DX10显卡中端对决！HD2600大战GF8600

第三章/第二节 RV630 VS. G84——流处理器规格

    上一代显卡的性能高低通常用“管线”来衡量，7900GT有24条（像素）管线，7900GS有20条管线，所以7900GT强。而到了DX10时代，NVIDIA和ATI都提出了流处理器的概念，“管线”已经成为历史，那么管线和流处理器之间有什么关系呢？NVIDIA的流处理器和AMD的流处理器又有多大差别呢？且听笔者慢慢道来……

● RV630 VS. G84 之 此流处理器非彼流处理器

    RV630拥有120个流处理器，而G84才32个，差距如此之大，但它们的性能差距并不会有这么夸张，这是为什么呢？

    NVIDIA将G80的128个统一着色单元命名为Streaming Processors；ATI将R600的320个ALU命名为Stream Processing Units。一字之差导致其含义完全不同，虽然通常都称之为流处理器，但其结构相差甚远，所以无法单纯通过数量来判断其处理能力。也正是从DX10开始，NVIDIA和ATI在Shader设计方面走上了截然相反的道路，两者分别对传统的Shader架构进行了革命性改进，

    但不管怎么说，无论NV还是ATI的流处理器，数量都大大增加，可是性能根本无法同上代的“管线”相提并论，比如32个流处理器的8600GTS多数情况下落后于24管线的7950GT，这是什么原因呢？

● “管线”的由来——1个时钟周期4次运算

    在图形处理中，最常见的像素都是由RGB（红黄蓝）三种颜色构成的，加上它们共有的信息说明（Alpha），总共是4个通道。而顶点数据一般是由XYZW四个坐标构成，这样也是4个通道。在3D图形进行渲染时，其实就是改变RGBA四个通道或者XYZW四个坐标的数值。为了一次性处理1个完整的像素渲染或几何转换，GPU的像素着色单元和顶点着色单元从一开始就被设计成为同时具备4次运算能力的运算器（ALU）。

    数据的基本单元是Scalar（标量），就是指一个单独的值，GPU的ALU进行一次这种变量操作，被称做1D标量。由于传统GPU的ALU在一个时钟周期可以同时执行4次这样的并行运算，所以ALU的操作被称做4D Vector（矢量）操作。一个矢量就是N个标量，一般来说绝大多数图形指令中N=4。所以，GPU的ALU指令发射端只有一个，但却可以同时运算4个通道的数据，这就是SIMD（Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流）架构。

 传统的管线/Shader结构

    可以这么理解，传统的1条管线里面包含了4个基本运算单元，在早期这种架构的执行效率还是很高的，因为大多数程序指令都是4D的。但由于API和游戏复杂Shader指令的发展，4D指令所占比重开始下降，3D/2D/1D等混合指令频繁出现，所以传统的管线式架构效率越来越低！

    因此，NVIDIA从G80开始架构作了变化，把原来的4D着色单元彻底打散，构成了128个基本运算单元，称之为流处理器。这些流处理器可以按照动态流控制智能的执行各种4D/3D/2D/1D指令，无论什么类型的指令执行效率都能接近于100%！

    如果硬是要把流处理器和传统管线建立一个公式的话，就应该是128÷4，因为目前4D指令还是要占很大的比例。但还要考虑到G8X的流处理器工作频率是核心频率的两倍（8600GT核心540MHz，流处理器1180MHz），所以8600GT的“管线”应该是32÷4×2=16条。

    由于G84是统一渲染架构，假设给它分配4条顶点管线，那就还剩12条像素管线。540/1400MHz的86GT和76GT的频率差不多，规格（12管）也差不多，因此两者在3DMark03、DOOM3、FarCry等老游戏中的性能没有太大差距，可是一旦启动近两年发布的新游戏，8600GT的性能立刻有了质的飞跃，可达到甚至超越7900GS！由此可见G8X全新架构的威力有多么可怕，GPU的效能得到了大幅提升！

● ATI改进传统架构，制造庞大规模的流处理器

    再来看看RV630核心，它实际上是24个统一着色单元（Shader），因为每个Shader当中包含了5个ALU，所以就是120个流处理器。24个着色单元假设还是分配4个顶点，那么还有20条像素管线，这个规格就要比G84多很多了。

 RV630每个Stream Processing Units的结构

    ATI的架构改进更容易理解一些，它并没有像NVIDIA那样将ALU彻底打散，Shader依然是Shader。但ATI通过增强ALU的运算能力以及超线程分配单元的调度能力，来提高Shader内部ALU的利用率和执行效率，从而在面对1D/2D/3D/4D等杂乱的混合指令时的表现会比上代产品强不少。

 HD 2000家族超强的浮点运算能力

    流处理器这个称号主要针对纯数学运算，因此R600/RV630的浮点运算能力要大幅领先于G80/G84。但是图形渲染指令要复杂很多，所以GPU资源利用率和效率就显得非常重要了。从目前的测试结果来看，ATI架构的效率确实要低于NVIDIA（当然也有驱动的原因在里面），但是RV630的硬件规模要大很多，数量优势可以弥补一切不足之处！