E X P
  • 编辑
  • 评论
  • 标题
  • 链接
  • 查错
  • 图文
  • 全文浏览

    Vega架构改进

    新旧两代显卡架构对比图:


    Polaris显卡架构示意图


    Vega显卡架构示意图

    早前AMD曾经召开过几次的Vega架构显卡吹风会,透露了Vega显卡的四大特性:高带宽缓存控制器、下一代计算单元NCU、高级像素引擎、新一代几何渲染引擎。这次我们的内容也会围绕这四大亮点来解说。

    新一代显存架构:HBM 2+HBCC

    虽然AMD在Fiji核心上已经率先采用了HBM显存,当时Fiji核心一经公布,就引发了业界的一番讨论热潮,原来显存还能这样玩,HBM直接和GPU核心集成在同一块基板上,大大地节省了PCB面积,显卡能做得非常小(R9 Nano就是例子),而且减少了信号传输延迟。不过当时Fiji架构没有针对HBM研发的,HBM显存优势并没有得到体现,而且只有4GB的容量在当时高性能显卡中算是比较落后。但Vega核心经历大改,针对性优化HBM2之后,AMD称其为世界上最具并行性的GPU显存架构。

    HBM首个完整规范就是AMD联手SK海力士研发的,因此初期只有AMD显卡专用,HBM说到底就是一种拥有超高位宽同时超功耗低内存芯片。与目前的闪存颗粒一样,也是由若干层高带宽内存Die垂直堆栈,每一层内存与底层的逻辑控制电路通过TSV硅穿孔、微凸点技术直接互连,再通过同样的技术,经中介层与GPU直接通信。

    第一代HBM频率最高只有500MHz(等效频率1000MHz),每颗HBM显存总线位宽高达1024Bit,四颗总位宽就高达4096Bit,总带宽超过512GB/s,电压低至1.3V。

    经过一年的发展,HBM 2显存相关技术规范已经准备差不多,同时成为JEDEC标准之一。HBM 2显存最大提升在于实现了8-hi堆栈,容量可以由每颗粒1GB提升至8GB,工作频率由1000MHz提升至1890MHz(比预期的稍有缩水),Vega专业卡只用两颗就能达成16GB容量,游戏卡只要一颗就能拥有8GB显存。

    说到底,HBM 2显存就是用超高的位宽,辅以较低的频率就能提供超高的带宽,这一点和NVIDIA不断提升频率做法相反,但是目前来看,AMD HBM 2显存带宽优势将可能被NVIDIA今后高达16Gbps的新显存所抵消。


    距离AMD宣称2x带宽提升还差一点点


    HBM 2显存占用的面积比GDDR5更低,单位面积容量提升8倍

    AMD为了展示HBM 2显存性能,演示了一间起居室的照片级渲染画面。原本需要花费数小时去渲染的600GB场景,但在Vega架构配合HBM 2加持下,仅仅几分钟就渲染完成。最终效果还能实时移动镜头去查看房间的角落,细致的画面令人感到震惊。


    之前AMD放出的Radeon Pro Vega核心渲染图,下面两颗就是HBM 2显存


    我们拆解的AMD Radeon Vega Frontier Edition显卡核显,与渲染图一致

    如果说HBM 2显存是Vega显卡一大特色,那么HBCC高带宽缓存控制器可以说是其杀手锏。从之前显卡架构示意图来看,以往显卡内存控制器只能控制GDDR5显存,Vega大改以后HBCC就厉害了,它还可以连接显卡PCB接入的SSD(Radeon Pro SSG那种)、网络存储、系统DRAM等不同形式的片外存储器件,甚至可以将HBM 2显存作为最后一级缓存使用,将片外存储器件的寻址页面保存在显存中,方便GPU调取外部数据时快速寻址,减少延迟。


    HBCC高带宽高缓存控制器

    而且AMD表示HBCC的寻址位宽是49位,2的49次方就是512TB!也就说未来开发者可以把所有的存储器件都当做显存来用,只要速度够快!如此一来Vega显卡就可以成为一个名副其实的计算卡,看来AMD是为Vega在人工智能、深度计算上隐藏了一个大招。

    AMD为了让HBCC能自如地使用TB级的数据,将所有诸如像素引擎、几何渲染引擎、计算引擎通过L1缓存可以直接访问增大至4MB的二级缓存上,二级缓存又充当为一个缓存次角色,后面可以接入所有外部存储器件。


