Mikroarchitektura GPU. Skąd Nvidia bierze ich nazwy? Najnowsze na cześć programistek z dwóch różnych epok

Zanim przejdziemy do opisu osiągnięć uznawanej za twórczynię pierwszego oprogramowania hrabiny Lovelace, bo takim tytułem arystokratycznym posługiwała się Augusta Ada King, córka znanego poety brytyjskiego George’a Byrona, znanego z lekcji literatury jako Lord Byron, przypomnijmy sobie jak to Nvidia nazywała poprzednie mikroarchitektury stosowane w układach GPU.

Nazwy kodowe poprzednich mikroarchitektur GPU Nvidia

Mikroarchitektura to określenie na sposób organizacji procesora, czy też GPU, jak to ma miejsce w przypadku NVIDII. Nazwa ta jednak w przypadku kart graficznych stosowana jest znacznie rzadziej niż takie określenie w przypadku CPU. Często mówimy procesory Intela Raptor Lake, ale np. karty graficzne Pascal już rzadziej.

Nazwy mikroarchitektur GPU Nvidia to upamiętnienie nazwisk zasłużonych dla nauki osób, ale dziś można też powiedzieć, że to także manifestacja roli jaką w jej rozwoju odgrywają produkty tej marki

Lista nazw mikroarchitektur Nvidia obejmuje już kilkanaście generacji, które pojawiają się co dwa lata. W początkach rozwoju GPU z prawdziwego zdarzenia, tempo było trochę szybsze, ale obecnie ustabilizowało się podobnie jak to ma miejsce w przypadku procesorów. Są czasem też mikroarchitektury, które trafiły wyłącznie do produktów profesjonalnych. Taką jest Volta, która pojawiła się w 2017 roku.

Schematy, które spotykacie często przy prezentacjach nowych produktów Nvidia, wiele mówią o danym GPU, ale znacznie mniej o tym kim były osoby, od których wzięto nazwę mikroarchitektury (w tym przypadku Turing)

Natomiast sięgając wstecz, wśród produktów konsumenckich korzystały one z mikroarchitektur układów kolejno o nazwach (w nawiasie serie kart wykorzystujących tę mikroarchitekturę, z poprawką, że niektóre modele z danej serii były rebrandowane i bazują na starszej generacji pomimo nowej nazwy):

