圖形與計(jì)算那些事 AMD次世代架構(gòu)解析
也許有人會(huì)問，如此暴力的擴(kuò)充流處理器規(guī)模而不更改架構(gòu)，R600架構(gòu)會(huì)成為AMD的常青樹嗎？難道不會(huì)有什么瓶頸嗎？當(dāng)然會(huì)有，AMD也發(fā)現(xiàn)了，所以從HD6000系列開始又進(jìn)行了一輪架構(gòu)的微調(diào)，透過AMD架構(gòu)微調(diào)這一結(jié)果，我們可以了解出現(xiàn)問題原因到底是什么？
HD6870的一小步：兩個(gè)超線程分配處理器
Barts核心的HD6870率先問世，這顆核心定位中端，所以流處理器從Cypress的1600個(gè)精簡到了1120個(gè)，流處理器結(jié)構(gòu)依然沒有任何變化，但是前端控制模塊一分為二：
相信大家應(yīng)該注意到了，以往AMD的SIMD架構(gòu)則是整顆GPU共享單一的控制單元，自R600以來都是如此。
Cypress的單一圖形裝配引擎
但隨著晶體管規(guī)模和流處理器數(shù)量的迅速膨脹，單一的控制單元已經(jīng)無法滿足大規(guī)模并行指令分配的需要，因此從Cypress開始，AMD采用了“雙核心”的設(shè)計(jì)，將SIMD陣列一分為二，也就是類似于NVIDIA GPC的設(shè)計(jì)。與此相對(duì)應(yīng)的，圖形裝配引擎雖然只有一個(gè)，內(nèi)部卻設(shè)計(jì)了兩個(gè)Hierarchical Z（分層消影器）和Rasterizer（光柵器），但是其它的特殊功能模塊均只有一個(gè)。
Barts和Cypress一樣，依然保持了雙核心設(shè)計(jì)，圖形引擎也只有一個(gè)，內(nèi)部的功能模塊并沒有太多變化。但是Ultra-Treaded Dispatch Processor（超線程分配處理器）卻變成了兩個(gè)，相對(duì)應(yīng)的，超線程分配處理器的指令緩存也變成了兩份。
Barts的圖形裝配引擎
我們知道，Barts的流處理器數(shù)量是Cypress的70%，按理說線程分配壓力有所下降，那么設(shè)計(jì)兩個(gè)線程分配處理器的目的只有一個(gè)，那就是提升效率。在DX11時(shí)代，幾何著色再加上曲面細(xì)分單元引入之后，圖形裝配引擎會(huì)產(chǎn)生更多的并行線程及指令轉(zhuǎn)交SIMD進(jìn)行處理，因此指令派發(fā)效率成為了新的瓶頸。
SIMD架構(gòu)的優(yōu)勢就是可以用較少的晶體管制造成龐大的流處理器規(guī)模，擁有恐怖的理論運(yùn)算能力；但缺點(diǎn)就是流處理器執(zhí)行效率比MIMD架構(gòu)低，其效率高低完全依賴于分配單元的派發(fā)效率。因此Barts這種雙線程分配處理器的設(shè)計(jì)意義重大。
雙超線程分配處理器的意義：曲面細(xì)分性能翻倍
HD6000系列可以說是半代改進(jìn)的架構(gòu)，既然數(shù)量上維持不變，就只能從改進(jìn)效率的方面考慮了。而改進(jìn)的內(nèi)容就是加強(qiáng)線程管理和緩沖，也就是“雙倍的超線程分配處理器和指令緩存”。
根據(jù)AMD官方提供的數(shù)據(jù)來看，HD6870的曲面細(xì)分性能最多可達(dá)HD5870的兩倍，這種情況出現(xiàn)在10級(jí)左右的中等細(xì)分程度，當(dāng)曲面細(xì)分達(dá)到20級(jí)以上的時(shí)候，那么它們的性能就基本上沒有區(qū)別了。
由此可見，Barts核心當(dāng)中的Tessellator單元本身在性能方面應(yīng)該沒有改進(jìn)，其性能提升主要源于兩顆超線程分配處理器。中等級(jí)別的曲面細(xì)分在指令分配方面是瓶頸，Barts改進(jìn)的架構(gòu)消除了這一瓶頸，所以性能提升十分顯著，但如果細(xì)分級(jí)別特別高時(shí)，Tessellator本身的運(yùn)算能力將成為瓶頸，此時(shí)線程派遣器的效率再高，也無濟(jì)于事。
看起來，AMD迫切的想要改進(jìn)指令派發(fā)效率，以滿足龐大規(guī)模流處理器的胃口，并且有效的提升備受詬病的曲面細(xì)分性能。AMD的做法就是繼續(xù)保持現(xiàn)有架構(gòu)不變，發(fā)現(xiàn)瓶頸/缺陷然后消除瓶頸/缺陷，這讓筆者想起了一段老話：“新三年舊三年，縫縫補(bǔ)補(bǔ)又三年”。
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