完美DX10!ATI新王者HD2900XT权威评测

● 第二章/第二节/第三小节：ATI的第一代统一渲染架构：XENOS

    这一节，我们主要回顾下ATI第一代统一渲染架构：用于XBOX360的XENOS的图形核心。

XBOX360

    ATI从2003年9月与MICROSOFT签订协议，为新一代游戏主机XBOX360开发图形核心，由此开始，ATI正式着手研发第一代基于统一渲染架构的图形核心：XENOS。XENOS（研发代号C1）的研制工作于2005年底结束，也成为世界上第一个的统一渲染架构的图形核心

    Xenos一共由两个图形运算核心构成，主内核拥有2亿3200万晶体管，核心频率为500MHz，拥有48个Unified Shader。Daughter Die附内核拥有1亿晶体管，由NEC 90nm工艺制造，负责处理所有采样运算，包括色彩读写、混合，多重采样AA，Z轴运算等。

Xenos核心

Xenos核心的特点如下：

（1）是世界上首个基于统一渲染架构的图形核心，可以支持更加优化、效率更高的图形算法。
（2）具有硬件线程分派单元，可以充分提高shader单元的利用效率，配合unified shaders使核心的Shader负载更加平衡。
（3）具有智能的内嵌式存储器，可以提供高到320M/S的带宽，具有专门的逻辑控制单元以及加速反锯齿、 alpha blending等操作。
（4）可以和把数据直接读取或写入到CPU的缓存，更加高效的处理流式指令。
（5）Xenos有自己专门的编译器。

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● Xenos的统一渲染架构：

Xenos的渲染架构

    统一渲染架构，从硬件的角度来说，就是指不再有Vertex、Pixel Shader单元的划分，显示核心不再为Shader类型不同而配置不同类型的Shader单元，在统一渲染架构中这两种Shader单元被统一为Unified Shader，所有的Unified Shader单元都可根据需要需要进行处理，不管和是Pixel Shader类型还是Vertex Shader类型。

 

Xenos架构图

    Xenos具备48个“4D＋1D”（矢量+标量）的Unified Shader，其ALU单元为SIMD结构，每16个着色单元被合并为一个着色矩阵，调配哪几组Shader单元负责处理何种指令或者进行什么类型的计算，则由一个被称为thread arbiter（线程仲裁器）的部分来控制。不过，在Xenos中每个矩阵内部同一周期内只能执行同一类别的指令，要么Pixel Shader要么是Vertex Shader，虽然不太灵活，但还是实现了统一着色架构，大大提高了Shader单元的负载平衡。

   

shader array

    Xenos具备三组线程控制器，最大可以支持64个并行的线程，可以充分提高shader单元的利用效率，有效掩盖了着色管线的延迟问题。其统一渲染架构具备三组渲染单元（每个渲染单元具备16个Shader单元，总共具备16x3＝48个Shader单元），也就是说每一组渲染单元都将具有一组独立的线程控制器，而更多的仲裁器显然可以更加优化Shader指令的分派，根据ATI的测试表明，在通用图形计算中，Xenos的shader array可以达到95%的利用率。

   

 Geometry Tessellation Uni

    虽然没有引入Geometry Shader，但是Xenos中增加了一个Geometry Tessellation Unit镶嵌处理单元，可以对输入的三角形，矩形、正方形进行分割处理。不过，Xenos的Tessellation单元为固定功能的单元，不具有可编程性，也可看作是Geometry Shader的一个雏形，而Tessellation后来也成为DirectX 10中引入的Geometry Shader的功能之一。由于没有Geometry Shader，Xenos自身并不能生成多边形。不过Xenos中的MEMEXPORT、CPU streaming 技术可以实现类似于DirectX 10中的stream-out功能，所以，Xenos可以把数据发送给CPU的cache，然后通过复用实现生成多边形的目的。值得一提是MEMEXPORT可以直接和系统存储器交换向量数据，它的引入也提高了Xenos的通用计算性能以及可编程性（即扩展了shader program 的长度）。

    同时，Xenos的数据流控制效率更高，ATI还为vertex、pixel计算引入了统一指令集，可以更快速的执行一些复杂的图形算法，如高次表面和全局照明等等。

纹理拾取单元

    Xenos还拥有16个纹理拾取单元（过滤纹理单元，带LOD）和16个顶点拾取单元（无过滤/点取样单元）。如果需要还可以增加若干的附属纹理处理单元。所有这些元件都是由纹理处理阵列控制，且每一个纹理单元都有自己的纹理地址处理器。每一个过滤纹理单元都具备双线性取样能力，并可以支持三线性或更高的排列过滤技术（如Anisotropic Filtering，各向异性过滤）。由于XBOX36O采用了是UMA控制器类型，因此整个RAM系统都将支持纹理取样。为了弥补10MB eDRAM在进行反锯齿的时候容量不足的问题，Xenos以Tile Rendering 的方式来实现 FSAA。 此外，Xenos也支持Multiple Render Targets (多目标渲染)、Hierarchical Stencil Buffer（层次模板缓冲）、Alpha-to-Mask等主流技术。