• (Riva, Riva TNT, TNT2) Fahrenheit, Daniel Gabriel - urodzony w XVII wieku w Gdańsku, fizyk pochodzenia niemieckiego, wynalazł termometr rtęciowy, stworzył także skalę temperatur nazwaną od jego nazwiska, w tej skali 1 stopień to zmiana temperatury (w warunkach powyżej 0 stopni Celsjusza), która zmienia objętość rtęci o 1/10000 części
• (GeForce 256, GeForce 2) Celsius, Anders - fizyk i astronom, którego najbardziej kojarzymy ze stworzenia skali temperatur, w której 100 stopni odpowiada temperaturze topnienia lodu lub zamarzania wody, a 0 stopni wrzenia wody, dziś stosujemy skalę odwróconą
• (GeForce 3, 4) Kelvin, Thomson William, lord - fizyk, matematyk, przyrodnik, wyznaczył temperaturę zera bezwzględnego (na jego cześć nazwano skalę temperatur), a także ze sformułowania II zasady dynamiki, która wyklucza istnienie perpetuum-mobile II rodzaju
• (GeForce FX 5xxx) Rankine, William – również twórca skali temperatur, która jest zmodyfikowaną skalą Kelvina, bezwzględna, dla której zero jest równe zeru bezwzględnemu, zajmował się silnikami cieplnymi, stworzył teorie opisująca ich działanie
• (GeForce 6xxx, 7xxx) Curie, Skłodowska Maria - jedyna kobieta, która dwa razy otrzymała nagrodę Nobla, z fizyki i chemii, zajmowała się między innymi badaniem promieniotwórczości, również jej zastosowaniem w radiologii (spopularyzowała prześwietlenia rentgenowskie w trakcie I Wojny Światowej)
• (GeForce 8xxx, 9xxx, GeForce 100, 200, 300) Tesla, Nikola - tego wynalazcy, które całe swoje życie poświęcił zgłębianiu tajemnic prądu elektrycznego, nie trzeba przedstawiać, był pionierem wykorzystania prądu zmiennego, na jego cześć nazwano także jednostkę indukcji magnetycznej w układzie SI
• (GeForce 400, 500) Fermi, Enrico - od jego nazwiska pochodzi nazwa cząstek fermiony (zalicza się do nich te uznawane dziś za elementarne, czyli elektrony i kwarki, a także te, które są utworzone z nieparzystej ich liczby, w tym protony, neutrony), dzięki pracom nad zagadnieniem rozpadu beta wprowadził do nauki oddziaływanie słabe, jedno z czterech uznanych za podstawowe
• (GeForce 600, 700) Kepler, Johannes - matematyk i astronom, zapamiętany jako twórca praw rządzących ruchem planet, które nie tylko pozwoliły potwierdzić prawa grawitacji Newtona, ale też były udoskonaleniem teorii Kopernika, uważał, że astronomię należy traktować jako część fizyki
• (GeForce 900) Maxwell, James Clerk - jeden z najważniejszych fizyków w historii, zajmował się wieloma dziedzinami tej nauki, wystarczy wspomnieć, że to on przewidział istnienie fal elektromagnetycznych i uznał, że światło jest taką falą
• (GeForce 10xx) Pascal, Blaise - człowiek wielu talentów, w tym matematyk i fizyk, ale od pewnego momentu życia również filozof i literat, jego prace w dziedzinie hydrostatyki są upamiętnione są nazwą jednostki ciśnienia, wynalazł strzykawkę, a od jego nazwiska pochodzi także nazwa jednego z języków programowania
• (GeForce 16xx, 20xx) Turing, Alan - osoba, która zna chyba każdy, kto interesuje się komputerami i programowaniem, kładł podwaliny pod informatykę, uznawany jest za twórcę sztucznej inteligencji
• (GeForce 30xx) Ampere, Andre-Marie - jeden z twórców klasycznej elektrodynamiki, nauki zajmującej się związkiem ładunku z przepływem prądu elektrycznego, na jego cześć istnieje jednostka SI określająca natężenie prądu elektrycznego, zajmował się także teorią równań różniczkowych, a jako chemik odkrył fluor

Teraz nastała era mikroarchitektury Ada Lovelace (GeForce 40xx), którą w przyszłości zastąpi mikroarchitektura Blackwell, ale to jeszcze nie teraz, bo przecież dopiero co pojawiły się pierwsze (najmocniejsze) produkty z najnowszej generacji GeForce RTX 4000, w tym testowany już przez nas GeForce RTX 4090.

Hopper, profesjonalna mikroarchitektura Nvidia, równoległa do Ada Lovelace

Równolegle do produktów konsumenckich o mikroarchitekturze Ada Lovelace, pojawić się mają układy dla centrów danych, które wyposażono w mikroarchitekturę Hopper. Ta ostatnia nazwa to od nazwiska Grace Hopper, również matematyczki, która w XX wieku była pionierką informatyki, w szczególności programowania, współtworzyła jedne z pierwszych kompilatorów, pracowała przy pierwszych komputerach.

Grace Hopper w roku 1952, z książką do języka Cobol, który powstał na bazie jej wcześniejszych opracowań (fot: flickr/misbehave,CC-BY 2.0)

Grace Hopper spopularyzowała pojęcie bug, które doskonale wiecie co dziś oznacza w terminologii informatycznej. To określenie było stosowane co prawda już w XIX wieku jako termin dla błędów w funkcjonowaniu maszyn, ale w przypadku komputerów to właśnie w obecności Grace Hopper pierwszy raz wykryto buga. Była to dosłownie ćma, która zaplątana w mechanizmie kalkulatora elektromechanicznego, Harvard Mark II, utrudniła jego poprawne funkcjonowanie.

