Экскурсия по лабораториям NVIDIA в Санта-Кларе

Знаете ли вы, что кристалл GPU можно сточить слой за слоем и проверить работу отдельного транзистора из миллиардов? А хотите увидеть, как тестируют новые архитектуры GPU на циклопических аппаратных эмуляторах? Наш корреспондент побывал в недрах штаб-квартиры NVIDIA в Санта-Кларе и запечатлел все самое интересное
В этом году на конференции GTC (GPU Technology Conference), которую NVIDIA проводит весной в Сан-Хосе (штат Калифорния), для журналистов провели экскурсию по штаб-квартире компании, расположенной в соседней Санта-Кларе.

Санта-Клара – один из городов Кремниевой долины

NVIDIA занимает большое владение, застроенное несколькими двух-трехэтажными корпусами, в которых размещаются офисы и лаборатории. Само место очень красивое и ухоженное: аккуратно подстриженные кусты, цветущие вишневые деревья. Пруд, заметный на одной из фотографий, сейчас осушен для технического обслуживания, но, когда есть вода, туда прилетают утки.

Экскурсия по кампусу начинается с экспозиции наград и сувениров, полученных NVIDIA от партнеров. Среди прочих там есть гитара Gibson, подаренная AMD еще до того, как последняя купила ATI и стала прямым конкурентом NVIDIA. На ней, судя по всему, никто никогда не играл.

Машину на фото ниже построили специально для научно-популярного телешоу Myth Busters — для демонстрации принципа параллельных вычислений. Машина одновременно выпускает сотни пейнтбольных шариков, чтобы в мгновение ока создать изображение Джоконды. Впрочем, подобно Царь-пушке, стреляла машина, наверное, всего один раз – при съемке шоу (если не считать предшествующих испытаний).

 

А вот некоторые из патентов, зарегистрированных NVIDIA. Всего у компании имеется более семи тысяч патентов.
 
Cнимки различных графических процессоров висят на стене. Наш гид указывает на NV10 (GeForce 256) – первый чип, для которого NVIDIA использовала термин GPU.

Перемещаемся в лабораторию анализа отказов (Failure Analysis Lab), где, собственно, исследуют причины выхода из строя кристаллов GPU. Инженер держит в руках чип GK210 (используется в ускорителях вычислений Tesla).

Рядом — целая коробка дефектных GK210 и плата на базе GK210 для суперкомпьютера Cray.

 

 

На фото ниже — плата видеоадаптера GeForce GTX 590 и россыпь чипов Tegra. Зачем у видеокарты спилили разъем PCIe — непонятно.

 

В современных процессорах выводы обращены к подложке (корпусировка FCPGA/FCBGA), но до этого они были сверху, и для соединения с контактными штырьками подложки к ним припаивались золотые проводники. Производить такие чипы было сложнее, а вот тестировать — намного проще.

Один из способов исследования микросхем — рентгеноскопия. Вот трехмерная рентгенограмма металлических контактов в подложке GPU и шариков припоя, которые соединяют его с печатной платой.

Наиболее часто в лаборатории встречается другой исследовательский прибор — микроскоп. Здесь используются микроскопы, действующие как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне. Последние позволяют с высокой точностью регистрировать распределение тепла по компонентам GPU.

Ребята на снимке ниже слой за слоем с помощью тончайшего абразива стачивают кристалл микросхемы. Пресловутый GK210 имеет невообразимые десять слоев, а методика, в сущности, такая же, как когда-то использовалась для реверс-инжиниринга первых CPU Intel компаниями, которые не гнушались выпускать их нелицензированные клоны.

Иногда все наоборот — чип разрезают перпендикулярно плоскости подложки, чтобы затем исследовать под микроскопом.

В глубине лаборатории появляются баснословно дорогие приборы, выполняющие активное тестирование компонентов GPU. Эта многомиллионная установка предназначена для проверки отдельных транзисторов под электронным микроскопом.

Тестер, который за несколько секунд проверят работоспособность всех транзисторов кристалла под нагрузкой. NVIDIA выпускает 10 миллионов GPU в месяц, поэтому охотно тратит несколько миллионов долларов, чтобы сократить брак хотя бы на доли процента.

Система для оптического поиска закоротивших транзисторов оснащена точно такой же камерой, какая установлена на телескопе Hubble. Дефект выглядит сияющей точкой в инфракрасном диапазоне. Для охлаждения установки требуется бак с жидким азотом.

 

Говорят, что эти двое тестируют новый, еще не представленный продукт NVIDIA. Неискушенный посетитель все равно ничего не разберет на экранах.

Самая дорогая часть кампуса – лаборатория эмуляции GPU. Здесь используются массивные машины производства Cadence с микросхемами, изготовленными специально для этой цели. Они охлаждаются водой, поступающей и уходящей за пределы комнаты по трубам и шлангам. Наверное, по этой причине кластеры эмуляторов названы именами известных рек, среди которых есть и наша Волга.

Эмулятор соединяется кабелем с платой расширения PCIe, которую компьютер воспринимает как обычную видеокарту.

Тестирование производительности выполняется на обычных ПК при помощи специального ПО. Несмотря на колоссальные размеры и стоимость эмуляторов, по сравнению с реальными GPU они работают чрезвычайно медленно. Зато полностью отпадает необходимость в подобных исследованиях на базе реальных микросхем — все нюансы новой архитектуры известны наперед.

Это полутемное помещение, наполненное мощными компьютерами, — лаборатория технического маркетинга, где проходит обкатка новых продуктов NVIDIA, готовых выйти на рынок. Видеокарты здесь тестируют примерно таким же образом, как тестируем мы в лаборатории 3DNews. Да и обстановка знакомая: завалы «железа», игровые постеры, электрогитара на диване.

А вообще это место похоже на большую детскую комнату, полную пластиковых танков, фигурок монстров и героев, резиновых мечей и прочего. Не это ли работа мечты?

Тестировщики особо гордятся старейшим устройством в лаборатории: холодильником, обклеенным постерами с феей и русалкой – персонажами из интерактивных демо GeForce FX и GeForce 6000.

Вот так выглядят будни технических специалистов NVIDIA, непосредственно занимающихся разработкой и тестированием ускорителей, на которых мы играем в игры, а кто-то – занимается дизайном или выполняет вычисления для исследовательских и промышленных задач. Скоро мы опубликуем репортаж непосредственно с GTC 2015 — там будет меньше русалок, больше новостей, но, главное, все равно будет интересно.