GPU Unlock 1.0.0：RTX 30 シリーズの FP16/BF16 パフォーマンス解放ガイド

NVIDIA GeForce RTX 30 シリーズ（GA102/GA103/GA104/GA106 アーキテクチャ）において、データセンター向けプロフェッショナルカードに匹敵する FP16/BF16 インストラクション発行レート を解放する Linux カーネルモジュールです。

技術概要と主な利点

本ツールは、UEI アプローチによるタイミング制御と CMP unlocker の V67/PLM 技術を統合したものです。

• 未変更の NVIDIA ドライバ対応：パッチ済みドライバや UEFI アプリケーションではなく、標準的な NVIDIA ドライバを使用可能です。
• 自動アンロック処理：カーネルモジュールが NVIDIA ドライバがカードをバインドする前に実行します。
  • 速度選択レジスタ（SS0 に

    0x88888888

    、SS1 に

    0x8 IMLA4

    ）を書き込みます。
  • その後 FLR（フルリセット）を行います。
• メンテナンス性の向上：NVIDIA が新しいドライバーバージョンをリリースするたびに手動でパッチを適用する必要がありません。

パフォーマンス改善の目安

GA102、GA103、GA104、GA106 アーキテクチャを搭載したカードにおいて、FP16/BF16 FMA 演算からのデータ転送速度は約2 倍に向上します。

データタイプ別の性能比較 (TFLOPS)

テスト済みカードと互換性情報

以下のテーブルはユーザーの報告結果に基づくものです。モジュールは

kernel/gpu_unlock/main.c

対応チップとモデル一覧

重要事項と注意点

• 比較条件: 示された数値はベンチマークに基づくスループットですが、測定条件が異なるため直接の比較には注意が必要です。
• 電力制限: パワールimit が 225W に設定されていても最小限の改善 (+25%) を記録します。
• ワークロード別影響:
  • LLM プリフィル/拡散モデル: マトリクス演算集約型ワークロードで特に向上が見られます（LLM プリフィル: +14〜36%、FlashAttention 等）。
  • LLM デコード/INT8 演算: メモリ帯域幅制限または INT8 演算主体の場合は速度にほとんど影響しません。
• データ整合性: アンロック前後の出力データはビット単位で同一であることが確認されています。
• マルチ GPU/仮想化: 1 台 PC に 4 カード以上搭載、表示用カード、または

  vfio-pci

  を経由した VM パススルー (#17 など) でも動作を確認しています。

インストール方法

以下のコマンドを実行してインストールを開始してください。

git clone https://github.com/Zagitta/gpu-unlock
cd gpu-unlock
make install

カーネル起動コマンドラインの設定: 既存のオプションを維持しつつ、カーネル起動コマンドラインに

gpu_unlock.targets=all

• GRUB (Debian/Ubuntu/Mint)

  # /etc/default/grub の GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT に "gpu_unlock.targets=all" を追加
  # 編集後実行
  sudo update-grub
  

• GRUB (Arch/CachyOS)

  # 同様に設定後、コマンドを実行
  sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
  

• Fedora/RHEL

  sudo grubby --update-kernel=ALL --args="gpu_unlock.targets=all"
  

• systemd-boot
  • 起動エントリーのオプション行に追加してください（

    bootctl status

    で場所を確認）。
• UKI / 生成されたエントリー

  • /etc/kernel/cmdline

    に追加し、起動イメージを再構築してください。

    # mkinitcpio UKI の場合
    sudo mkinitcpio -P
    

ローカルでのビルド

ビルドプロセスは HTTPS でピン留めされた NVIDIA/CachyOS 入力を使用し、SHA-256 チェックを実行します。ファームウェアはビルドディレクトリとバイナリパッケージ内にのみ生成されます。

インストールのワンステップ実行

以下のコマンドは依存関係のインストールとパッケージの構築を一括で行います（sudo パスワード入力が必要）。

make install          # ディストリビューション自動検出 (Arch / Debian / Fedora)
make install-arch     # Arch: makepkg -sif
make install-deb      # Debian/Ubuntu: apt-get build-dep, dpkg-buildpackage...
make install-rpm      # RHEL/Fedora/CentOS: dnf builddep, rpmbuild...

