圖形與計算那些事 AMD次世代架構解析

    G80的MIMD架構開了一個好頭，128個流處理器雖然聽起來雖然沒有AMD 320個那么多，但這些流處理器是可以媲美真正的CPU核心，在執行任何指令時都能發揮出接近理論值的性能，這樣高效率的核心如果只是用來玩游戲豈不太可惜了？

    于是在游戲市場大獲全勝的NVIDIA并沒有止步于此，而是將目光放在了更長遠的高性能計算領域，一邊著手開發基于GPU計算的應用程序中間件，幫助程序員以更高效的方式開發基于GPU硬件加速的軟件，另一方面在G80的基礎上繼續優化核心架構，將MIMD架構高效率的優勢發揮到極致！

    GT200核心：真正的并行計算架構

    G80依然只是為DX10 3D渲染而設計的，雖然MIMD架構本身能夠勝任并行數據計算的需要，但NVIDIA發現圖形架構還有繼續改進的余地，只要在核心內部設計全新的控制模塊，并對微架構進行專門的優化，就能將GPU的圖形架構改造成更加適合非圖形領域的并行數據處理架構。

    第一代統一渲染架構的主要目的是把原本像素著色、頂點著色以及新增的幾何著色，統一交給流處理器來處理。而NVIDIA的GT200核心則被稱為第二代統一渲染架構，其主要含義就是將圖形處理架構和并行計算架構完美的結合起來，成為一顆真正意義上的通用處理器，超越圖形處理器的概念！

    GT200相對于G80，不止是把流處理器數量從128個擴充到240個這么簡單，其實最關鍵之處是對TPC（線程處理器簇）和SM（流處理器簇）的改進：

    新增Atomic原子操作：透過原子操作，硬粒化之后的線程操作管理將更加有序和具體，這也就意味著像素或者其他類型如通用計算應用的Thread的生成、仲裁、泵送、內存位置確定和執行過程都將變得更加精確和高效，Atomic單元和原子操作的引入也為未來NVIDIA構架最終實現并行化設計起到了關鍵的先導作用。

    每個SM可執行線程上限提升：G80/G92核心每個SM（即不可拆分的8核心流處理器）最多可執行768條線程，而GTX200核心的每個SM提升至1024條，而且GTX200擁有更多的SM，芯片實力達到原來的2.5倍！

    每個SM的指令寄存器翻倍：GTX200與G80核心在SM結構上基本相同的，但功能有所提升，在執行線程數增多的同時，NVIDIA還將每個SM中間的Local Memory容量翻倍（從16K到32K）。Local Memory用于存儲SM即將執行的上千條指令，容量增大意味著可以存儲更多的指令、超長的指令、或是各種復雜的混合式指令，這對于提高SM的執行效能大有裨益。

    DX10游戲會越來越多的使用復雜的混合式Shader指令，一旦排隊中的超長指令溢出或者在N個周期內都排不上隊，那么就會造成效率下降的情況，此時雙倍寄存器容量的優勢就體現出來了。由于Local Memory并不會消耗太多晶體管，因此將其容量翻倍是很合算的。

    紋理單元數量提升，比率下降，達到了ATI當年鼓吹的3:1水平

    其它改進還有：幾何著色性能提升，提高雙指令執行（Dual-Issue）效率，達到93%-94%之多，支持雙精度64Bit浮點運算，運算能力為單精度的1/8。

    綜合來看，GT200除了流處理器、紋理單元、光柵單元這些硬貨數量增多對游戲性能大有裨益以外，其它細節部分的優化跟游戲關系不大。因為GT200是為并行計算而設計的，從GT200開始，GPU計算變得更加實用和普及，NVIDIA的Tesla開始進入科學實驗室，并殺進超級計算機市場。