Видеокарта NVIDIA Tesla K20 5GB GDDR5

NVIDIA Tesla K20 — это профессиональный вычислительный ускоритель на архитектуре Kepler, разработанный для серверов и рабочих станций, выполняющих ресурсоёмкие задачи высокопроизводительных вычислений, научного моделирования и обработки больших массивов данных. Плата представляет собой полноразмерный двухслотовый модуль PCI Express с одним графическим процессором GK110, поддержкой памяти GDDR5 с коррекцией ошибок (ECC) и интерфейсом PCI Express Gen2 x16. Tesla K20 ориентирована на вычисления как одинарной (FP32), так и двойной (FP64) точности, обеспечивая до нескольких терафлопс производительности FP32 и свыше 1 TFLOPS в FP64 в зависимости от конфигурации, что позволяет использовать ускоритель в задачах, где важна точность и надёжность результатов. На борту установлено 5 ГБ памяти GDDR5 с 320‑битным интерфейсом и пропускной способностью до 208 ГБ/с при отключённом ECC, что обеспечивает высокий уровень пропускной способности для задач с интенсивным обменом данными. Ускоритель не имеет видеовыходов и предназначен исключительно для вычислений, работая в составе серверных операционных систем и стеков CUDA, без функции вывода графического интерфейса. Энергопотребление Tesla K20 находится в диапазоне до 145 Вт для активной версии (Active Accelerator), что вместе с пассивно‑ или активно‑охлаждаемым дизайном позволяет использовать карту в широком спектре серверных и рабочих платформ.

Архитектура и ключевые характеристики

NVIDIA Tesla K20 основана на архитектуре NVIDIA Kepler и использует графический процессор GK110, который стал одним из ключевых решений для ускорения HPC‑нагрузок и задач GPGPU на момент своего появления. В конфигурации Tesla K20 активный ускоритель оснащён 2 496 ядрами CUDA, организованными в потоковые мультипроцессоры SMX, и работает на тактовой частоте 706 МГц для вычислительных ядер. Такое сочетание параметров обеспечивает пиковую производительность порядка 3,5 TFLOPS в операциях одинарной точности (FP32) и около 1,17 TFLOPS в операциях двойной точности (FP64) для вариантов K20, согласно спецификациям партнёров. Архитектура Kepler вводит улучшенную организацию SMX, большие объёмы кэша и новые инструкции, оптимизированные для параллельных вычислений и CUDA‑приложений, что повышает эффективность выполнения научных и инженерных задач.

Подсистема памяти Tesla K20 представлена 5 ГБ GDDR5, подключённой по 320‑битной шине с эффективной частотой памяти 2,6 ГГц, что даёт пропускную способность до 208 ГБ/с при отключённой коррекции ошибок ECC. На плате установлено 20 микросхем GDDR5 (128M × 16), формирующих общий объём буфера кадра и рабочей памяти, доступной CUDA‑приложениям. Поддержка ECC позволяет включать обнаружение и исправление одиночных битовых ошибок и обнаружение двойных ошибок в памяти, что критично для долгосрочных вычислительных задач, однако включает дополнительный накладной расход по производительности и уменьшает эффективную пропускную способность. Интерфейс подключения — PCI Express Gen2 x16, обеспечивающий связь с хост‑системой и достаточную полосу пропускания для типичных HPC‑и CUDA‑нагрузок, при этом карта совместима с слотами PCIe Gen3 по спецификации обратной совместимости.

Физически Tesla K20 Active Accelerator представляет собой полноразмерную двухслотовую плату с габаритами 4,376″ × 10,5″ и активной системой охлаждения, включающей радиатор и вентилятор, рассчитанный на эксплуатацию в рабочих станциях и серверах с соответствующей вентиляцией. На «восточном» краю платы расположены два 6‑контактных разъёма питания PCI Express, что позволяет подводить дополнительную мощность сверх возможностей слота PCIe. Ускоритель не имеет разъёмов вывода изображения, что подчёркивает его специализацию на вычислительных задачах и использование в серверных и кластерных конфигурациях. Tesla K20 полностью интегрируется в программную экосистему NVIDIA CUDA, включая поддержку CUDA 5.x, библиотек для линейной алгебры, БПФ и других библиотек, ориентированных на Kepler‑поколение.

Сценарии применения

NVIDIA Tesla K20 ориентирована на высокопроизводительные вычисления, научные и инженерные приложения, где требуется серьёзная производительность как в одинарной, так и в двойной точности, усиленная поддержкой ECC и серверным форм‑фактором. Ускоритель применяется в кластерных системах, стойковых серверах и рабочих станциях, предназначенных для HPC, научных исследований, финансового моделирования и задач машинного обучения своего поколения.

