nVidia überspringt "Volta" im Gaming-Bereich und bringt im Q2/2018 gleich die "Ampere"-Generation

In den letzten Tagen haben sich einige interessante Neuigkeiten zu den näheren Zukunftsplänen von nVidia im Bereich von neuen Gaming-Grafikchips ergeben. Ausgangspunkt des ganzen ist natürlich, das es zwar die Volta-Architektur für HPC-Bedürfnisse gibt, die entsprechenden Gaming-Chips bislang jedoch nicht erschienen sind, laut einer kürzlichen Meldung [1] sogar auf das zweite Quartal 2018 (oder später) verschoben wurden. Interessanterweise soll in der hierzu erspähten internen Roadmap nicht mehr der Eintrag "Volta" an dieser terminlichen Stelle gestanden haben, sondern einfach nur noch "Gen. 4" – was nunmehr plötzlich eine neue Bedeutung bekommt. Denn zuerst berichteten Heise [2] kürzlich darüber, das der Nachfolger der aktuellen Pascal [3]-Grafikkarten unter dem Codenamen "Ampere" laufen sollen. Eine klare Bestätigung dessen findet sich nunmehr in unserem Forum mittels zweier Posts durch (wieder einmal) Igor Wallossek von Tom's Hardware [4]:

Augenscheinlich lag Igor hierzu mal wieder eine neue interne Roadmap vor, in welcher nun nicht mehr "Gen. 4", sondern eben "Ampere" steht – und dies inzwischen fest für das zweite Quartal 2018. Dies bedeutet eine erhebliche Umgestaltung von nVidias Plänen, in welchen die Volta-basierten Gaming-Chips GV102, GV104 und GV106 (sowie eventuell weitere) sicherlich einstmals fest eingeplant waren – und nun zugunsten der nachfolgenden Generation fallengelassen werden. Woran dies liegt, ist unklar – denkbar wäre am ehesten noch, das man sich bezüglich der Fertigungstechnologie verschätzt hat und die eigentlich für Volta gedachte 10nm-Fertigung einfach zu spät für große Grafikchips spruchreif wird. Beim auf jeden Fall zu bringenden HPC-Chip GV100 [7] hat man daher notgedrungen auf die 12nm-Fertigung zurückgegriffen, welche allerdings auch mit 815mm² Chipfläche einen ungewöhnlich großen Chip hervorbrachte. Diese extreme Chipfläche darf man durchaus als gewissen Hinweis darauf werten, das nVidia den GV100 eigentlich in der 10nm-Fertigung geplant hatte – denn in dieser würde derselbe Chip wohl ~500-550mm² groß werden. Und womöglich musste der GV100-Chip in seiner Endform wegen der Limitationen der 12nm-Fertigung sogar etwas abspeckt werden, die Nichterfüllung einiger früher Performance-Versprechen [8] deutet in diese Richtung.

Für die Gaming-Chips in der 12nm-Fertigung ist der Druck zwar geringer, da man mit diesen (zumeist) nicht in derart flächenmäßige Grenzbereiche geht. Dafür aber bedeutet eine höhere Performance unter der 12nm-Fertigung immer auch eine größere Chipfläche, da die 12nm-Fertigung diesbezüglich nur kleine Vorteile gegenüber der 16nm-Fertigung aufweist (laut TSMC 20% geringerer Flächenbedarf bei 10% Mehrtakt oder 25% weniger Stromverbrauch gegenüber dem 16FF). Entweder würde nVidia mit Gamingchips in der 12nm-Fertigung also eher nur unterdurchschnittliche Performance-Zuwächse bieten können – dies könnte man mit geringfügig größeren Chipfläche und etwa den gleichen Leistungsaufnahmen durchaus realisieren. Oder aber nVidia würde Gamingchips in der 12nm-Fertigung wesentlich größer machen müssen, was dann wenigstens einen mittelhohen Performance-Schub zu Folge hätte – dies allerdings zu höheren Kosten und vor allem zu einem höheren Strombedarf. Wie so etwas aussehen kann, wurde in einem früheren Spekulations-Artikel [9] bereits erschöpfend dargelegt.