    自适应、细粒度数据迁移

    在《杀出重围:人类分裂》中,启用了HBCC高带宽缓存控制)后,GPU的显存寻址效率提升明显,对应所需的显存大小需求更小,从而提升了游戏画面速度。在帧率优化演示中,启用了HBCC后,游戏平均帧数提升了50%,最小帧率提升一倍,游戏画面非常流畅。

    演示过程中,AMD还将HBCC的显存寻址上限从4GB缩小到2GB,即便如此,在显卡只能使用一半的显存依旧能获得流畅而稳定的游戏画面,这个就要归功于超高带宽的HBM 2显存和高效率的HBCC。

    不过HBCC这个功能并不是强制性的,游戏开发商需要专门研究它的特性,并且针对性开发才能顺利使用,提升游戏效率。而在驱动中,这个功能是默认关闭的。

    新一代NCU单元:

    AMD GCN架构改了一代又一代,不过测试下来一看,每一代的性能提升并不大。今年在Vega上,AMD也是痛定思痛,设计了“全新”的NCU(Next-Generation Compute Engine)架构,之余GCN 5.0这个名字从来没有在官方场合出现过,所以我们只知道这一代架构就叫Vega。AMD宣称是优化了IPC性能,病提高了运算单元的灵活性。

    一般来说我们玩游戏、3D渲染对于单精度FP32、双精度FP64要求比较高,而在大规模深度计算中却对半精度FP16有非常高的需求,在深度计算领域先行一步的NVIDIA早就意识到这个问题,率先加入了对FP16半精度支持,半精度性能几乎是双精度的两倍,在深度计算上性能优势十分明显。而AMD在Fiji还是Polaris架构上都慢半拍,没有周全考虑到,导致其专业卡在市场是不受青睐。

    因此Vega GPU中首度引入了紧缩的半精度计算支持,Vega的微架构被称为“NCU(下一代计算单元)”,每个NCU中拥有64个ALU,它可以灵活地执行紧缩数学操作指令,如每个周期可以进行512个8位数学计算,或者256个16位计算,或者128个32位计算。这不仅充分利用了硬件资源,也大幅度提升Vega在深度学习计算的性能。效果也非常显著,在之前公布的Radeon Instinct MI25计算卡就是基于Vega架构的,其FP32单精度浮点性能12.5TFLOPS,而半精度FP16性能直接翻倍到25TFLOPS。

    现有的GCN单元中每个CU计算单元是64个流处理器,实际上是由4组固定16-Wide的单元组成,而Vega显卡的NCU单元中流处理器数目更具灵活性,可以根据工作负载来动态调配,避免浪费计算单元。


    AMD与NVIDIA在单精度与半精度单元使用上如出一辙,都是可以将两个16bit单元组装成一个完成的32bit单元使用。

    大家肯定很想知道,AMD新加入的FP16单元对于游戏玩家来说有什么作用,答案就是它可以加速TressFX毛发渲染的速度,这就是运用到RPM的特性,网易的新网游《逆水寒》就是使用这种技术,可以让“海飞丝”特效更加柔顺。

    现在AMD强调Vega显卡为更高的时钟频率及IPC性能优化,其实Polaris显卡的频率经历RX 400、RX 500两代,频率对比从前已经大有长进,能跑到1500MHz上,不过这也是AMD显卡的上限了。而老对手NVIDIA Pascal显卡起步就是1500MHz水平,Boost频率分分钟能上2000MHz。

    既然AMD说明Vega的NCU已经对更高时钟频率作出优化,我们从已经发售的AMD Radeon Vega Frontier Edition专业显卡就知道,最高频率可以达到1600MHz,不过依然是不够出彩,据说RX Vega游戏卡频率将会设定在1630MHz。

    下一代计算单元NCU中引入了RPM(Rapid Packed Math),专门用于加速FP16的运算速度,新的着色器可以利用RPM,在AMD一直引以为豪的TressFX毛发渲染中,Radeon RX Vega显卡每秒能渲染的头发数量增加了一倍,因此RPM能够辅助GPU核心进行更快更强的的物理计算。

    新一代几何渲染可编程引擎:

