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Fermi (GT300): Nvidias DirectX-11-Antwort auf den Radeon HD 5870

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22:00 - 30. September 2009 von Uwe Scheffel, Thomas Kretschmann

Nvidias neueste GPU trägt den Codenamen Fermi und verfügt über drei Milliarden Transistoren. Der Grafikchip-Hersteller hat die Architektur des 40-Nanometer-Chip heute vorgestellt.

Eigentlich will Nvidia gar nicht hören, dass die Presse den Nachfolger des GT200-Chips konsequenterweise GT300 tauft. Verständlich ist das schon, denn der Hersteller hat sich entschlossen, das ehemalige Core-Design komplett zu überarbeiten. Der Chip hat den Namen GT300 also nicht verdient, sondern irgendeinen anderen. Der steht dummerweise noch nicht fest. Bis dato spielt ATi seinen DirectX-11-Vorsprung grinsend aus, denn heute wird von Nvidia nur ein Papiertiger vorgestellt, aber kein echtes Produkt.

»Fermi« hat Nvidia die neue GPU vorerst benannt, nach einem der bedeutendsten Kernphysiker des 20. Jahrhunderts, Enrico Fermi. Die GPU hat es in sich: Sie ist in 40-Nanometer-Fertigung hergestellt und verfügt über drei Milliarden Transistoren -- also deutlich mehr als die 2,15 Milliarden des AMD/ATI Radeon HD 5870 (Cypress/RV8xx) und die 2,05 Milliarden des Intel Tukwila. Kompatibel ist die Architektur mit DirectX 11, OpenGL 3.1, OpenCL 1.1 und Cuda 3.0.

512 Shader-Einheiten bietet der Chip, die Nvidia nun in »CUDA Cores« umbenannt hat. Diese Kerne sind aufgeteilt auf 16 Streaming-Prozessoren, so genannte Cluster mit je 32 Cores. Das Speicherinterface ist 384 Bit breit (6 x 64-Bit-Speichercontroller). Fermi unterstützt erstmals GDDR5-Speicher und kann bis zu 6 GByte Grafikspeicher adressieren.

Am ungewöhnlichsten ist jedoch, dass Nvidia diesmal nicht dem Hase-und-Igel-Spiel mit ATi folgt. Während die rot gefärbte, kanadische ATI-Marketing-Maschine ausspielt, dass Nvidia seinen DirectX-11-Chip nur auf dem Papier zu bieten hat und ATi bereits mit echten Produkten aufwarten kann, wirken die Produktmanager des grünen Kalifoniers relativ relaxed. Ferner stellt Nvidia die Ordnung der Produkteinführung auf den Kopf. Seit mehr als 10 Jahren profitierte die Masse der Spieler mit preisgünstigen GeForce-Varianten zuerst. Nunmehr wird der Chip anfangs im teuren Profi-Segment der Quadro-Workstation und Tesla-Anwender eingeführt, erst danach dürfen Spieler mit mit ihren billigen Produkten rechnen.

Eine gewisse Art der Verunsicherung setzt sich bei einem solchen Szenario selbst bei hart-gesottenen THG-Redakteuren ein. Anscheinend muss sich Nvidia seiner Sache wirklich sicher sein, um einen solchen Schritt zu wagen. Grund genug, dass der GPU-Hersteller ATi nervös wird? Kann es sich Nvidia wirklich leisten, mit der Markteinführung zu warten und neben ATi auch noch dem CPU-Hersteller Intel einen vor den Bug zu schießen? Immerhin ist diese "Computational GPU" nicht nur ein Grafikchip im klassischen Sinne sondern verfügt auch über viele CPU-Funktionen, die besonders für den Supercomputing-Bereich geeignet sind.

