パスカル（マイクロアーキテクチャ）

Pascalは、 Maxwellアーキテクチャの後継としてNvidiaが開発したGPUマイクロアーキテクチャのコードネームです。このアーキテクチャは、2016年4月5日にTesla P100（GP100）がリリースされたことで初めて紹介され、主にGeForce 10シリーズで使用されています。GeForce GTX 1080とGTX 1070（どちらもGP104 GPUを使用）は、それぞれ2016年5月27日と2016年6月10日にリリースされました。Pascalは、TSMCの16 nm FinFETプロセス^{[ 3 ]}、後にSamsungの14 nm FinFETプロセス^{[ 4 ]}を使用して製造されました。 

この建築物は、17世紀のフランスの数学者であり物理学者であったブレーズ・パスカルにちなんで名付けられた。

2019年4月、NvidiaはGTX 1060 6 GBから始まるPascalベースのカードと16シリーズのカードでDirectX Raytracingのソフトウェア実装を有効にしました。これはそれまでTuringベースのRTXシリーズに限定されていた機能でした。^{[ 5 ] [ 6 ]} 

2014 年 3 月、Nvidia はMaxwellの後継としてPascal マイクロアーキテクチャを発表した。これは 2016 年 5 月 6 日に発表され、同年 5 月 27 日にリリースされた。Tesla P100 (GP100 チップ) は、GTX GPU (GP104 チップ) とは異なるバージョンの Pascal アーキテクチャを採用している。GP104のシェーダーユニットはMaxwellに似た設計になっている。^{[ 7 ]}

GP100アーキテクチャのアーキテクチャ上の改良点には、以下のものが含まれます。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

• Pascalでは、SM（ストリーミングマルチプロセッサ）は、GP100かGP104かによって64～128個のCUDAコアで構成されます。MaxwellはSMあたり128個のCUDAコア、Keplerは192個、Fermiは32個、Teslaは8個でした。GP100 SMは2つの処理ブロックに分割され、それぞれに32個の単精度CUDAコア、命令バッファ、ワープスケジューラ、2つのテクスチャマッピングユニット、および2つのディスパッチユニットがあります。
• CUDAコンピューティング機能6.0。
• 高帯域幅メモリ2 — 一部のカードは、 合計バス幅4096ビット、メモリ帯域幅720GB  /sの4つのスタックに16GiBのHBM2を搭載しています。
• 統合メモリとは、CPUとGPUが「ページ移行エンジン」と呼ばれる技術を利用して、メインシステムメモリとグラフィックカード上のメモリの両方にアクセスできるメモリアーキテクチャのことです。
• NVLink — CPUとGPU間、および複数のGPU間の高帯域幅バス。PCI Expressを使用した場合よりもはるかに高速な転送速度を実現し、80～200  GB/sの速度を提供すると推定されています。^{[ 11 ] [ 12 ]}
• 16ビット（FP16）浮動小数点演算（通称「半精度」）は、32ビット浮動小数点演算（「単精度」）の2倍の速度で実行でき^{[ 13 ]}、64ビット浮動小数点演算（通称「倍精度」）は、32ビット浮動小数点演算の半分の速度で実行できます^{[ 14 ] 。}
• レジスタ数の増加 ― Maxwellと比較して、CUDAコアあたりのレジスタ数が2倍。
• より多くの共有メモリ。
• 動的負荷分散スケジューリングシステム。^{[ 15 ]}これにより、スケジューラは複数のタスクに割り当てられたGPUの量を動的に調整し、安全に分散できる作業がなくなるまでGPUが常に作業で飽和状態になるようにします。^{[ 15 ]}そのため、NvidiaはPascalのドライバで非同期演算を安全に有効化しました。^{[ 15 ]}
• 命令レベルおよびスレッドレベルのプリエンプション。^{[ 16 ]}

GP104アーキテクチャのアーキテクチャ上の改良点には、以下のものが含まれます。^{[ 7 ]}

• CUDA コンピューティング機能 6.1。
• GDDR5X — 10Gbit/sのデータレートをサポートする新しいメモリ規格、更新されたメモリコントローラ。^{[ 17 ]}
• 同時マルチプロジェクション - 上流のシェーダーステージからSMPエンジンに入力される単一のジオメトリストリームの複数のプロジェクションを生成します。^{[ 18 ]}
• DisplayPort 1.4、HDMI 2.0b。
• 第4世代デルタカラー圧縮。
• 強化されたSLIインターフェース — 以前のバージョンと比較して帯域幅が向上したSLIインターフェース。
• PureVideoの機能セットHは、HEVC Main10（10ビット）、Main12（12ビット）、およびVP9のハードウェアビデオデコードに対応しています。
• 4K DRM保護コンテンツの再生とストリーミングのためのHDCP 2.2サポート（Maxwell GM200とGM204はHDCP 2.2をサポートしていませんが、GM206はHDCP 2.2をサポートしています）。^{[ 19 ]}
• NVENC HEVC Main10 10ビットハードウェアエンコーディング。
• GPU Boost 3.0。
• 命令レベルのプリエンプション。^{[ 16 ]}グラフィックス タスクでは、ドライバはプリエンプションをピクセル レベルに制限します。これは、ピクセル タスクは通常すぐに終了し、ピクセル レベルのプリエンプションを実行するオーバーヘッド コストが命令レベルのプリエンプション (コストが高い) よりも低いためです。^{[ 16 ]}コンピュート タスクは、スレッド レベルまたは命令レベルのプリエンプションを取得します。^{[ 16 ]}コンピュート タスクは、完了までに時間がかかる場合があり、コンピュート タスクがいつ終了するか保証がないため、ドライバはこれらのタスクに対してコストの高い命令レベルのプリエンプションを有効にします。^{[ 16 ]}

Pascal GPUの理論上の単精度演算能力（GFLOPS）は、2 × 1サイクルあたりのCUDAコアあたりのFMA命令あたりの演算回数 × CUDAコア数 × コアクロック速度（GHz）として計算されます。

Pascal GPUの理論上の倍精度演算能力は、Nvidia GP100の単精度演算能力の1/2であり、Nvidia GP102、GP104、GP106、GP107、GP108の1/32である。

Pascal GPU の理論上の半精度処理能力は、GP100 では単精度性能の 2 倍^{[ 14 ]}、GP104、GP106、GP107、GP108 では 1/64 です。^{[ 20 ]}

Pascalアーキテクチャは、2017年にHPC、クラウドコンピューティング、自動運転車市場でVoltaに、2018年に消費者およびビジネス市場でTuringに後継されました。 ^{[ 35 ]}

P100 ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}からV100 ^{[ 39 ]から A100 [ 40 ]}からH100 ^{[ 41 ]}からB200 ^{[ 42 ] [ 43} ]および R100 ^{[ 44 ]}まで、DGX で使用される加速器の比較^:

• Nvidia GPUマイクロアーキテクチャの名称一覧
• NVIDIAグラフィックス処理ユニット一覧
• Nvidia NVDEC
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