年度GPU架构回顾 显示世界的2012(1)(2)

宿命，开普勒登场

Tahiti的革新可以说是2012年架构革新的一剂强心剂，它不仅让我们看到了希望，更对竞争对手NVIDIA的新架构充满了期待。与Tahiti的开放和释放信心不同，NVIDIA接替Fermi的开普勒架构一直做足了保密工作，直到发布的一瞬间才让整个世界为之一顿。

性能功耗比革新巨大的开普勒

开普勒图形构架拥有超过35亿的晶体管规模，核心面积294平方毫米。与上代的Fermi构架相比，其运算资源总量提升到了1536个ALU，Texture Filter Unit由Fermi的64个增加到了128个，构成后端的ROP则下降为32个。GTX680同样拥有全新设计的MC结构，4个64bit双通道显存控制器组合形成了全新的256bit显存控制单元，GTX680也因此采用了容量达2048MB的显存体系。

完整的GK104架构

GTX680的特色由六个主要的部分组成：

1、与Tahiti同样基于HKMG的TSMC全新28nm工艺。

2、与Fermi完全相同的4XGPC宏观并行设计。

3、8个包含了几何引擎、光栅化引擎以及线程仲裁管理机制的SMX单元。每个SMX单元包含一组改进型的负责出力几何任务需求的PolyMorph Engine，192个负责处理运算任务及Pixel Shader的ALU，16个负责处理材质以及特种运算任务如卷积、快速傅里叶变换等的Texture Array，二级线程管理机制以及与它们对应的shared+unified cache等缓冲体系。

4、负责完成fillrate过程以及输出最终画面的32个ROP单元阵列，以及对应L2 cache的4个64bit显存控制器MCMemory Controller），负责视频回放及处理的PureVideo HD单元，以及全新的负责视频编码部分的NVENC。

5、根据功耗以及用户自定义负载需求实时调节GPU的GPU Boost功能，全新的TXAA以及抑制画面撕裂和顿挫的Adaptive VSync主动垂直同步技术。

开普勒架构GK104芯片核心照片

开普勒构架与Fermi构架在宏观层面上非常接近，其改进主要集中在微观结构层面，它使用了全新的SMX单元来替代传统ALU团簇结构，弃用了沿用数年的ALU分频机制，进一步改进了包括Cache/shared以及寄存器在内的缓冲体系，调整了线程仲裁机制并引入了全新的scheduling过程，为今后的架构发展做出了铺垫，引入了开创性的功耗性能管理机制，同时还强化了单卡多屏输出等功能性环节。

Tahiti与开普勒在宏观和微观结构对比中互有异同，Tahiti可以被看做是一个不同于AMD既往产品的，对称并行分布、core部分神似larrabee而uncore部分接近Fermi的全新结构，开普勒则可以被看做是一个4GPC并行，内部结构大幅调整优化的同时保留了之前产品优势的作品。Tahiti架构在维持吞吐的同时转向强调灵活性并进行了针对改进，而开普勒则在维持灵活性的前提下做出了平衡性能与功耗的努力。两者都在向着中线，也就是最佳的性能功耗比去靠拢。