Nvidia-CEO Jen-Hsung Huang zeigt einen Prototyp der Fermi-KarteTesla-Grafikkarte mit Fermi-Grafikchip

Nvidias Fermi-Spezifikationen im Überblick

Streaming Multiprocessor (SM) der dritten Generation

● 32 CUDA-Kerne pro Streaming Multiprozessor (SM), 4x mehr als GT200
● bei den Spitzenwerten 8 Mal schneller als der GT200 im Bereich der Double Precision Fließkomma-Performance
● Dual Warp Scheduler für 2 Warps mit je 32 Threads pro Taktzyklus
● 64 KB RAM mit frei konfigurierbaren Shared Memory und  L1 Cache

Parallele Thread-Ausführung ISA der zweiten Generation

● Einheitlicher Adressraum mit voller C++ Unterstützung
● optimiert für OpenCL und DirectCompute
● Konform nach IEEE 754-2008 mit voller 32-Bit und 64-Bit-Genauigkeit
● Verbesserte Performance durch Vorhersage

Verbessertes Speicher-Subsystem

● Parallele Datencache-Hierachie mit konfigurierbaren L1- und vereinheitlichten L2-Cache
● Erste GPU mit ECC-Speicherunterstützung
● Deutlich verbesserte Atomic Memory Operation Performance

NVIDIA GigaThread Engine

● 10 Mal schnelleres kontextabhängige Applikationsumschaltung
● Gleichzeitige Kernel-Ausführung
● unabhängige, blockweise Ausführung von Threads
● zwei überlappende Engines für die Datenübertragung

Vorstellung des Nvidia Fermi-Chip (GT300)

GPU G80 GT200 Fermi
Transistorzahl 681 Millionen 1.4 Milliarden 3.0 Milliarden
CUDA-Kerne 128 240 512
Fließkommafähigkeit mit doppelter Genauigkeit keine 30 FMA Operationen / Takt 256 FMA Operationen / Takt
Fließkommafähigkeit mit einfacher Genauigkeit 128 MAD Operationen / Takt 240 MAD Operationen / Takt 512 MAD Operationen / Takt
WARP Schedulers / SM 1 1 2
Besondere Funktionseinheiten (SFUs) /SM 2 2 4
Gemeinsam genutzter Speicher / SM 16 KB 16 KB Konfigurierbar 48 KB oder 16 KB
L1-Cache keiner keiner Konfigurierbar 16 KB oder 48 KB
L2-Cache keiner keiner 768 KB
ECC-Speicherunterstützung keine keine vorhanden
Unabhängig voneinander arbeitende Kernels keine keine Maximal 16

Erste Prototypen des GT300/Fermi wurden im Rahmen des Tapeouts erst Mitte Juli hergestellt. Bei den vorangegangenen Chips benötigte Nvidia meist 6 Monate, bis die Serienfertigung begann. Folgt man diesem Muster, dürfte das Weihnachtsgeschäft nicht mehr zu schaffen sein. Kommt Nvidia erst am Jahresanfang 2010 mit dem Chip heraus, hätte AMD/ATi ein großes Zeitfenster für seine Chips gewonnen.

Quelle: Nvidia

Kommentare zum Beitrag
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zeromaster 30/09/2009 21:42
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SSense 30/09/2009 21:58
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crogge 30/09/2009 22:13
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-5+

Das ist Power vom feinsten, wer halbwegs versteht was dort geschrieben ist dann sollte derjenige wissen was für ein großer Schritt dies in der Grafikkarten Technologie ist!

Gute Arbeit Nvidia, auch für CUDA wird dies eine Interessante Grafikkarte und könnte auch Programme um einen sehr hohen Faktor beschleunigen.

Derfnam 30/09/2009 22:18
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Sorcer 30/09/2009 22:28
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-1+

Hoffe bis Ende Dezember ist es so weit!
Und bis Februar erhoff ich mir, dass der Preis der ATI's und dieser GraKa's nach unten korrigiert.
Will nicht wissen, was die neuen Nvidias kosten werden. %-|

Levi88 30/09/2009 22:34
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-3+

Eine Graka mit L1 / L2 Cache.. WTF
Man ist das ein Bolide.

Ich bin aber mal sehr gespannt drauf, wieviel davon sich wie auf die Gamingleistung auswirkt.
Das das ganze sehr gut für CUDA ist, muss man wohl nicht schreiben..

