこれらのオペレーティングシステムの重要なセキュリティ更新プログラムを提供し続けると発表しました^。[38]

Nvidiaは、残りのすべてのKeplerデスクトップGPUが2021年9月以降にレガシーサポートに移行し、2024年9月まで重要なセキュリティアップデートがサポートされると発表しました。 ^[39]残りのすべてのGeForce 6xx GPUがこの変更の影響を受けます。

• Nvidia グラフィック プロセッシング ユニットの一覧

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