卡皇是这样诞生的 深入剖析AMD Radeon HD7970

序

   拥有28nm的优势无疑令外界对Radeon HD 7970充满期待，不仅仅是因为它是第一款28nmGPU，而且它是南方群岛家族当中第一款产品，也是第一款产品采用GCN架构。这种期待让Radeon HD 7970发布充满压力，因为Radeon HD 7970不仅仅要拿出强悍的游戏性能，作为首款GCN架构产品，Radeon HD 7970更要来证明自己是GPU计算领域强有力的竞争者。Radeon HD 7970是否能不辜负大家期待？让我们来看看...

    Radeon HD 7970显卡拥有诸多第一。第一款使用28nm GPU，第一款支持Direct3D 11.1，第一款AMD南方群岛家族产品，第一款采用AMD GCN图形核心架构。所有这些属性结合起来，使Radeon HD 7970显卡不同于AMD以前任何一款显卡产品。

    作为AMD南方群岛家族旗舰产品，Radeon HD 7970采用AM完整规格Tahiti核心，内建2048个流处理器，基于SIMD GCN架构。有了这么多的流处理器，再加上一个384bit GDDR5显存总线，Tahiti晶体管数量再创新高就毫不奇怪，晶体管总数量达到43.1亿。采用台积电28nm High- K制程工艺，裸片尺寸达到365平方毫米，仅略小于AMD 40nm Cayman GPU的389平方毫米。

    Radeon HD 7970核心工作频率定在925MHz，浮点运算能力达到3.79TFLOPs，VLIW4架构的6970浮点运算能力是2.7TFLOPs。Radeon HD 7970采用位宽更大的384bit GDDR5内存总线，主频1.375GHz（5.5GHz数据速率），内存带宽高达264GB/s，超过了6970 的176GB/s。
 
    这些功能单位加入其它元素，包括8 个ROP分区，每时钟周期可以处理32个ROPs，128个纹理单分布到32个CU计算单元当中，（C一个固定功能管线包含AMD第9代几何引擎。当然，所有这些硬件通常需要消耗相当的电力，但幸运的是28nm工艺所带来的进步，得以实时监控显卡消耗的电力。 AMD没有提供公版功耗具体数字，，但我们估计它在220瓦左右，具有绝对的250瓦PowerTune限制。同时闲置功耗非常低，得益于AMD进一步研发省电技术，显卡典型的闲置功耗只有15瓦，搭配AMD新的ZeroCore电源技术，闲置用电量下降到微不足道的3瓦。

    和Radeon HD 5870和4870发布价格相比，7970的价格没有那么有攻击性，厂商建议零售价将是4299~4599元人民币，这次性能和价格都比较往上走，而不是通过便宜的制造成本优势，积极进行削价竞争。随着时间推移，AMD需要把7970价格下调，但他们为7970定出的价格，的确反应该卡的GPU性能王座地位。

    1月9日之后，AMD将逐步推出南方群岛家族产品，和之前的Evergreen和北方群岛产品类似，AMD公司计划在2012年推出多款南方群岛产品，因此，7970仅仅是一个开始。

全新的GCN架构

    NVIDIA和AMD在产品发布大约6个月前，都已经开始向开发者显露自己的架构。这与CPU发布非常相似，即提前数月公开披露是体系结构的基本原则。这种公开披露非常有必要，因为计算开发管线（具体而言，HPC）更多着重为一个特定架构优化代码，以最大限度地提高性能，而图形开发在相当程度上仍然由API主导，因此要做到这点，计算开发者需要尽快尽可能多地了解新架构。

    VLIW架构非常适合图形工作，但它差在计算工作。 VLIW架构在高指令级并行（ILP）应用当中有很好发挥，大多数像素操作和颜色分量渠道都是独立寻址。事实上，在AMD推出Cayman时候，发现VLIW5架构下，着色程序平均槽利用率为3.4，显示大多像素或其他数据类型的着色操作是可以一起安排和调度。

    VLIW的硬件特征显示，为了VLIW架构工作，工作量需要很好地映射到架构上。简单的ALU不能处理复杂的操作，这些复杂操作对VLIW架构只有坏处，复杂操作因为依赖性或者其它冲突，无法让调度器进行安排。正如我们所看到，图形操作可以完美映射到VLIW上，这是为什么自像素着色出现以来，GPU一直在使用VLIW。在VLIW当中，即使图形操作没有达到完美的利用率也没关系，因为VLIW采用密集型设计。

    当谈到计算工作量，VLIW架构就开始捉襟见肘。 “计算”涵盖了广泛的工作负载和算法，图形算法可以硬性规定，但计算工作量可以覆盖几乎任何东西。一方面，如密码散列等计算工作可以很好的映射到VLIW架构。另一方面，也有大量无法很好映射到VLIW架构的计算工作，甚至有的计算工作同时包含高度串行和高度并行的工作量。

Cayman的VLIW4架构

    因此，只要处理高度并行工作，VLIW架构是ok的，但使用VLIW作为计算架构，那么就会限制CPU所擅长的工作。因此，你想处理一个更广泛的计算负载，你需要一个更通用的架构，这是AMD所面对的局面。

    但是，AMD在已经拥有成功的图形GPU事业，为什么还要追寻计算业务？长期来看，GCN是AMD Fusion战略重要组分，但在短期内有一个更简单的答案：因为他们不得不追寻计算业务。

    2011年第三季度， NVIDIA专业解决方案业务（Quadro +Tesla）营业收入9500万美元，营业额2.3亿美元，NVIDIA的消费GPU业务营业收入为1.46亿美元，但营业额有6.44亿美元，显然，专业产品有更高的利润率，是业务量不断增长的市场，特别是GPU计算方面。目前NVIDIA和AMD在独立GPU市场平分秋色，但只有NVIDIA在专业市场大赚钞票。对于AMD GPU业务来说，它不再满足只注重图形，AMD需要一块较大的专业市场，好在未来生存和茁壮成长。因此，我们就看到了GCN横空出世。