Skoro już mowa o kalkulatorach to wróćmy do Ady Lovelace i jej epoki, czyli ponad 100 lat wcześniejszych czasów niż czasy Grace Hopper.

Ada Lovelace, czyli pierwsza kobieta programistka, pierwsza osoba programująca w ogóle

I tu pojawiają się wątpliwości, bo pomimo powszechnego traktowania osiągnieć Ady Lovelace jako jej własnych, są historycy, którzy uważają inaczej. Twierdzą, że pomimo ogromnego wkładu w popularyzację zagadnienia programowania, kontrolowania takiego urządzenia jak automat liczący, Ada Lovelace nie tworzyła swoich algorytmów samodzielnie, a jedynie na podstawie wcześniejszych zapisków. Dotyczyły one Maszyny Analitycznej, zaprojektowanej przez Charlesa Babbage’a, która miała szansę zostać pierwszym działającym komputerem w historii.

Obraz akwarelowy przedstawiający hrabinę Lovelace, najpopularniejszy chyba jej wizerunek, i jeden z dwóch zachowanych jej dagerotypów (jeden z pierwszych typów fotografii)

Wciąż urządzeniem mechanicznym, przypominającym w dużym stopniu mechanizmy automatyzujące działanie krosen w branży włókienniczej, która w XIX wieku przeżywała burzliwy rozwój. Jednakże też urządzeniem, które spełniało dużo późniejsze kryterium Turinga, dla takiej maszyny jako komputera, możliwym do zaprogramowania. W sposób podobny do pierwszych maszyn tego typu z XX wieku. Otrzymywały one polecenia, czyli przetłumaczone na język maszynowy (w tej dziedzinie dużo zasług ma wspomniana wcześniej Grace Hopper) oprogramowanie, umieszczane na dziurkowanych papierowych kartach lub taśmach.

Dzieło Charlesa Babbage’a nigdy nie nabrało postaci gotowej do rozpoczęcia działania, a mimo to historia zachowała notatki przypisywane Adzie Lovelace, poetce, ale przede wszystkim matematyczce i popularyzatorce nauki.

Dzięki zainteresowaniu projektowi Babbage’a i umiejętności tłumaczenia zawiłości z zasadzie działania Maszyny Analitycznej, wybrana była na osobę promującą w języku angielskim ten wynalazek. Wraz z notatkami do tłumaczenia francuskiego artykułu opisującego Maszynę Analityczną, zachowany jest także zapis pierwszego algorytmu, do obliczania liczb Bernouliego (pomocnych w rozwiązywaniu matematycznych zagadnień) wraz z instrukcją jak należałoby go wdrożyć w przypadku Maszyny Analitycznej.

Schemat obliczeń liczb Bernouliego za pomocą Maszyny Analitycznej

Niezależnie od tego kto tak naprawdę postawił tu kropkę nad i, a kto napisał pierwsze zdanie, Ada Lovelace pomimo bardzo krótkiego, 36-letniego, życia, zapamiętana została jako pierwsza osoba, która podjęła problem tworzenia oprogramowania. Z kolei Grace Hopper, zajmowała się tym problemem (i tu nie ma wątpliwości) już w czasach, gdy istniały urządzenia, które możemy określić już mianem elektronicznego, a nie mechanicznego, komputera.

Data publikacji pierwszych recenzji kart Nvidia GeForce RTX 4090, wybrana prawdopodobnie nieprzypadkowo

Najwydajniejsze obecnie konsumenckie karty Nvidia do sprzedaży trafiły 12 października 2022 roku, a dzień wcześniej zeszło embargo na publikacje i pojawiła się nasza recenzja Nvidia GeForce RTX 4090. Był to drugi wtorek października, który jednocześnie uznawany jest za symboliczne święto Ady Lovelace.

To być może zbieg okoliczności, ale można powiedzieć, że w ten oto sposób udało się połączyć pamięć o kobiecie, którą uznajemy za pierwszą programująca osobę na świecie, z premierą produktu, którego mikroarchitektura nazwana została na jej cześć.

Źródło: inf. własna