Radeon HD 7000系列（一）Northern Islands族系簡介（上）

派膠

Radeon HD 5000 Evergreen長青木，Radeon HD 6000 Northern Islands（加勒比海）北方群島，不經不覺ATi已推出了六代具備高清能力的顯示晶片。2012年，Radeon昂然踏入HD 7000族系，AMD（ATi）較早前公布四個開發代號的名稱。這四個名都是地名，分別位於澳洲以東，南太平洋的島嶼，因此合稱為「Southern Islands」南方群島。四個名分別是Tahiti大溪地（高階）、Pitcairn皮肯特島（進階）、Cape Verde維德角（主流）及雙GPU的New Zealand紐西蘭，佔用型號名稱由7900至7700。至於更低階的7500/7600、7400及7350便分別由6000系列的Turks，Caicos及5000系列的Cedar PRO易名而來。由此可見，整個7000系列產品以7700為分水嶺，新產品集中在較高階的型號中（請參看附圖）。整體來說，四個新代號的產品除主介面由PCI Express 2.1改為PCI Express 3.0，速度由16GB/s上升一倍至32GB/s；支援DirectX 11.1及改用TSMC最新28mm high-K metal gate（TSMC的CLN28HP（HKMG））製程之外，在Front-End，運算架構，多媒體播放及輸出連接各部分都得到明顯的強化。

◆ 新產品採用最新28nm製程生產 ◆ 三個新代號定位不同 ◆ AMD 2012年顯示晶片的Roadmap

GCN Front-End結構更緊密 先講講Front-End部分，其設計與上一代Radeon HD 6900 Cayman並不相同。Cayman的主要為分兩個Graphics Engine，每個Engine各有相同的部件。而Southern Islands Tahiti的Front-End部件經過重新編排，而且更為緊密：兩個ACE（Asynchronous Compute Engine），兩個Geometry Engine（內有Geometry、Vertex Assembler各一及一個第九代Tessellator密鋪平面器）和兩個Rasterizer（內有Scan Converter和Hierarchical-Z各一）。結構當中重點是第九代Tessellator，AMD聲稱其效能可達第八代的4倍，連同第八代Tesellator的效能是第七代（6870 Barts）的兩倍，Southern Islands產品的密鋪平面能力最高是Northern Islands的七至八倍。如果屬實，實際效果將會十分明顯。

◆ Southern Islands的Front-End設計與Northern Islands的不同 ◆ Front-End的結構重新整理（網上圖片） ◆ Tessellator的效能一再提升

GCN結構更緊密 Southern Islands最主要的改變是轉用了GCN（Graphics Core Next）的運算架構，此架構早應用於Llano APU。負責運算的部件稱為「Graphics Core Next Compute Unit」，簡稱「Compute Unit」。設計者設計新引擎的出發點是需要一個「Scalable Multi-Task」的圖像引擎，注重擴充性（Scalability）及靈活性（Flexibility），於是放棄Evergreen及Northern Islands沿用的VLIW（VLIW5及VLIW4）運算模式，改用傳統x86 ISA的Scalar及Vector運算模式，這亦是新引擎的核心。每個GCN Compute Unit內大可以分為六個部分：1. Branch and Message Unit；2. Scheduler；3. Scalar Unit連Register；4. Vector Unit連Register；5. Texture部件及6. CU Data L1 Cache。Branch and Message Unit專負處理Branch程序及輸出信息（包括Debug或同步信息）；雖然在上一代Cayman的TeraScale 3架構中，將Ultra-Threaded Dispatch Processor的數量增加一倍至兩個，而在Tahiti的GCN架構中，每個GCN各有一個Scheduler，即Scheduler數量與所開動的Compute Unit數量掛鈎。以效能最高的Tahiti XT為例，Scheduler數量與GCN Compute Unit數量一樣共有32個。根據APU的GCN架構，這個Scheduler應該包括以下幾個部分：Instruction Fetch Arbitrator，4個SIMD PC（Program Counter）& IB（Instruction Buffer），Intruction Arbitrator和4個Decoder（Export/GDS Decode，LDS Decode，Scalar Decode和Vector Decode）。即是指令經過Prefetch預取及Decode解碼後，便會按屬性泵入不同的地方進行暫存或處理。

GCN運算部件是x86 ISA設計 Compute Unit內的Scalar Unit及Vector Unit就是負責運算的核心。Scalar Unit內有一個ALU，配以4KB Register（APU時發表的GCN卻是8KB），負責處理32/64bit Scalar整數運算；Vector Unit採用新型的「SIMD-16」，配以64KB Register。SIMD-16是Multi-Precision（MP，多精度）設計，每個時脈可同時處理16個32bit單精度（Single Precision）IEEE浮點（IEEE 754-2008）或32bit整數運算。根據官方資料，如果將GCN Compute Unit（4x SIMD-16）與TeraScale 3引擎的SIMD引擎（16x VLIW4）比較，大家同是64 Single Precision MAC（multiply-accumulate）運算，前者只需要標準的編寫器及優化方法，較容易Debug和分析，開發的時間及成本也較少，而且效果較能預料，更有利於軟件商開發複雜的遊戲。新設計在效能上亦有所提升，以7970為例，32個Compute Unit行925MHz，單精度運算效能（Single Precision Compute Power）達到3790GigaFLOPs/s，比上一代6970 Cayman高得多（2700GigaFLOPS/s），而雙精度運算效能（Double Precision Compute Power）便達到947 GigaFLOPS/s，比6970 Cayman（683 GigaFLOPS/s）提升接近40%；與Cayman一樣，TMU（Texture Mapping Unit）貼住運算部件，每個GCN的Compute Unit都有4個Texture Filter Unit和4x4個Texture Fetch Load/Store Unit，大可以睇成為「4個TMU」。以最高規格的7970 Tahiti XT，內有32個Compute Unit，即一共有128個TMU，比6970（24 x4 = 96個）；最後還有16KB（4組，每組64 line，每line 64Byte）的L1 Read/Write Cache，同來暫存Vector Unit的資料。

◆ TeraScale 3的VLIW4結構（左）和GCN的SIMD-16結構比較 ◆ GCN Compute Unit方塊圖

◆ 在Fusion時首次公開「GCN」的設計

查詢: AMD: http://www.amd.com