• 検出ロジック:

  make install

  は

  /etc/os-release

  を参照して自動的に適切なインストーラーを選択します。
• パッケージ出力位置:
  • Debian パッケージ:

    build/deb

  • RPM パッケージ:

    build/rpm

• 入力ファイルのキャッシュ: NVIDIA の入力は

  ~/.cache/gpu-unlock/inputs

  にキャッシュされます（

  make inputs

  で生成）。

  • dpkg-buildpackage

    を使用する際など、ネットワーク接続なしでクリーンなビルド環境（sbuild など）を作る場合は

    GPU_UNLOCK_INPUTS

    環境変数を指定してください。
• アーカイブ:

  make dist

  コマンドは Debian ソースパッケージと

  .nosrc.rpm

  を生成しますが、NVIDIA のアーカイブやファームウェアを含みません。

ブートフローとオンデマンド設定 (Opt-in)

モジュールとファームウェアは initramfs に配置され、NVIDIA ドライバがカーネルをバインドする前にロードされます。

各種 initramfs システムの構成

• mkinitcpio:

  /etc/mkinitcpio.conf.d/zz-gpu-unlock.conf

  • MODULES

    セクション内で

    gpu_unlock

    を

    nvidia

    の直前に挿入します。
  • 表示用カードが真っ白になる時間を最小限に抑えます。
• initramfs-tools:

  /usr/share/initramfs-tools/modules.d/gpu-unlock.conf

• dracut:

  /usr/lib/dracut/dracut.conf.d/gpu-unlock.conf

注意:

softdep nvidia pre:

softdep nvidia

オンデマンド設定オプション (カーネル起動コマンドライン)

このモジュールは、コマンドライン引数なしの場合は何もしません。以下の形式で指定できます：

• gpu_unlock.targets=all

  : すべての GA102/3/4/6 カードをアンロックします（デフォルト）。

• gpu_unlock.targets=0000:21:00.0

  : 指定された PCI アドレスのみ。

• gpu_unlock.targets=0000:21:00.0,0000:22:00.0

  : カンマ区切りのアドレスリスト。

PCI アドレスの形式:

• lspci -D

  が出力する完全な名称を使用（例：

  0000:21:00.0

  ）。
• 文字大小に依存しない 16 進数です。
• GPU の番号付けや表示ロールとは無関係です。

動作特性:

• 並列処理: カードは並列にアンロックされ、全てのカードにあっても約 1 秒で完了します。
• スキップ条件: バインド済みまたは電源オフのカードはスキップされます。
• 初期化: ボードファームウェアによるバスマスターリング（Supermicro X11 など）は最初にクリアされます。既に初期化されたカードへのアクセスは拒否されます。
• 表示用カード: 正常に動作します。リセット直前は画面が真っ白になりますが、

  nvidia-drm

  が引き継ぐまで続きます。

休止状態 (Suspend) と ハイベーン (Hibernate)

Suspend to RAM (メモリへの休止)

• カードは電源オフとなり、速度選択レジスタがリセットされます。
• 再開時：モジュールはブート時と同様に全てのカードを再度アンロックします。
  • サスペンド・ノティファイヤーは、NVIDIA の標準 (

    NVreg_UseKernelSuspendNotifiers=1

    ) より少し前に動作します。
  • これにより再起動までの時間が約 1 秒増加します。
• 電源が維持された状態: アイドル休止時のカードは引き続きアンロックされており、単に読み取られるのみです。

Hibernation (ハイベーン)

• 現時点では未対応です。

機能の無効化とトラブルシューティング

カーネル起動コマンドラインで以下の設定を有効にすると再開時の処理をスキップできます：

• gpu_unlock.resume=0

• または

  /sys/module/gpu_unlock/parameters/resume

  に

  0

  を書き込む。

状態の確認コマンド

# ログを確認する
journalctl -k -b | grep gpu_unlock

# PCI デバイス情報 (例)
lspci -nnk -s 0000:21:00.0

アンロックの停止

• カーネル起動コマンドラインから

  gpu_unlock.targets=

  を削除してください。
• ワンオフ（一時的な）ブートの場合：ブートローダーのエディット画面で引数を削除します。
• パッケージを削除しても、モジュールと initramfs のドロップインは残っている場合があります。

ファームウェアが止まらない場合: モジュールログを確認し、必要に応じて電源を切り再起動してください。DMA バッファーの保持により、ファームウェアが継続使用されている可能性があります。

ライセンス情報

• カーネルモジュール & ローカルパッケージ化: GPL-2.0 専用ライセンス。
• 生成されたペイロード: パッチ済み CMP リファレンスから派生しています。
• NVIDIA ファームウェア: NVIDIA の独自利用条件の下で動作します。
• 詳細なクレジット表記については

  firmware/NOTICE.md

  および

  licenses/

  を参照してください。

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クロネート方法

• Buy Me a Coffee: https://buymeacoffee.com/zagitta
• Ethereum (ETH):

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• Bitcoin (BTC):

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• Solana (SOL):

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