    几何渲染计算是所有图形渲染的基础,它的重要性不言而喻,而Vega 10就拥有四个几何渲染引擎。不过在过往,AMD一直都是采用固定的流水线来处理几何计算,虽然这种固定的几何着色引擎具有像DSP那样的高效、速度快等优势,但是对于现在的游戏来说,渲染场景变化非常大,这种固定式流水线显得不够灵活。

    AMD举出了一个例子,那就是Benchmark杀手的《杀出重围:人类分裂》,在这个Benchmark测试场景中,画面中的物体元素非常复杂,整个场景每个物体共包含2.2亿个多边形需要计算,但是很多物体都是被遮盖,实际上只要输出0.02亿个多边形就能完成画面渲染,其余的多边形根本不需要显示出来,换而言之,多达98%的性能被白白浪费了。


    《杀出重围:人类分裂》Benchmark场景


    《杀出重围:人类分裂》几何线框渲染图

    因此新一代的几何渲染可编程引擎诞生了,灵活地运用几何着色器进行特定的算法优化,将大量不必要的渲染计算全部忽略掉,只保留我们可视部分,从而达到节省硬件资源和能耗、提高游戏性能目的,其实这个也是游戏优化思路之一。

    图像除了经过顶点着色器和几何着色器常规处理,Vega架构中还引入了一个全新的Primitive Shader(原始着色器),AMD解释这种新型着色器可以大幅度减少不必要的几何计算,实现更加快速、精简的渲染过程。据说引入这个机制的灵感是因为主机开发者对于主机性能更为敏感,总是要各种花式优化游戏(讲到底就是在你看不到的地方砍渲染精细度,这也是没办法,主机性能就是这么多)。

    提升几何计算性能的另一个方法就是让GPU可以同时控制更多的着色器引起,因此加入了名位“Intelligent Workgroup Dostributor”(智能工作组分发器)的单元,该分发器可以实现对更多的着色器引擎的控制,并且可以根据负载情况智能地在各引擎之间均衡分配几何计算任务。


    最终AMD在Vega架构显卡上实现了两倍的每时钟周期几何性能提升

    新一代像素引擎:

    最后一部分的改进就是针对像素着色引擎进行优化,并且将其命名为Draw-streaming binning rasterizer(流式传输光栅器),其工作原理和之前的几何渲染引擎很相像,也是通过预先识别出无需出现、不必要的被遮掩像素,直接把这部分像素渲染计算剔除掉,以此达到更加高效的像素渲染性能。也能帮助显卡减少工作量、发热、耗电量,间接地提升了性能以及能耗比。

    翻看前面的PPT,你会发现像素着色引擎通过L1缓存直接与L2缓存相连,后端渲染单元可以直接访问二级高速缓存,此时缓存内的数据都是更新过保持最新状态,实现了硬件存储一体化,对于延后式渲染技术的性能有不少提升,特别适用于VR渲染应用。不过由于渲染流分档光栅器不是Vega架构中必须项,游戏开发者可以按照实际情况来觉得是否采用这个技术,换而言之就是,目前目前已有的游戏都适用渲染流分档光栅器,需要游戏开发者针对性优化,才能体现其威力。

    除了硬件上的改进,Vega架构支持目前最为完整的DirectX 12_1特性,而且对Vulkan 1.0会进行全力支持。

    同时依据AMD在最近的17.7.2驱动上功能大更上,支持Freesync 2技术,融入了HDR支持。

    ×
    热门文章
    1微软Windows Defender被曝影响英特尔CPU性能,涉及8到11代酷睿
    2Steam Deck工程师警告不要擅自更换M.2 2242规格SSD,会影响机器寿命
    3主板厂商大幅下调2022年目标出货量,新一代CPU/GPU发布也很难推动销售
    4大众发布ID.Aero概念车,风阻系数仅0.23的纯电动轿车
    5传苹果iPad 10将放弃Lightning改用USB-C,同时屏幕增大至10.5英寸
    6星巴克和三星发布联名款手机/耳机保护壳:白绿配色,惊艳咖啡杯造型
    7先马黑钻1000W电源性能追踪评测:持久实力还是昙花一现?
    8苹果M2版MacBook Pro入门机型SSD性能降级,单个NAND闪存芯片所致
    9Valve将提高Steam Deck出货量,接下来每周翻倍
    已有 115 条评论,共 364 人参与。
    登录快速注册 后发表评论
    • 游客  2019-11-13 13:12