Ich bin gespannt.. und hoffe das das Teil nicht einen kleinen Atomreaktor neben dem PC braucht ;).

onwed 30/09/2009 22:38
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-1+

Das erklärt auch NVidia's Aussage zur Performanceentwicklung von GPU's in den nächsten Jahren, da können CPU's bei weitem nicht mithalten !!
Warten wir mal ab wie sich die Karte in Spielen schlägt (CPU's sind dort oft der Flaschenhals).
Für sonstige Anwendungen wie Bildbearbeitung, CAD, Videoschnitt, Konvertierungen und sonstige Berechnungen ist die Karte sicherlich der Hammer. Da kann muss man wirklich den Hut ziehen und Respekt zollen.

miserable one 30/09/2009 22:45
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-6+

"Ich bin gespannt.. und hoffe das das Teil nicht einen kleinen Atomreaktor neben dem PC braucht ;)."

och ich kauf einfach 200 hamster un entsprechende räder ;)

alter falter....na wenn die mal noch im bereich des kaufbaren sein sollte...
wüsst ich schon worauf ich mich die nächste zeit durchweg freuen kann^^
ps will mir jemand an die 500 euro schenken^^ :X

miserable one 30/09/2009 22:45
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Jokerman 30/09/2009 23:49
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-0+

Laut Heise ist es frühstens 2010 so weit.

kaan 01/10/2009 00:14
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-0+

Ich kauf zwar immer AMD/ATI Karten (Preisleistung)
aber wenn ich mir die Technischen Daten anschaue find ich es schade das Nvidia keine Lizenz hat um CPUs Herzustellen.

Jokerman 01/10/2009 01:16
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-1+

So schnell wie das im Moment mit Open CL und Cuda voran geht, da könnte ich mir schon fast vorstellen, dass man 2011 mit GPU rendert.
Etwa wie Sony Pictures: Link

phobos 01/10/2009 03:33
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-4+

Alles nur spekulation,
Bis da kein fertiges Produkt am Tisch liegt kann man kaum sagen was die Karte wirklich kann.

Aber irgednwas haben die Jungs liefern müssen auch wenns nur ne Zeichnung ist :)

Denken 01/10/2009 07:51
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-6+

Wäre schön, wenn die Teile mal insgesamt deutlich leiser und stromsparender würden.

rakyr 01/10/2009 08:42
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-4+

Man muss ja nichtmal unbedingt verstehen was da steht, wenn man einfach in der Tabelle Fermi mit dem aktuellen GT200 vergleicht sieht man ja schon dass alles mindestens doppelt so gut wird - zumindest auf dem Papier.

Bin gespannt was da kommt und hoffentlich kann AMD da irgendwie mithalten. Konkurenz belebt das Geschäft.

avaka 01/10/2009 09:08
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-3+

Wollen wir mal hoffen, dass sich Nvidia mit so einem Monster nicht verhebt wie AMD seinerzeit mit dem PhenomI, der ja auf Biegen und Brechen ein natives Quadcoredesign haben musste.
Im Desktopsegment kann der Grüne es ja auch gemütlich angehen lassen. Die GT200 Karten werden von ATI nicht deklassiert sondern sind nur ein paar Prozentpunkte hinten dran. DX11 interssiert sowieso erstmal keinen wirklich.

airwalker 01/10/2009 10:00
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-0+

Stimmt. und bis DX11 wirklich in Spielen verwendung findet, vergehen noch einige Monate..
Mit dem Schritt zuerst die OpenGL-Workstation und Tesla-Anwender zu bedienen umschiffen sie ziemlich gut die Lieferschwierigkeiten zu beginn und ggf kann in der zeit auch noch a bisl nachgebessert werden.

bluray 01/10/2009 10:50
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-1+

Die Architektur hört sich durchaus sehr interessant an. Allerdings dürfte dieser Chip auch wieder enorm Leistung verbraten, da 3(!) Mrd. Transistoren am Werkeln sind. Beim Radeon 5x sind's ca. 1,5 Mrd. und die Karten haben einen nur leicht verminderten Stromhunger, verglichen zu ihren Vorgängern...

Bleibt abzuwarten, wenn die ersten Realtests mit den Chips herauskommen. Bloss weil auf dem Papier bis zuu 20fache Leistung steht, heisst es noch lange nicht, dass bestehende Software auch in der Lage ist, diese Leistungsreserven sinnvoll auszulasten.

