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Transistorenanzahl, Chipfläche und Packdichte früherer Spitzen-Grafikchips von AMD & nVidia

Im Zuge der Diskussion, wieviel Hardware nVidia in die angeblich 17 Milliarden Transistoren des GP100-Chips hineinstecken kann und was AMD hier gegenüber bei deren Arctic-Islands-Generation bieten wird, ist ein Blick zurück zu früheren Spitzen-Grafikchips von AMD und nVidia eventuell ganz nützlich. Natürlich gibt es hierbei jeweils größere Sprünge beim Erreichen eines neuen Fertigungsverfahrens – und schaut man ganz weit zurück, dann fällt auch auf, daß die Spitzen-Grafikchips von vor einer Dekade (und älter) keineswegs auf Größenordnung von 500-600mm² Chipfläche kamen. Ob man seinerzeit noch nicht so große Chips (wirtschaftlich) herstellen konnte oder ob es schlicht keine Notwendigkeit zu diesen gab, ist im Nachhinein leider eher schwer zu erruieren:

Grafikchip Fertigung Transistoren Chipfläche Packdichte Spitzenprodukt
Pascal GP100 (Sommer 2016) 16nm 17 Mrd. ? ? ?
GeForce 900 GM200 (März 2015) 28nm 8 Mrd. 601mm² 13,31 MTr/mm² GeForce GTX Titan X
GeForce 600/700 GK110 (Febr. 2013) 28nm 7080 Mill. 551mm² 12,85 MTr/mm² GeForce GTX 780 Ti
GeForce 400 GF100 (März 2010) 40nm 3040 Mill. 526mm² 5,78 MTr/mm² GeForce GTX 480
GT200b (Dez. 2008) 55nm 1400 Mill. 470mm² 2,98 MTr/mm² GeForce GTX 285
GeForce 200 GT200 (Juni 2008) 65nm 1400 Mill. 576mm² 2,43 MTr/mm² GeForce GTX 280
GeForce 9 G92 (Okt. 2007) 65nm 754 Mill. 324mm² 2,33 MTr/mm² GeForce 9800 GTX
GeForce 8 G80 (Nov. 2006) 90nm 681 Mill. 484mm² 1,41 MTr/mm² GeForce 8800 Ultra
G71 (März 2006) 90nm 278 Mill. 196mm² 1,42 MTr/mm² GeForce 7900 GTX
GeForce 7 G70 (Juni 2005) 110nm 303 Mill. 333mm² 0,91 MTr/mm² GeForce 7800 GTX
GeForce 6 NV40 (April 2004) 130nm 222 Mill. 305mm² 0,73 MTr/mm² GeForce 6800 Ultra
GeForce FX NV30 (Jan. 2003) 130nm 125 Mill. ? ? GeForce FX 5800 Ultra

Jene Trennlinie befindet sich bei beiden Grafikchip-Entwicklern bei den ersten DirectX-10-Grafikchips nVidia G80 und ATI R600 aus den Jahren 2006/2007. Davor haben beide Grafikchip-Entwickler ihre jeweils größten Grafikchips nur in Größenordnungen von 280-330mm² Chipfläche herausgebracht – doch danach brach die Zeit der Grafikchips oberhalb von 400mm² an. Bei nVidia wurde ab dem G80-Chip faktisch nichts mehr kleiner als 484mm² (die Ausnahme beim GT200b bestätigt wegen der dort nur genutzten 55nm-Fertigung bei ansonsten unverändertem Grafikchip die Regel), während AMD zuerst auch mit 408mm² beim R600-Chip anfing, dann jedoch nochmals einige mittelgroße Grafikchips auflegte, bis in der 28nm-Generation die Chipfläche dann doch noch auf satte 596mm² beim Fiji-Chip gesteigert wurde.

Grafikchip Fertigung Transistoren Chipfläche Packdichte Spitzenprodukt
Radeon R300 Fiji (Juni 2015) 28nm 8,9 Mrd. 596mm² 14,93 MTr/mm² Radeon R9 Fury X
Radeon R200 Hawaii (Okt. 2013) 28nm 6,2 Mrd. 438mm² 14,16 MTr/mm² Radeon R9 290X
Radeon HD 7000 Tahiti (Dez. 2011) 28nm 4312 Mill. 352mm² 12,25 MTr/mm² Radeon HD 7970 "GHz Edition"
Radeon HD 6000 Cayman (Dez. 2010) 40nm 2640 Mill. 389mm² 6,79 MTr/mm² Radeon HD 6970
Radeon HD 5000 Cypress (Sep. 2009) 40nm 2154 Mill. 334mm² 6,45 MTr/mm² Radeon HD 5870
Radeon HD 4000 RV770 (Juni 2008) 55nm 956 Mill. 256mm² 3,73 MTr/mm² Radeon HD 4870
Radeon HD 3000 RV670 (Nov. 2007) 55nm 666 Mill. 192mm² 3,47 MTr/mm² Radeon HD 3870
Radeon HD 2000 R600 (Mai 2007) 80nm 720 Mill. 408mm² 1,76 MTr/mm² Radeon HD 2900 XT
Radeon X1900 R580 (Jan. 2006) 90nm 384 Mill. 352mm² 1,09 MTr/mm² Radeon X1900 XTX
Radeon X1800 R520 (Okt. 2005) 90nm 321 Mill. 288mm² 1,11 MTr/mm² Radeon X1800 XT-PE
Radeon X800 R420 (Juni 2004) 130nm 160 Mill. 281mm² 0,57 MTr/mm² Radeon X800 XT PE
Radeon 9000 R300 (Aug. 2002) 150nm 107 Mill. 218mm² 0,49 MTr/mm² Radeon 9700 Pro

Bezüglich der reinen Packdichten sind natürlich zuerst die großen Sprünge anhand neuer Fertigungsverfahren augenscheinlich – und dennoch, sobald beide Grafikchip-Entwickler mal wirklich neue Grafikchips unter derselben Fertigung aufgelegt haben, ist immer auch die Packdichte trotz identischer Fertiung nach oben gegangen: Bei nVidia kürzlich zwischen GK110 und GM200 um +3,6%, oder auch früher zwischen G92 und GT200 um +4,3%. Bei AMD waren es kürzlich zwischen Fiji und Hawaii um +5,4%, zwischen Fiji und Tahiti sind es sogar sehr starke +21,9% (bei allerdings deutlich differierender Chipgröße). Die früheren Sprünge bei AMD deuten dann darauf hin, daß letztgenannter Wert eine klare Ausnahme darstellt und daß 3-5% der Normalzustand sind, welchen man im Zuge einer regulären Chipentwicklung herausholen kann. Einen ähnlichen Wert könnte nVidia also durchaus beim kommenden GP100-Chip herausholen – zusätzlich zum regulären Packdichten-Vorteil von TSMCs 16FF+ Fertigung vom Faktor 2.