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作者: wu.hn8401
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[AMD] 探究本源,新一代顯示卡到底“新”在哪

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wu.hn8401 發表於 2012-10-4 23:54:02 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
探究本源,新一代顯示卡到底“新”在哪!!?

測試了這麼多顯示卡,行文描述中總是免不了要用到“新一代顯示卡”或者“最新顯示卡”這樣的字眼,但是也被人問過“你說這是新一代顯示卡,那麼它到底新在哪,有什麼好的?”這樣的問題,看似很小白,但是細想一下,還真的是個問題。

  給顯示卡定義什麼是“新一代”無法做到數學公式那麼精確,但是可以肯定的是顯示卡外在的設計比如散熱器、風扇肯定不是衡量因素,這個得從顯示卡的內在來尋找。

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各種各樣的顯示卡中如何才符合“新一代”顯示卡的定義呢?


  如此一來,那麼常規的3D跑分、溫度和整機功耗測試就成了表面因素了,它們還是被顯示卡的內在設計所控制的,倒是有那些內在因素呢?

決定性因素:GPU架構設計
  第一個能想到的也只能是GPU架構設計,這一點是不帶絲毫猶豫的,我們常說的顯示卡升級換代指的就是GPU晶片架構變化了沒有,因為它幾乎決定了顯示卡各方面的表現,比如性能、技術規格、頻率等等關鍵指標。

  遠的就不說了,這裡就AMD顯示卡進入DX10時代以來的架構為例子吧。
  AMD這幾年使用的架構其實源於R600,最早用於HD 2900系列,HD 3800的架構和規格相比HD 2900系列其實沒什麼改變,當時的升級側重工藝最佳化。

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R600架構是典型的4D+1D體系


  DX10時代微軟的DX規範統一了像素渲染及頂點渲染單元,改為統一渲染單元。NVIDIA的策略比較激烈,直接轉向了MIMD(Multiple Instruction Multiple Data,多指令多數據)體系,而AMD改良了原來的SIMD(Single Instruction Multiple Data,單指令多數據)架構,為了相容DX的要求而形成了所謂的4D+1D的VLIW體系。

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正好今天有Videocardz做的AMD顯示卡進化歷史


  這種5D架構從HD 2900一直沿用到HD 3800、HD 4800以及DX11時代HD 5800、HD 6800身上,因為結構比較簡單,流處理器單元數量可以翻倍增長,到HD 5800時已經達到了從最初起的320個暴增到1600個。

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VLIW5架構在HD 6900時代變成了VLIW4


  VLIW5雖然簡單,但是隨着流處理器單元的增多,效率低下的問題也日益明顯,在HD 6900系列顯示卡上AMD改進了這一架構,使之成為VLIW4架構,表面上看流處理單元數量減少了,但是因為效率提高了,性能反而增強了。

  VLIW4之後AMD並沒有簡單的改進,終於開始研發新的架構了,這就是目前一代顯示卡使用的GCN架構。

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GCN架構是一次真正的革命而非簡單的改良


  AMD對GCN寄予厚望,因為GCN不單是新的顯示卡架構,而且肩負着AMD的融合計算的使命,在APU問世之後AMD考慮的是如何充分發布CPU和GPU的優勢實現異構計算,所以GCN在通用計算性能着墨頗多。當然了,3D性能設計的也非常厲害。

  GCN就是目前AMD顯示卡正在使用的架構了,從做過的測試來看,它的3D性能以及計算性能與前代相比都有很大提升,這也是判斷顯示卡是否屬於新一代的最重要參考。

第二大要素:GPU製程工藝
  GPU架構升級與否是定義新一代顯示卡的首要因素,但是GPU始終是一種半導體產品,架構再先進也脫離不了晶圓製程工藝的影響,後者不會直接決定GPU的性能高低,但是可以降低GPU核心面積、TDP以及發熱等重要參數。

  在GPU製程工藝上,AMD一直保持着領先優勢,從65nm轉向55nm、55nm轉向40nm以及最近的40nm轉向28nm工藝時都是AMD領先對手發布新工藝顯示卡,在這其中28nm工藝的升級尤其重要,堪稱一次革命。

  之所以強調28nm工藝升級的重要性,因為它除了是一次常規的工藝升級,也是台積電TSMC使用更多先進工藝的開始,意義堪比Intel從32nm升級到22nm 3D晶體管工藝,只不過後者主要用CPU中,影響更深遠一些。

  之所以這麼說是因為TSMC在28nm工藝節點開始啟用HKMG(高K金屬柵極)、Gate-Last工藝等技術,而一次升級如此多技術也帶來了很大的風險,為此TSMC不得不推出了幾種不同的28nm以降低風險。