Auch bei Spielen hat sich gezeigt, dass eine Quadro FX5500 nicht viel schneller ist als ein GTX295, was durchaus daran liegen könnte, dass die Quadro FX ein anderes Einsatzgebiet hat...

Aber es tut gut, zu wissen, dass NVidia nicht schläft und auch am Entwickeln ist. Wir dürfen also gespannt einem Grafikkarten-Jahreswechsel entgegenblicken! das Weihnachtsgeschäft könnte demnach interessant werden!

bluray 01/10/2009 10:53
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-0+

Korrektur meines Eintrags: die Radeon 5x-Chips haben ca 2.2 Mrd Transistoren...

senfabgeber 01/10/2009 11:25
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-1+

Nvidia hat mit dem G80 seinerzeit eine komplette Neuentwicklung auf dem Markt geworfen die es in sich hatte. Mit leichten Design-Änderungen und Effizienzoptimierungen bauten 2 Nachfolge-Generationen darauf auf die nicht wirklich viel an zusätzlichen Entwicklungs-Resourcen verschlungen haben. Stattdessen hat man sich gleich nach der Fertigstellung des G80 an die Entwicklung des Fermi (GT300) gemacht und das GPU-Monster dürfte einen Reifeprozess erfahren haben der die Vorstellung des G80 von damals verblassen lässt. Jokerman hat einen guten Hinweis gegeben - Rendering mit der GPU und nicht mehr mit der CPU - da steck eine ganze Industrie dahinter und Zeit ist bekanntlich Geld. Wenn 1 Renderingeinheit mit Fermi GPU 2 oder 3 herkömmliche rein CPU basierte Systeme zum gleichen Preis und Leistung ersetzen kann schlägt das ein wie eine Bombe. Die Ankündigung sich zuerst auf diesen Markt zu fokussieren bevor man Mainstream Produkte für die Heimcomputer heraus gibt unterstreicht das.

Jokerman 01/10/2009 12:11
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-3+

Jau Senfabgeber, Nvidia nimmt´s mit Intel auf. Fermi versus Larrabee. Den Fight find ich eigentlich viel interessanter, als den um die Gamerkartenkrone. Da öffnet Nvidia ein völlig neues Hardwaresegment, das das Potenzial hat den ganzen Markt umzukrempeln.

skylang 01/10/2009 12:18
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-1+

Leute Leute hier wird immer davon geredet, dass diese GPU den CPUs weit voraus ist. Ihr müsst mal bedenken, dass man mit einer Grafikkarte keinen PC betreiben kann. Ein Prozessor ist etwas mehr als nur ein Füller für die Grafikkarte. Die CPU hat sehr viele Aufgaben, die eine GPU nie erledigen können wird. Nur weil diese vor Transistoren strotzen heißt das nicht, dass davon jeder PC zum Supercomputer wird....

senfabgeber 01/10/2009 13:51
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-0+

@skylang: Hier geht es um Parallelprocessing - das was in der Wissenschaft und Industrie benötigt wird - Stichwort: Supercomputer. Nicht darum eine CPU komplett zu ersetzten sondern sich auf Parallelprocessing zu spezialisieren was für komplexe Berechnungen, zum Beispiel - Strömungsoptimierung, Wettermodelle, etc... benötigt wird.

Jokerman 01/10/2009 18:23
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-1+

Es geht um den Markt in dem AMD/Intel/IBM ihre kostspieligsten Server CPU´s verkaufen(Opteron/Xeon/Itanium/PowerPC/Cell), dem Markt im dem IBM etwa ein Petaflop System mit über 1 mio CPU Kernen an den Man bringt, was dann mit Fermi erheblich günstiger, leistungsfähiger, gleichzeitig aber platzsparender und Energie schonender zu bewältigen wäre, so die Idee. Mit ECC Ram, mehrstufigem Cach, doppelter Fließkommagenauigkeit und einer (fast)C++ identischen Programmiersprache ist Fermi gezielt darauf ausgerichtet. Außer der Tatsache, dass der Supercomputing Markt wesentlich höhere Gewinnmargen als der der Spielekarten verspricht, ist auch der Leistungshunger wissenschaftlicher Berechnungen nahezu grenzenlos. Materialwissenschaftler und Biologen die ihre Modelle auf Basis einzelner Atome berechnen, Geographen die das Wetter voraussagen, Astronomen die die massiven Datenströme von Beschleunigerringen in den Griff bekommen wollen(die Reihe ist beliebig erweiterbar), die würden sich zwar über eine ver1000fachnung der Rechengeschwindigkeit freuen, sich aber gleichzeitig nach den Möglichkeiten sehnen, welche ihnen etwa eine ver100.000fachung eröffnen könnte, kurz: Für Nvidia wäre diese Kundschaft eine sichere Einnahmequelle, deren Verlust für Intel ein ernsthafter Grund sich Sorgen zu machen.

