圖形與計算那些事 AMD次世代架構解析

    也許有人會問，如此暴力的擴充流處理器規(guī)模而不更改架構，R600架構會成為AMD的常青樹嗎？難道不會有什么瓶頸嗎？當然會有，AMD也發(fā)現(xiàn)了，所以從HD6000系列開始又進行了一輪架構的微調，透過AMD架構微調這一結果，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個精簡到了1120個，流處理器結構依然沒有任何變化，但是前端控制模塊一分為二：

    相信大家應該注意到了，以往AMD的SIMD架構則是整顆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”的設計，將SIMD陣列一分為二，也就是類似于NVIDIA GPC的設計。與此相對應的，圖形裝配引擎雖然只有一個，內部卻設計了兩個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。

    Barts和Cypress一樣，依然保持了雙核心設計，圖形引擎也只有一個，內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，相對應的，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，那么設計兩個線程分配處理器的目的只有一個，那就是提升效率。在DX11時代，幾何著色再加上曲面細分單元引入之后，圖形裝配引擎會產(chǎn)生更多的并行線程及指令轉交SIMD進行處理，因此指令派發(fā)效率成為了新的瓶頸。

    SIMD架構的優(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，擁有恐怖的理論運算能力；但缺點就是流處理器執(zhí)行效率比MIMD架構低，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計意義重大。

    雙超線程分配處理器的意義：曲面細分性能翻倍

    HD6000系列可以說是半代改進的架構，既然數(shù)量上維持不變，就只能從改進效率的方面考慮了。而改進的內容就是加強線程管理和緩沖，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的曲面細分性能最多可達HD5870的兩倍，這種情況出現(xiàn)在10級左右的中等細分程度，當曲面細分達到20級以上的時候，那么它們的性能就基本上沒有區(qū)別了。

    由此可見，Barts核心當中的Tessellator單元本身在性能方面應該沒有改進，其性能提升主要源于兩顆超線程分配處理器。中等級別的曲面細分在指令分配方面是瓶頸，Barts改進的架構消除了這一瓶頸，所以性能提升十分顯著，但如果細分級別特別高時，Tessellator本身的運算能力將成為瓶頸，此時線程派遣器的效率再高，也無濟于事。

    看起來，AMD迫切的想要改進指令派發(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分性能。AMD的做法就是繼續(xù)保持現(xiàn)有架構不變，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，縫縫補補又三年”。