• Идеально подходит для обучения нейросетей (Deep Learning) своего поколения и соответствующих экспериментальных ИИ‑проектов: до 3,5 TFLOPS FP32 и 5 ГБ GDDR5 позволяют обучать и отлаживать небольшие и средние по размеру модели, особенно в задачах компьютерного зрения и обработки сигналов, с использованием CUDA и ранних версий фреймворков глубокого обучения.
• Эффективна для инференса LLM‑моделей малого масштаба и классических моделей машинного обучения, где Tesla K20 используется для ускорения матричных операций, свёрточных слоёв и параллельной обработки запросов в составе серверов аналитики и приложений, учитывая ограничение по объёму памяти и архитектурные особенности Kepler.
• Подходит для высокопроизводительных вычислений (HPC): задач численного моделирования, CFD, FEM‑расчётов, квантовой химии, физики высоких энергий, климатического моделирования и других научных приложений, где требуется высокая производительность FP64 и надёжность вычислений за счёт ECC.
• Оптимальна для задач геофизики и сейсморазведки, обработки сигналов и изображений, где высокая пропускная способность памяти (до 208 ГБ/с) и массовый параллелизм CUDA‑ядер позволяют значительно ускорить обработку данных по сравнению с CPU‑только системами.
• Может использоваться в финансовом моделировании, анализе риска, Монте‑Карло симуляциях и других задачах математического моделирования, где комбинация высокой производительности FP32/FP64 и поддержки ECC обеспечивает как скорость, так и доверие к получаемым результатам.

Совместимость

NVIDIA Tesla K20 разработана для интеграции в серверные и рабочие платформы, поддерживающие полноразмерные двухслотовые PCI Express Gen2/Gen3 x16 карты с дополнительным питанием через два 6‑контактных разъёма. Ускоритель рассчитан на эксплуатацию в условиях стоечных шасси и рабочих станций с достаточным воздушным потоком и мощностью блока питания, обеспечивающих стабильную работу при тепловом пакете до примерно 145 Вт для активной версии.

• Ускоритель протестирован на совместимость с серверными платформами: системами на базе материнских плат Supermicro, используемых для построения двухпроцессорных узлов с двумя Tesla K20 и аналогичными GPU, согласно рекомендациям интеграторов, и рядом конфигураций Dell и HPE, рассчитанных на использование ускорителей Tesla K‑серии в PCIe‑слотах с двойной шириной; такие конфигурации описаны в документации OEM‑партнёров и примерах построения систем на базе Kepler‑ускорителей.
• Поддерживается установка в системах форм‑фактора Rack (2U/4U и выше), рассчитанных на использование нескольких двухслотовых карт, при условии обеспечения требуемого воздушного потока через радиатор и наличия достаточного количества линий PCIe x16, а также в рабочих станциях с соответствующими слотами и блоками питания.
• Совместимость с актуальными для поколения Kepler версиями операционных систем Linux и Windows Server, поддержка CUDA и соответствующих драйверов для Tesla‑ускорителей обеспечивают корректную работу с HPC‑стеками, фреймворками машинного обучения того времени, системами управления кластерами и средствами мониторинга, перечисленными в документации NVIDIA и партнёров.

Надёжность и программная экосистема

NVIDIA Tesla K20 позиционируется как надёжный компонент для профессиональных HPC‑систем и кластеров, где критичны корректность и воспроизводимость результатов вычислений. Наличие поддержки ECC для памяти GDDR5, серверный форм‑фактор, ориентация на работу 24×7 и интеграция в стек CUDA делают ускоритель подходящим для задач, где возможные ошибки памяти недопустимы и требуется длительная непрерывная работа. В спецификациях подчёркивается возможность включения и отключения ECC OEM‑производителем или конечным пользователем, что позволяет гибко выбирать между максимальной производительностью и повышенной надёжностью.

Ускоритель полностью поддерживается экосистемой NVIDIA для GPGPU‑вычислений: CUDA, библиотеки cuBLAS, cuFFT и другие компоненты, а также средства профилирования и мониторинга, оптимизированные для архитектуры Kepler. Tesla K20 остаётся актуальной для существующих кластеров и систем, построенных в эпоху Kepler, где важна совместимость с проверенными приложениями и кодовой базой, и может использоваться в учебных стендах, пилотных проектах и специализированных HPC‑задачах. При соблюдении требований к охлаждению, питанию и версии драйверов Tesla K20 продолжает выполнять роль надёжного вычислительного ускорителя в серверных и кластерных системах, обеспечивая баланс между производительностью FP32/FP64, поддержкой ECC и зрелой программной экосистемой.