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革命性DX11架構(gòu)！GTX480/470權(quán)威評(píng)測(cè)

第五章/第二節(jié) Fermi計(jì)算架構(gòu)：完全按照客戶需求設(shè)計(jì)

    在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還在游戲性能方面苦苦追趕之時(shí)，高瞻遠(yuǎn)矚的NVIDIA已經(jīng)在朝著更高的目標(biāo)邁進(jìn)了。3D和游戲當(dāng)然是一個(gè)重要方面，是GPU的老本行，而并行計(jì)算則是GPU的未來(lái)，兩者不但不沖突而且是相輔相成的，NVIDIA的目的是游戲和計(jì)算兩手抓、兩手都要硬。

    在前文中筆者提到過(guò)，GF100是近年來(lái)GPU架構(gòu)變化最大的一次，它不僅僅體現(xiàn)在圖形架構(gòu)方面，其實(shí)他在并行計(jì)算架構(gòu)方面的改進(jìn)更徹底，現(xiàn)在要講的才是Fermi架構(gòu)的精華部分。

    G80是統(tǒng)一圖形及并行計(jì)算的雛形，而GT200是對(duì)G80在性能及功能性方面的擴(kuò)展。而對(duì)于Fermi，NVIDIA利用了從之前兩款處理器以及為它們所編寫的應(yīng)用程序所獲得的經(jīng)驗(yàn)，并采用了一種全新的方法而設(shè)計(jì)和創(chuàng)建了世界上第一款計(jì)算GPU。在為Fermi的研發(fā)開展準(zhǔn)備工作時(shí)，NVIDIA聽取了自推出G80和GT200以來(lái)大量從事GPU計(jì)算的用戶的反饋，并將以下關(guān)鍵領(lǐng)域作為改進(jìn)的重點(diǎn)：

1. 提高雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的性能——高性能計(jì)算與科學(xué)計(jì)算很少用到單精度。

2. ECC支持——ECC使得GPU計(jì)算用戶在數(shù)據(jù)中心中可放心地部署大量的GPU，并確保數(shù)據(jù)敏感型應(yīng)用程序如醫(yī)學(xué)影像及財(cái)務(wù)期權(quán)定價(jià)等不出現(xiàn)內(nèi)存錯(cuò)誤。

3. 真正的緩存層次——有些并行算法無(wú)法使用GPU的共用存儲(chǔ)器，用戶需要一個(gè)真正的緩存架構(gòu)以提供幫助。

4. 更大的共用存儲(chǔ)空間——許多CUDA程序員需要超過(guò)16KB的共用存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的加速。

5. 更快速的情境轉(zhuǎn)換——用戶需要在應(yīng)用程序之間實(shí)現(xiàn)更快速的情境轉(zhuǎn)換，以及圖形與計(jì)算應(yīng)用之間更快的互操作。

6. 更快速的原子操作——用戶需要為他們的并行算法實(shí)現(xiàn)更快速的“讀-修改-寫”原子操作。

    針對(duì)以上的這些需求，F(xiàn)ermi工作小組設(shè)計(jì)了一款處理器，總計(jì)算能力得到了很大的提升，通過(guò)架構(gòu)上的創(chuàng)新還大大增加了可編程性以及計(jì)算效率。Fermi在架構(gòu)上的亮點(diǎn)體現(xiàn)在：

● 第三代流處理器簇（SM）

每個(gè)SM有32個(gè)CUDA核，是GT200的4倍
雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的峰值性能是GT200的8倍
雙Warp調(diào)度器同時(shí)調(diào)度和分配來(lái)自兩個(gè)不同warp的指令
64KB的RAM，可配置為共享緩存+L1緩存

● 第二代并行線程執(zhí)行ISA

統(tǒng)一尋址空間，提供完全的C++支持
針對(duì)OpenCL和DirectCompute做優(yōu)化處理
完全的IEEE 754-2008 32-bit/64-bit精度支持
完全的32-bit整數(shù)路徑，64-bit擴(kuò)展
內(nèi)存存取指令支持向64-bit尋址的轉(zhuǎn)換
通過(guò)Predication提升性能

● 改進(jìn)的內(nèi)存子系統(tǒng)

并行DataCacheTM 層次，擁有可配置的L1和統(tǒng)一的L2緩存
第一款提供ECC內(nèi)存支持的GPU
顯著提升原子內(nèi)存操作性能

● NVIDIA TM引擎

應(yīng)用程序情境切換性能10倍于上代產(chǎn)品
同時(shí)執(zhí)行多個(gè)核心程序
線程塊亂序執(zhí)行
雙重疊式內(nèi)存?zhèn)鬏斠?/SPAN>

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