Eine Performance-Verdopplung oder auch nur die Nähe davon ist mit der 12nm-Fertigung jedoch nicht zu erreichen – dafür müssten die Grafikchips zu groß und zu teuer werden, speziell der GV102/GA102 würde damit dann auch an fertigungstechnische Grenzen stoßen (der GV100-Chip mit seinen 815mm² konnte überhaupt nur mittels teurer Sonderverfahren hergestellt werden). Vor allem aber geht mit einer zusätzlichen Performance unter der 12nm-Fertigung immer auch ein zusätzlicher Strombedarf einher – wirklich schnelle 12nm-Chips würde man also nur unter dem Verzicht auf die bislang von nVidia bekannte erstklassige Energieeffizienz und (relativ) niedrigen Stromverbrauchswerte erreichen können. Hieran dürfte wohl der Knackpunkt gelegen haben, wieso nVidia von diesem Pfad dann doch wieder Abstand genommen hat: Mit der 12nm-Fertigung für Gaming-Chips gibt es entweder nur einen geringen Performance-Zuwachs, welcher allgemein nicht so toll angekommen wäre – oder aber nVidia müsste sich einen großen Performance-Zuwachs mit erheblichen Mehrkosten und dem Verzicht auf die bekannte Energieeffizienz erkaufen, was genauso auch bemängelt worden wäre.

So oder so ist die Zwischenlösung der 12nm-Fertigung nicht gut auf neue Grafikchips zu adaptieren, war im Endeffekt wohl nur für den GV100-Chip ein notwendiges Übel zur Erfüllung der eigenen HPC-Pläne bzw. diesbezüglicher Verpflichtungen. Für neue nVidia-Grafikchips nach der Pascal-Generation brauchte man eigentlich immer einen neuen echten Fertigungs-Fullnode – mit allem anderen wären entweder die Performance- oder die Stromverbrauchs-Anforderungen nicht zu erfüllen. Zudem deutet die gewisse Verspätung einer neuen Grafikchip-Generation bei nVidia (die Zeitspanne von bislang 18 Monaten und voraussichtlich insgesamt ~24 Monaten nach Release der aktuellen Generation ist für nVidia vergleichsweise sehr lang [10]) durchaus darauf hin, das man auf etwas wartet, was erst zu einem gewissen Zeitpunkt spruchreif wird – wie die 10nm-Fertigung für große Grafikchips. Für Smartphone-SoCs ist jene bereits seit Frühling 2017 in der Massenfertigung, aber üblicherweise werden die ersten Monaten exklusiv für Großaufträge seitens Apple und Samung blockiert und nachfolgend muß die neue Fertigung auch erst einmal derart reifen, das die viel größeren Grafikchips zu einer sinnvollen Produktionsausbeute hergestellt werden können. Ein Jahr später als die ersten entsprechenden SoCs ist hierbei eine Faustregel, welche sich in den letzten Jahren gut bewährt hat – und nun im Fall der 10nm-Fertigung von TSMC sehr gut zum zweiten Quartal 2018 passt.

Lange Rede, kurzer Sinn: Aufgrund dieser Umstände erwarten wir die Ampere-Generation bereits in der 10nm-Fertigung von TSMC. Nach dieser (für nVidia) langen Wartephase zwischen zwei Grafikkarten-Generation sowie aufgrund der auch schon früher [11] in Richtung Frühling/Sommer 2018 prognostizierten Verfügbarkeit dieses Fertigungsverfahrens würde alles andere wirklich überraschen. Vor allem würde die Verwendung der 12nm-Fertigung im Frühling/Sommer 2018 kaum noch einen Sinn ergeben, sofern die 10nm-Fertigung nachfolgend zeitnah spruchreif würde – nVidia kann (wie vorstehend dargelegt) mit der 12nm-Fertigung gar nicht so viel Performance bringen, wie man eigentlich gern bringen wollte. Mit der Ampere-Generation in der 10nm-Fertigung ist hingegen der allgemein übliche Performance-Boost von nahezu dem Doppelten möglich. Wie konkret nVidia dies beim (vermutlichen) HPC-Chip GA100 sowie den (vermutlichen) Gaming-Chips GA102, GA104, GA106, GA107 & GA108 erreicht, ist noch unbekannt und steht daher im Feld der Spekulationen [12]. Denkbar ist hierzu von größeren Architektur-Änderungen über pur mehr Hardware-Einheiten bis hin zu (noch) höheren Taktraten derzeit noch alles.