Aber Intels Rettung naht, bekanntlich in der Form von Larrabee, welche Intel mit 100%tiger Wahrscheinlichkeit als die alles und jedem überlegene Numbercrusher Lösung vermarkten wird.

Egal wie dieses Szenario enden mag, in jedem Fall verliert die CPU an Bedeutung, oder besser gesagt: der Bedeutungsverlust der CPU setzt sich fort. Stichwort: "Hardwarebeschleunigung". Damit ist (fast) immer die GPU gemeint, ob DX, OpenGL oder die neuen, die ihre Werte an ihre Anwendungen zurückgeben: Stream, Cuda, OpenCL oder ganz ganz neu: DirectX-Compute. Ihren Fuß haben diese Sprachen schon in der Tür, etwa beim HD Incoding à la BaDaBoom.

Tja , und dann ist da noch AMD mit Fusion, einer weiterer Unbekannten. Wollte AMD damit nicht die GPU und CPU auf einem Chip vereinen? Jedenfalls ist die Hardwarewelt derzeit spannend wie schon lange nicht mehr zuvor.

borizb 01/10/2009 21:30
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-0+

Jo, ATi kann auch so was machen und einfach Zahlen aufs Papier schreiben und nen Prototyp auf den Tisch knallen. Problem ist nur: Der 5870 ist Realität, und mit ner bloßen Ankündigung kann ich meinen Rechner nicht befeuern. In 3-4 Monaten wenn das Ding kommt, ist ATI wohl schon mit nem Refresh Chip zugange und auch ne ganze Ecke billiger, ich glaub dass die Runde nicht ganz an Nvidia geht, wobei ich grad dennoch mit ner 275er liebäugel um meinen 8800GT abzulösen die seit > 1Jahr meine 6800GT ersetzt. Mal schaun.

bicmic2002 01/10/2009 21:56
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Jokerman 02/10/2009 03:13
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-0+

@bicimic

Ich glaub du hast da was falsch verstanden. Wenn ich jetzt eine gute Spielekarte bräuchte, wenn ich nichts mit CAD und 3d Anwendungen zu tun hätte, und nicht darauf schielen würde eventuell und irgendwann im nächsten oder übernächsten Jahr von Fermi profitieren zu können, dann würde ich mir mit Sicherheit eine Ati 5xxx zulegen. In meinen Augen ist das nämlich eine ganz besondere Karte, mit äußerst interessanten Eigenschaften. Beim GT300 ist ja noch nicht mal gesagt, welchen Einfluss dessen starke Ausrichtung auf den professionellen Sektor, auf die Spieleperformance nimmt. Auch bekommt man, nachdem man dessen Futures studiert hat, ja jetzt schon Angst, betreffend des Stromverbrauchs und auch des Preises. Für einen Ingenieur/Designer o.ä. stellt der GT300 aber trotzdem das interessantere Angebot.

Ab dieser Kartengeneration hängt die Kaufentscheidung wohl mehr als vorher davon ab, was man mit seiner Kiste anstellen will.

