NVIDIA, ya que de momento no ataca a su propia línea de productos de gama alta, no habla demasiado del rendimiento puro de su nueva arquitectura y se centra en hablar del rendimiento por vatio y las grandes mejoras introducidas en este aspecto con Maxwell y la verdad es que esperamos notarlo en el banco de pruebas, aunque no va a ser fácil al no disponer de una VGA similar con arquitectura Kepler.
NVIDIA dice que tan pronto como terminaron el desarrollo de la arquitectura Kepler sus ingenieros vieron la oportunidad de mejorar notablemente la eficiencia energética de dicha arquitectura y se centraron en Maxwell con esta premisa. La verdad es que Kepler ya era muy eficiente, como mínimo comparado con la competencia, pero parece que NVIDIA quiere distanciarse aún más es este aspecto y todo ello sin cambiar de proceso de fabricación, lo que implica que la mayoría de ahorro energético se debe a una mejor organización interna del chip, aunque la madurez de la actual producción a 28 nm de TSMC también ayuda en una pequeña parte, sobre todo en lo que a fugas de energía se refiere.
La clave del ahorro energético de Maxwell está en el rediseño de los Streming Multiprocessors o SMs. Así la nueva arquitectura tiene mejoras en los siguientes campos: "Control logic partitioning, workload balancing, clock-gating granularity, compiler-based scheduling, number of instructions issued per clock cycle, and many other enhancements". NVIDIA ha bautizado los SMs de Maxwell como SMM en vez de SMX de Kepler. Os dejamos con el esquema de un SM de Maxwell:
Ahora con apenas un 25% más de espacio NVIDIA ha logrado pasar de 2 a 5 SMs, tal y como podéis ver en la siguiente imagen comparativa entre el chip GK107 y el GM107. Eso sí, cabe mencionar que los SMX de Kepler incorporaban 192 Stream Processors y los SMM de Maxwell 128, con todo el paso de GK107 a GM107 implica pasar de 384 Stream Processors a 640, un gran salto:
Esquema del chip GM107 (Maxwell)
Esquema del chip GK107 (Kepler)
Otro motivo del incremento de rendimiento y eficiencia está en la inclusión de una caché L2 mucho más grande que en Kepler, pasando, en el caso de GM107 respecto a GK107 de 256 KB a 2.048 KB. Una caché más grande y mejor organizada ayuda a consumir menos, ya que se hacen menos peticiones a la memoria y por lo tanto menos camino a recorrer por las señales eléctricas.
NVIDIA también ha revisado todos los aspectos de cada apartado de su chip para aumentar la eficiencia energética, así NVIDIA asegura que Maxwell puede llegar a ser el doble de eficiente que Kepler incluso utilizando el mismo proceso de fabricación.
Otros aspectos que no podemos olvidar son el controlador de memoria, en este caso doble y por lo tanto de 2 x 64 bits que implica una tarjeta de 128 bits con memoria GDDR5. NVIDIA nos pone una tabla comparativa entre esta generación y la anterior:
NVIDIA igualmente asegura que el principal motivo de la mejor eficiencia de Maxwell está en la arquitectura de su Streaming Multiprocessor bautizado como SMM, el cual es capaz de ofrecer hasta un 35% más de rendimiento por cada Stream Processor en situaciones limitadas por la cantidad de shaders. Para conseguir esto se han tenido que realizar grandes cambios y muchos de los algoritmos y arquitectura del planificador (scheduler) se han tenido que rehacer o reorganizar para evitar atascos innecesarios y evitar consumos absurdos sin hacer nada productivo.
Dentro de cada Stream Multiprocesor ahora vemos que hay una separación en cuatro partes, cada una con su propio buffer, su planificador y 32 Stream Processors, todo ello para intentar que todas las partes tengan trabajo y reducir la latencia de trabajo. También mencionan que cada par de bloques de proceso comparten cuatro unidades de texturas y caché de texturas, la caché L1 también es capaz de realizar funciones de caché de texturas y la memoria compartida es una unidad por separado y compartida por los cuatro bloques.
NVIDIA concluye que cada SM es significativamente más pequeño que el SM de Kepler, pero con un 90% de su rendimiento lo que le permite que respecto a Kepler, Maxwell tenga un 25% más de rendimiento con texturas, 1,7 veces más Stream Processors y 2,3 veces más rendimiento con shaders.
Otra inclusión o mejora de Maxwell y que no está dentro de su SM es que ahora la codificación/descodificación de vídeo ya no irá a cargo de los Stream Processors sino que tiene una unidad dedicada a ello, un codificador llamado NVENC, el cual comportará importantes mejoras en el codificado de contenido H.264 con un consumo energético menor. Este NVENC también será el responsable de mejorar el rendimiento de la tecnología NVIDIA ShadoPlay que graba nuestras sesiones de juego. NVENC puede ser hasta el doble de rápido codificando que Kepler y hasta 8-10 veces más rápido descodificando.
Finalmente NVIDIA ha introducido un nuevo estado de ahorro de energía en su núcleo gráfico llamado GC5 pensado para cargas de trabajo pequeñas, como la reproducción de vídeo, por lo que en estos casos sus Maxwell deberían ahorrar mucha energía.
NVIDIA concluye que han mejorado el rendimiento a la vez que han reducido el gasto de energía innecesaria, han unido los SMs en grupos de 4 con sus propios recursos, han incrementado la cantidad de caché L2, todo ello pensado para que los SMM sean utilizados más a menudo y por lo tanto su rendimiento pueda ser de 1,7 veces mayor que el rendimiento de Kepler. Todo ello con un TDP de apenas 60 W.
