图形、计算齐头并进：AMD全新架构详解

AMD的新架构大大加强了加速计算能力，但依然称为“AMD Graphics Next”，可见传统的图形仍会有相当高的的地位，事实上AMD也在演讲中强调了3D图形仍然会继续进化。另一方面，AMD图形和计算架构并不是单独进化，而是隶属于更大的体系“Fusion系统架构”(FSA)的一部分，也就是说今后GPU、CPU会联系得越来越紧密，共同加速。

这里我们就再结合Eric Demers的演讲幻灯片看看AMD的图形核心架构是如何从昨天走到今天，又是准备如何一步一步走向明天。由于各方面的限制，这里不太可能做太详尽的介绍，只是走马观花预览一下，对更深入细节感兴趣的同学可以对着幻灯片好好研究研究。

Eric Demers

GPU演化第一阶段：2002年前，固定功能，专为图形服务，没有通用计算能力

第二阶段：2002-2006年，简单的Shader，以图形为主，支持浮点处理

DX8、DX9下的第一代Shader

第三阶段：2007年至今，图形并行核心，图形仍是关键，统一Shader架构，基本的通用目的计算

第三阶段进化：2010年至今，GPU计算，图形还是很重要，但也针对计算优化，实现高性能计算

VLIW5架构

对称的VLIW4架构

GPU计算能力的进化

AMD Fusion系统架构(FSA)路线图：物理集成(当前阶段)、平台优化、架构集成、系统集成

新架构中占据核心地位的计算单元(CU)

每个计算单元中都有四个SIMD单元(共享16KB一级只读缓存和32KB一级指令缓存)，各自可处理10个Wave，总计40个；一个矢量单元，每时钟周期可处理四个线程

全面的可读写缓存设计，每个计算单元16KB一级数据缓存、64KB二级缓存，而且后者可与所有前者互连

CPU使用MMU(内存管理单元)，GPU使用IOMMU(输入输出内存管理单元)；CPU、北桥和GPU使用统一寻址空间，都使用相同的x86 64位指针，无需转移数据

Fusion系统架构特点总结：GPU全面支持C/C++和其它高级语言，CPU/GPU统一虚拟寻址空间，GPU可以访问所有系统内存并处理分页错误，CPU/GPU之间保持内存一致性，GPU具备优先调度和上下文切换，FSA可同时用于独立显卡和Fusion APU，今后每年都会增加新特性

3D图形自然不会背抛弃，也会随同进化，而且GPU内仍会有固定功能硬件，未来还会实现FSA、3D的融合，让计算能力为3D图形服务

AMD下一代图形和计算架构要点

多任务统一计算：异步计算引擎(ACE)、多重并发上下文

可扩展的多任务图形引擎

原语管线和像素管线都可以灵活扩展

但是它们都使用统一Shader核心

异步计算引擎控制各个计算单元：命令管理器、独立和并发网格/团体调度器、实时任务调度、后台任务调度、计算任务图形处理、错误检测与校正(EDCC)

计算单元详细架构

计算单元详细架构

指令缓冲与欲取

指令仲裁与解码

分支与信息单元

整数标量单元

矢量ALU单元

非VLIW矢量引擎

本地共享内存(LDS) 矢量内存操作 可读写缓存 多级可读写缓存 标量＋矢量