FormatC 02/10/2009 07:47
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-4+

bicmic2002 schrieb :

naja nvidia fanboys....mehr sag ich dazu nicht....der comment wird ehh gleich nach Einstellung gelöscht....und ein wort von mir, denkt an den produktions-ort von ati, und denkt an die arbeitsplätze die amd/ati zu verfügung stellen in DE, amd/ati ist nicht NOKIA die subventionen abgreifen und dann die produktion ins ausland verlagert....amd/ati weis wo es produziert.....hf&gl nvidia fanboys....amd/ati iss made in germany


Welche Arbeitsplätze sichert ATI? ATI ist eine kanadische Firma und AMD eine von Mullahs gesponserte und (nicht nur) unseren Steuergeldern augepäppelte Ami-Bude. Was ist daran deutsch? Die Chips kommen (noch) von TSMC (Taiwan). Ich habe mit meinen Steuern im Freistaat Sachsen sicher mehr zum Erhalt der Dresdener Klitsche beigetragen, als man es durch den Kauf so einer Grafikkarte durch legasthenische Fanboys je erreichen würde. Und wenn ich ehrlich bin: ein paar Kindergärten und Schulen wären mir lieber gewesen.

modena 02/10/2009 09:10
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-1+

In der Form wird der GT3oo sicherlich nie als Geforce erscheinen.
Allein die Chipausbeute dürfte bei so einem Monsterchip nicht unbedingt so toll sein. Und damit auch einiges kosten...
Weiterhin mit 3 Mia Transistoren in 40Nm würden je nacht Taktfrequenz sicherlich um die 300W Vollast bedeutend.
Auch das Design zielt deutlich richtung GPGPU und das interessiert im Zockermarkt bisher wenig. Da es schlicht kaum Software für den Endkunden dafür gibt. Da zählt FPS für nen annehmbaren Preis und so kost das Teil locker über 1000€.
Weiterhin ist die 4x Duble Precision Leistung einer GT200 für so ein Monster nicht gerade beeindruckend. Der RV770 hatte schon die 3x vom RV870 noch gar nicht gesprochen.


FormatC 02/10/2009 09:35
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-0+

Es gibt keinen GT300, nur einen NV100. Wenn man sich die mögliche Skalierbarkeit anschaut, dann hat NVidia sicher die Hausaufgaben erledigt, denn man kann die einzelnen Einheiten zahlenmäßig schön abstufen. Der RV870 hat auch über 2,1 Mio Transistoren - so schlimm ist dies mit der Anzahl also nicht. Einfach abwarten und Tee trinken. Es sind schon viele Scheintote zu Unrecht begraben worden :)

senfabgeber 02/10/2009 10:24
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-0+

Es ist der GPU herzlich egal was sie zu berechnen hat: komplexe Shader sind Programme welches Form und Aussehen grafischer Objekte anhand äußerer Größen bestimmen und die sich auch gegenseitig beeinflussen können (z.B: Radiosity Rendering, kräuselndes Wasser, etc...). Es kann aber genausogut eine programmtechnische Umsetzung zur Strömungsberechnung für einen Flugzeugbauer sein oder aber die Verbrennung in einem Dieselmotor.

Den klassischen Grafikchip gibt es nicht mehr. Seit Einführung komplexer Shader sind sich die Anforderungen realistischer Echtzeit Grafik und industrieller Anwendungen immer näher gekommen. Siehe auch die PhysiX Implementierung.

Sprich, das was für den professionellen Bereich zur Beschleunigung immer wiederkehrender, gleichartiger Berechnungen mittels Parallelisierung gut ist, kann der Darstellung/Berechnung aufwändiger, realistischer 3D Grafik nur recht sein. Denn mathematisch betrachtet sind sich beide Bereiche sehr ähnlich. Eine GPU (graphics processing unit) macht nichts anderes als rechnen, wie eine CPU (central processign unit) auch, nur eben spezialisierter. Vielleicht sollte man die neue Generation dieser flexibel einsetzbaren Chips besser PPU (parallel processing unit) nennen.

Sollte Fermi also in der Tat so effizient sein, wie beschrieben wird es einmal die nicht abgespeckte, teure Variante für die Industrie und Hardcore-Gamer geben und dann mehrere deutlich günstigere, abgespeckte und sparsamere Versionen, die von der Preis/Leistung her trotzdem noch auf Augenhöhe mit der Konkurrenz am Markt plaziert werden können. Damit hat man auch das Problem der Ausbeute gut im Griff, denn die fehlerhaften/schlechten Chips werden einfach mit abgeschalteten Recheneinheiten oder reduzierter Taktfrequenz an den Mainstream-Kunden gebracht - so wie es eigentlich schon immer bei der Chipherstellung der Fall war.