图形与计算那些事 AMD次世代架构解析

    也许有人会问，如此暴力的扩充流处理器规模而不更改架构，R600架构会成为AMD的常青树吗？难道不会有什么瓶颈吗？当然会有，AMD也发现了，所以从HD6000系列开始又进行了一轮架构的微调，透过AMD架构微调这一结果，我们可以了解出现问题原因到底是什么？

    HD6870的一小步：两个超线程分配处理器

    Barts核心的HD6870率先问世，这颗核心定位中端，所以流处理器从Cypress的1600个精简到了1120个，流处理器结构依然没有任何变化，但是前端控制模块一分为二：

    相信大家应该注意到了，以往AMD的SIMD架构则是整颗GPU共享单一的控制单元，自R600以来都是如此。

Cypress的单一图形装配引擎

    但随着晶体管规模和流处理器数量的迅速膨胀，单一的控制单元已经无法满足大规模并行指令分配的需要，因此从Cypress开始，AMD采用了“双核心”的设计，将SIMD阵列一分为二，也就是类似于NVIDIA GPC的设计。与此相对应的，图形装配引擎虽然只有一个，内部却设计了两个Hierarchical Z（分层消影器）和Rasterizer（光栅器），但是其它的特殊功能模块均只有一个。

    Barts和Cypress一样，依然保持了双核心设计，图形引擎也只有一个，内部的功能模块并没有太多变化。但是Ultra-Treaded Dispatch Processor（超线程分配处理器）却变成了两个，相对应的，超线程分配处理器的指令缓存也变成了两份。

Barts的图形装配引擎

    我们知道，Barts的流处理器数量是Cypress的70%，按理说线程分配压力有所下降，那么设计两个线程分配处理器的目的只有一个，那就是提升效率。在DX11时代，几何着色再加上曲面细分单元引入之后，图形装配引擎会产生更多的并行线程及指令转交SIMD进行处理，因此指令派发效率成为了新的瓶颈。

    SIMD架构的优势就是可以用较少的晶体管制造成庞大的流处理器规模，拥有恐怖的理论运算能力；但缺点就是流处理器执行效率比MIMD架构低，其效率高低完全依赖于分配单元的派发效率。因此Barts这种双线程分配处理器的设计意义重大。

    双超线程分配处理器的意义：曲面细分性能翻倍

    HD6000系列可以说是半代改进的架构，既然数量上维持不变，就只能从改进效率的方面考虑了。而改进的内容就是加强线程管理和缓冲，也就是“双倍的超线程分配处理器和指令缓存”。

    根据AMD官方提供的数据来看，HD6870的曲面细分性能最多可达HD5870的两倍，这种情况出现在10级左右的中等细分程度，当曲面细分达到20级以上的时候，那么它们的性能就基本上没有区别了。

    由此可见，Barts核心当中的Tessellator单元本身在性能方面应该没有改进，其性能提升主要源于两颗超线程分配处理器。中等级别的曲面细分在指令分配方面是瓶颈，Barts改进的架构消除了这一瓶颈，所以性能提升十分显著，但如果细分级别特别高时，Tessellator本身的运算能力将成为瓶颈，此时线程派遣器的效率再高，也无济于事。

    看起来，AMD迫切的想要改进指令派发效率，以满足庞大规模流处理器的胃口，并且有效的提升备受诟病的曲面细分性能。AMD的做法就是继续保持现有架构不变，发现瓶颈/缺陷然后消除瓶颈/缺陷，这让笔者想起了一段老话：“新三年旧三年，缝缝补补又三年”。