      超能网友 终极杀人王

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 13:26 已有17次举报
    • 支持(11)  |   反对(13)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      119#

    • 游客  2019-04-04 13:27

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2018-12-30 16:15
    • 支持(4)  |   反对(3)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      118#

    • 游客  2018-12-30 16:15

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(4)  |   反对(3)  |   举报  |   回复

      117#

    • 游客  2017-11-15 18:41

      超能网友 终极杀人王

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 13:26 已有17次举报
    • 支持(11)  |   反对(13)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(4)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      116#

    • 游客  2017-11-06 19:23

      超能网友 初中生

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-10-01 22:11 已有6次举报
    • 支持(0)  |   反对(7)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      115#

    • 超能网友初中生 2017-10-01 22:11    |  加入黑名单

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-30 23:07 已有6次举报
    • 支持(0)  |   反对(2)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有6次举报

      支持(0)  |   反对(7)  |   举报  |   回复

      114#

    • 游客  2017-09-12 09:57

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-22 16:08 已有1次举报
    • 支持(2)  |   反对(5)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      113#

    • 游客  2017-09-07 20:22

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      112#

    • 游客  2017-09-07 16:28

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-23 18:57 已有2次举报
    • 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(8)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      111#

    • 游客  2017-08-30 23:07

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有6次举报

      支持(0)  |   反对(2)  |   举报  |   回复

      110#

    • 游客  2017-08-30 12:13

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-23 18:57 已有2次举报
    • 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(2)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      109#

    • 游客  2017-08-28 10:41

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      108#

    • 游客  2017-08-24 11:06

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-23 18:57 已有2次举报
    • 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      107#

    • 游客  2017-08-23 18:57

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      106#

    • 游客  2017-08-22 23:05

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(5)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      105#

    • 游客  2017-08-22 18:20

      超能网友 小学生

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-22 00:16 已有1次举报
    • 支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      104#

    • 游客  2017-08-22 16:08

      超能网友 终极杀人王

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 13:26 已有17次举报
    • 支持(11)  |   反对(13)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(2)  |   反对(5)  |   举报  |   回复

      103#

    • 超能网友小学生 2017-08-22 00:16    |  加入黑名单

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 21:17 已有1次举报
    • 支持(3)  |   反对(2)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      102#

    • 游客  2017-08-21 21:17

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(3)  |   反对(2)  |   举报  |   回复

      101#

    • 超能网友终极杀人王 2017-08-21 13:26    |  加入黑名单

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有17次举报

      支持(11)  |   反对(13)  |   举报  |   回复

      100#

    • 超能网友博士 2017-08-21 12:31    |  加入黑名单

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 11:29 已有2次举报
    • 支持(0)  |   反对(1)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      99#

    • 游客  2017-08-21 11:44

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-20 14:22 已有6次举报
    • 支持(1)  |   反对(6)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(1)  |   反对(1)  |   举报  |   回复

      98#

    • 游客  2017-08-21 11:29

      超能网友 博士

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 10:53 已有1次举报
    • 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(0)  |   反对(1)  |   举报  |   回复

      97#

    • 游客  2017-08-21 11:21

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      96#

    • 游客  2017-08-21 11:16

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      95#

    • 超能网友博士 2017-08-21 10:53    |  加入黑名单

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 10:10 已有2次举报
    • 支持(0)  |   反对(1)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      94#

    • 游客  2017-08-21 10:10

      超能网友 博士

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 10:03 已有1次举报
    • 支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(0)  |   反对(1)  |   举报  |   回复

      93#

    • 超能网友博士 2017-08-21 10:03    |  加入黑名单

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-21 08:00 已有2次举报
    • 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有1次举报

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      92#

    • 游客  2017-08-21 08:32

      游客

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。
      2017-08-20 14:22 已有6次举报
    • 支持(1)  |   反对(6)  |   举报  |   回复
    • 该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      支持(0)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      91#

    • 游客  2017-08-21 08:00

      该评论年代久远,荒废失修,暂不可见。

      已有2次举报

      支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复

      90#

    加载更多评论

    登录 后发表评论,若无帐号可 快速注册 ,请留意 评论奖罚说明