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15年FP64细分历程,以及Blackwell Ultra为何打破常规 -- 15 years of FP64 segmentation, and why the Blackwell Ultra breaks the pattern

文章摘要

文章回顾了15年来Nvidia消费级GPU中FP64性能被刻意限制的历史,指出RTX 5090的FP64性能仅为FP32的1/64。这种人为制造的消费级与专业级芯片差距正在被AI热潮打破,Blackwell Ultra架构的出现标志着这一传统模式的终结。

文章总结

十五年FP64性能分化史:Blackwell Ultra为何打破传统模式

消费级GPU的FP64性能退化现象

自2010年Fermi架构问世以来,Nvidia消费级GPU的双精度浮点(FP64)与单精度浮点(FP32)性能比持续恶化。Fermi时代,GF100芯片同时用于GeForce和Tesla产品线,硬件支持1:2的FP64:FP32性能比,但消费级显卡被驱动程序限制为1:8。此后,这种分化逐渐从软件限制转变为硬件差异:

  • 2012年Kepler架构降至1:24
  • 2014年进一步降至1:32
  • 2020年Ampere架构达到1:64的峰值分化

在15年间(2010-2025),消费级GPU的FP64性能仅提升9.65倍(0.17→1.64 TFLOPS),而FP32性能暴增77.63倍(1.35→104.8 TFLOPS)。

市场分割策略的商业逻辑

Nvidia刻意削弱消费级FP64性能的核心动机是市场细分: - 消费级需求:游戏、3D渲染、视频编辑等场景几乎无需FP64 - 企业级需求:计算流体力学、气候建模、量化金融等领域依赖FP64的数值稳定性

通过FP64性能划分产品线,企业级GPU(如Tesla/A100系列)得以维持5-20倍的溢价,同时享有ECC内存、NVLink等技术加持。Nvidia在Ampere白皮书中直言:"少量FP64硬件单元仅用于确保兼容性"。

AI革命与市场逻辑重构

人工智能的兴起改变了游戏规则: - 训练任务主要使用FP32及更低精度(FP16/BF16/FP8/FP4) - 消费级显卡(如RTX 4090)展现出惊人的AI算力性价比 - 2017年Nvidia修改EULA禁止消费卡用于数据中心,试图用法律手段替代技术区隔

FP64模拟技术的新突破

当硬件FP64不足时,开发者可采用两种模拟方案: 1. 双浮点算法(1971年Dekker提出):
将64位数拆分为高/低两个32位浮点数(ahi + alo),牺牲5位精度换取更高吞吐量。

  1. Ozaki方案(2011年提出):
    专为矩阵乘法设计,将FP64拆解为多个FP8片段,利用张量核心加速运算。Nvidia已在2025年将其集成至cuBLAS库。

Blackwell Ultra的范式转变

最新企业级GPU B300(Blackwell Ultra架构)标志着战略转向: - FP64:FP32比从1:2骤降至1:64
- 绝对FP64性能从B200的37 TFLOPS降至1.2 TFLOPS
- 资源向FP8/FP4张量核心倾斜,直接服务AI需求

Nvidia虽声明不会放弃硬件FP64,但市场分割标准正在转移——未来可能以FP16:FP32比例(RTX 5090为1:1,B200为16:1)作为新的分水岭。

(注:本文保留核心数据图表和关键技术细节,删减了部分引用链接和次要背景说明)

评论总结

评论总结

1. NVIDIA的成功源于灵活应对市场变化(评论1)

  • 主要观点:NVIDIA的成功源于对新兴需求(如GPGPU、CUDA、加密货币、ML)的快速响应,虽然存在战略调整的阵痛期
  • 关键引用:
    • "Programmable shaders... spawned the whole GPGPU concept"
    • "NVIDIA has been very lucky... but have also done a great job of reacting to new workloads"

2. FP64性能限制的监管因素(评论2,4)

  • 主要观点:FP64限制源于美国政府核武器研究管制(评论2),同时FP64单元成本显著高于FP32(评论4)
  • 关键引用:
    • "Past a certain threshold... subject to more regulation"(评论2)
    • "FP64 units are ~2-4x bigger... huge amount of area"(评论4)

3. 市场细分争议(评论3,5,6)

  • 主要观点:
    • 批评方:AMD Radeon VII证明消费级GPU可实现高FP64性能(评论3),NVIDIA数据中心限制不合理(评论5)
    • 支持方:NVIDIA只是满足市场需求,非阴谋论(评论6)
  • 关键引用:
    • "AMD forgot about the segmentation scam"(评论3)
    • "delivering exactly what the consumer wants"(评论6)

4. 技术细节披露(评论7)

  • 主要内容:泄露TensorRT内部编译器Myelin的576个源代码文件路径,涉及Blackwell架构等机密信息
  • 关键引用:
    • "Total: 576 source file paths leaked"
    • "CASK 6 = Blackwell"等架构代号

5. 情感表达(评论8)

  • 简单表态:既希望NVIDIA衰落,又投资其成功
  • 关键引用:无实质论据