鋪平未來之路：AMD顯卡架構(gòu)轉(zhuǎn)換深度解密

2007年，ATI發(fā)布了R600架構(gòu)的Radeon HD 2000系列，也是自己在PC領(lǐng)域首次引入統(tǒng)一著色架構(gòu)，而且又一次使用了VLIW5。盡管這是DX10產(chǎn)品，但仍能很好地處理DX9頂點(diǎn)著色。GPGPU通用計(jì)算普及之前，這種架構(gòu)適應(yīng)得很好。

接下來進(jìn)入2008年。顯卡廠商在規(guī)劃產(chǎn)品的時(shí)候一般都要考慮到兩年之后乃至更久的情況，所以Cayman Radeon HD 6900系列的設(shè)計(jì)那時(shí)候就已經(jīng)著手了。當(dāng)時(shí)GPGPU通用計(jì)算才剛剛起步，NVIDIA開始追逐的那個(gè)市場最多價(jià)值幾百萬美元，DX10游戲也還沒有成型，但是AMD預(yù)測認(rèn)為，通用計(jì)算將在兩年后(也就是現(xiàn)在)變得非常重要，DX9也會基本讓路給DX10/11，所以就必須提前重新評估VLIW5設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。

果不其然，GPGPU通用計(jì)算已經(jīng)開始大行其道，Windows 7、DX10/11也正在將DX9擠下歷史舞臺。根據(jù)AMD的內(nèi)部數(shù)據(jù)，VLIW5架構(gòu)的五個(gè)處理槽中平均只能用到3.4個(gè)，也就是在游戲里會有一個(gè)半白白浪費(fèi)了。顯然，DX9下非常理想的VLIW5設(shè)計(jì)已經(jīng)過時(shí)，它太寬了，必須縮短流處理器單元(SPU)，重新設(shè)計(jì)里邊的流處理器(SP)布局。

AMD的顯卡核心架構(gòu)非常依賴指令級并行運(yùn)算(ILP)，也就是將指令放在單獨(dú)一個(gè)線程內(nèi)，和其他可以并行的線程沒有任何關(guān)聯(lián)。VLIW5下最理想的情況就是五個(gè)指令能夠在每個(gè)時(shí)鐘周期里、每個(gè)SPU上一起調(diào)度執(zhí)行，但這種概率非常低。按說平均使用3.4個(gè)已經(jīng)不錯(cuò)了，但換算下來還是不足80％，結(jié)果就是從工作負(fù)載種提取ILP非常困難，導(dǎo)致最好、最壞應(yīng)用環(huán)境相差太多。

與之形成鮮明對比的是線程級并行計(jì)算(TLP)，那些沒有任何關(guān)聯(lián)的線程也可以同時(shí)執(zhí)行。這正是NVIDIA在高端核心上所依賴的設(shè)計(jì)理念，GF100/GF110都是借助TLP達(dá)到高效率的標(biāo)量架構(gòu)。

最終，AMD意識到VLIW5架構(gòu)已經(jīng)不適合繼續(xù)發(fā)展，必須面向未來準(zhǔn)備一種新的高效率架構(gòu)，不但要提高平均使用率(大于3.4個(gè))，還需要適應(yīng)并行計(jì)算負(fù)載，結(jié)果就是轉(zhuǎn)向VLIW4。

VLIW4相比于VLIW5最特殊的地方就是去掉了體積最大、可同時(shí)處理普通整數(shù)/浮點(diǎn)操作和超越操作的第五個(gè)SP t單元，或者說特殊功能單元(SFU)。這就意味著，每個(gè)SPU可以一次性處理的普通整數(shù)/浮點(diǎn)操作數(shù)從五個(gè)減少到四個(gè)，同時(shí)還可以將三個(gè)SP合并起來處理一個(gè)超越操作。