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TSMC 28nm工藝有四種不同的工藝等級


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  28nm工藝中性能最好的是HP工藝,細分之下還有HP和HPM之分,AMD新一代顯示卡使用的則是28nm HP工藝,晶片密度達到了40nm時代的2倍,SRAM的面積則可以減少50%,速度比40nm工藝提高了45%,而HPL工藝的漏電流相比前代更是減少40%,大大降低了功耗。

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AMD新一代HD 7000系列的GPU性能大增的同時核心面積並沒有大幅增加


  以AMD為例,新一代顯示卡使用的核心分別是HD 7900系列的Tahiti、HD 7800系列的Pitcaron以及HD 7700系列的Cape Verde,晶體管規模分別是43.1億、28億以及15億,核心面積只有365mm2、212mm2以及123mm2,TDP功耗反而比上一代的HD 6900系列還要低,發熱上也明顯占優,新工藝帶來的優勢非常明顯,這也是能夠稱呼他們為新一代顯示卡的主要原因。

非必要但很重要的指標:先進技術支援
  架構+工藝這兩個要素基本上就能決定顯示卡到底是不是“值得升級的新一代”了,這部分的“先進技術”說起來也很籠統,也不是新一代顯示卡必須要具備的特點,不過這些技術的存在也是錦上添花,可以讓顯示卡用的更舒心。

·先進的多螢幕技術支援

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寬域2.0技術


  AMD在第一代DX11顯示卡HD 5800系列中引入了名為“Eyefinity”寬域技術,支援多螢幕顯示,在這一代的HD 7000系列顯示卡中又增強為Eyefinity 2.0(寬域2.0)。

  Eyefinity 2.0增加了新的5屏排列方式,配備更加靈活,而且最大解析度支援到16K*16K,完全超越了目前的主流需求。

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與之對應的則是顯示卡的介面全面數位化,DVI、HDMI及DisplayPort一個也不少


·高級的功耗管理技術

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  前面已經提到了製程工藝升級對降低功耗的幫助,但是使用了先進的製程工藝還需要更高級的功耗管理技術配合,這也是對廠商技術的一大考驗。

  同樣是AMD,在最新一代顯示卡上設計了ZeroCore功耗管理技術,在GPU空閒的時候可以將其關閉,待機功耗大幅降低,這一代的顯示卡限制功耗不到3W,相比前幾代的90W、27W以及24W幾乎是革命性進化。

·靈活的變頻技術
  NVIDIA的新一代GPU支援名為GPU Boost的動態超頻技術,GPU頻率不再固定,而是動態調整,變相提高了性能。AMD先行發布的顯示卡並沒有這樣的技術,但是今年中AMD推出了名為PowerTune Technology With Boost的技術(簡稱PTWB),同樣具備了動態超頻技術。

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  PTWB目前還只應用在了HD 7970 GHz Edition、HD 7950等部分顯示卡上,前者的頻率可以從1.0GHz加速到1.05GHz,後者不僅提升頻率到850MHz,動態加速頻率也達到了925MHz。

總結:
  以上這些只是一些簡單的例子,在為顯示卡“分級”的標準中,架構設計是最重要的考慮因素,因為它決定了顯示卡的性能和技術水準,再次的因素就是製程工藝了,雖然它不能直接決定顯示卡的性能水準,但是對顯示卡的核心面積、功耗及發熱至關重要。

  除了這兩大主要指標之外,先進的功耗管理、高級的多螢幕支援等技術也有錦上添花的作用,可以豐富顯示卡的功能,提升顯示卡的易用性等等。

  GPU架構升級和工藝升級不一定是同時進行,但是每次這兩個因素湊在一起的時候往往會讓顯示卡變得更強大,之前的一個例子是HD 5000系列,它首次使用了40nm工藝,更是最早的DX11顯示卡,雙重加持之下HD 5000系列成為了AMD的經典,比如HD 5770這款顯示卡從問世至今到現在都沒有退役。

  如今HD 7000系列也是架構+工藝同時升級的顯示卡,綜合已有的表現來看,這一代的顯示卡在性能、功耗、發熱等主要技術指標上全面占優,有望成為新一代的經典。

資料來源
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yhongnian 發表於 2012-10-5 00:26:58 | 只看該作者
感謝版主轉貼分享實用的資料!!!
3#
x61055t 發表於 2012-10-5 23:11:07 | 只看該作者
GCN架構真的很強大啊!!
4#
we243xp 發表於 2012-10-18 03:06:05 | 只看該作者
感謝大大的精彩解說
5#
smountains 發表於 2012-10-18 09:46:02 | 只看該作者
很詳細的解說!
(雖然我大部分都看不太懂)
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