AMD Hawaii核心架构解析 - 泰坦的“陨落”，Radeon R9 290X同步评测

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AMD Hawaii核心架构解析

　　R9 290X及R9 290显卡都使用了新的Hawaii（夏威夷）核心，与前代HD 7970使用的Tahiti核心相比，二者都使用了AMD的GCN架构，放弃了之前使用多年的VLIW体系，提高了计算效率。在具体的设计上，Hawaii则比Tahiti还有进一步的改善。

Tahiti核心架构示意图

　　Tahiti核心有32组CU计算单元，每组CU单元由4组SIMD阵列组成，每组SIMD阵列又有16个ALU单元，1个纹理单元，这样总计有2048个流处理器单元，128个纹理单元。前端则有2组ACE管理单元，2组几何单元，他们与32组CU单元搭配了8组后端单元，共享768KB L2缓存和6组64bit GDDR5显存，总计32个ROP单元，384bit位宽。

Hawaii核心架构示意图

　　Hawaii核心首先大幅增加了计算单元数量，它由4组Shader Engine渲染引擎组成，每组渲染引擎又包含11组CU单元，每组CU单元的组成基本不变，这样一来CU单元总数就从原来的32组提高到了44组，流处理器单元数量从2048提高到了2816个，纹理单元则达到了176个。

　　此外，几何单元和光栅单元也被放到了渲染单元中，Hawaii核心的几何单元数量就从原来的2组变成了4组，而ROP单元从原来的32个暴增到64个。

　　核心规模的增长也使得Hawaii的核心面积达到了438mm2，晶体管数量达到了62亿个，但是与Tahiti相比，在同样的28nm工艺下，Hawaii的晶体管密度实际上增大了，核心面积只增加24%的情况下晶体管增加了近50%，几何渲染能力提升了90%。

前端单元改进很大，ACE单元数量和执行能力都有大幅提升

　　在Hawaii架构中值得关注的改进还有前端单元，ACE异步计算引擎从之前的2组提高到了8组，而且Hawaii的ACE单元执行能力大幅提升，每周期可管理8个队列，Tahiti核心中的ACE每周期只能管理2个队列，总的管理能力从每周期4队列提升到了每周期64队列。

　　根据此前对PS4处理器的分析，Hawaii的8个ACE单元设计跟PS4是一样的，管理能力也是一样的，据说这是索尼建议AMD改进的，这事不管真假都说明AMD和索尼（Xbox One中也跟微软合作了）的合作不是简单的定制APU而已。

512bit位宽

　　另一个值得注意的地方是显存位宽，Hawaii核心将成为Radeon HD 2900XT之后另一个采用512bit显存位宽的显卡了，此前包括NVIDIA的GK110和AMD的Tahiti核心在内的一众旗舰显卡都只用了384bit位宽。

　　对于显存位宽的问题，我们之前在GPU 14大会上也曾询问过AMD的设计师，后者解释说512bit位宽比384bit位宽确实要复杂一些，但是AMD也仔细评估了高频率+低位宽与低频率+高位宽两种显存设计的利弊，认为高位宽+低频率的组合还是要优于前者，通过优化，521bit显存控制器占用的面积反倒比之前384bit位宽更低20%，因此Hawaii选择了512bit位宽，这样一来显存频率不需要太高就能达到极高的带宽。

　　实际的显存运行速度是5Gbps，总的内存带宽是320GB/s，比384bit位宽+6Gbps速率的GK110和Tahiti核心的带宽依然要高出20%，如果换算成单位面积的带宽，这个指标更比前代高出50%以上。