GPUs: prosperidade ou extinção?

Desde que os primeiros jogos 3D capazes de desfrutar de suas funcionalidades surgiram, as unidades de processamento gráfico (ou GPUs) vêm ganhando importância. Mas será que as GPUs vendidas em separado como complementos ainda vão existir daqui a dez anos, ou será que elas vão ter o mesmo destino das placas de som e das FPUs que também seguiam esse modelo?

Com o lançamento das unidades de processamento híbridas x86 com mecanismos gráficos integrados, é inevitável que o mercado de placas de vídeo baratas como um todo encolha consideravelmente, ainda mais no segmento móvel, já que a Sandy Bridge da Intel e a Llano da AMD prometem altíssimo desempenho em jogos e em outros aplicativos acelerados pela GPU. Para manter vivo o segmento de placas de vídeo abaixo dos cem dólares, empresas como a AMD e a Nvidia terão que oferecer produtos muito avançados com grande diferença de desempenho em relação aos produtos gráficos integrados. Naturalmente não é questão de tecnologia, mas de economia.

Há pouco tempo a Nvidia apresentou seus planos até 2013/2014, e sabemos que a ATI, unidade gráfica corporativa da AMD, tem planos para pelo menos mais duas gerações depois da Radeon HD 6000. A Nvidia até traçou seus objetivos de design para as futuras arquiteturas Kepler e Maxwell; elas não vão dobrar o desempenho para jogos a cada ano, mas o aprimoramento agressivo no desempenho de ponto flutuante de precisão dupla por watt indica claramente que a empresa encara a computação para fins gerais e de alto desempenho em GPUs como algo tremendamente importante.

Há um claro consenso entre a AMD e a Nvidia de que as placas de vídeo são muito apropriadas para a computação altamente paralelizada. Ambas as empresas contam com GPUs para computação de alto desempenho, deixando evidente que esse tipo de computação com aceleração via GPU só tende a crescer. Com isso, as duas vão continuar desenvolvendo processadores gráficos novos com a computação de alto desempenho (e eventualmente com a computação em nuvem) em mente.

Mas o mercado de alto desempenho não deve ser supervalorizado. Segundo o Mercury Research, o mercado total disponível para processadores de vídeo vendidos separadamente, para desktops e dispositivos móveis, era de aproximadamente 34,9 milhões de unidade. Esse número se traduz em um mercado total disponível de aproximadamente 100 milhões de GPUs por ano. O supercomputador mais poderoso do mundo hoje, o Jaguar, usa 37 mil microprocessadores AMD Opteron com seis núcleos. O supercomputador K, desenvolvido em parceria pela Fujitsu e pelo ministério da educação japonês, incluirá 80 mil chips SPARC64 VIIIfx com oito núcleos, proporcionando 10 PetaFLOPS de desempenho de precisão dupla. Montar supercomputadores gigantes é uma tarefa que pode levar meses, ou até anos. Como os supercomputadores geralmente se baseiam em blades de soquete duplo, e é possível instalar no máximo duas placas computacionais nesses blades, não é difícil calcular que o mercado total disponível de placas computacionais de alto desempenho vá permanecer na casa das centenas de milhares, talvez milhões, nos próximos anos, mas não nas dezenas de milhões. As duas maiores implementações de GPUs para computação de alto desempenho do mundosão o supercomputador Nebulae, com 4.640 placas Tesla C2050, e o Tianhe-1 com um total de 2.560 placas ATI Radeon HD 4870 X2 de chip duplo (5.120 GPUs). Ainda assim, o mercado está crescendo rapidamente, e em algum momento, talvez em 2020, o mercado de GPUs no segmento de computação de alto desempenho será comparável ao que temos hoje para placas de vídeo. Obviamente, se a Intel e a AMD conseguirem lançar processadores para servidores com arquitetura MIC integrada ou aceleradores baseados em GPUs, o interesse por aceleradores especializados vai começar a cair.

Servidor com dois FireStreams da AMD

Para quem gosta de jogar no PC, o contínuo desenvolvimento de GPUs para o mercado de computação de alto desempenho significa que as GPUs não se tornarão um produto de nicho, e continuarão evoluindo mesmo em 2020. Outro motivo para que os processadores gráficos continuem ganhando desempenho gráfico é o inevitável aumento das resoluções e a incapacidade dos produtos gráficos integrados de obter ganhos de desempenho rapidamente em resposta às demandas dos consumidores que estão na crista da onda da tecnologia.

Mas o mercado de soluções gráficas vai ser completamente diferente do que temos hoje. As placas de vídeo baratas vão ter que oferecer níveis de desempenho muito maiores em relação ao vídeo integrado do que oferecem hoje, talvez incluindo até alguns recursos exclusivos. As placas de vídeo do dia depois de amanhã não se apresentarão apenas como complementos internos; a popularização dos notebooks vai levar a uma demanda por placas de vídeo externas. No futuro, será possível conectar uma placa de vídeo externa a um laptop com um microprocessador decente e rodar os jogos mais recentes, sem fios, em uma tela bem grande. Talvez a renderização de gráficos migre para o servidor (o que também significa que o servidor vai precisar de uma GPU), e a melhor experiência gráfica possível vai poder ser alcançada até em dispositivos portáteis de baixo consumo.

E o que podemos esperar das GPUs de 2020? Se a evolução de placas de vídeo for tão rápida de 2010 a 2020 quanto foi de 2000 a 2010, então ninguém tem condições de dar essa resposta. Nossa principal previsão é a consolidação das APIs gráficas e computacionais para simplificar a programação de diferentes aplicativos.