GPU当CPU使 AMD HD 7000显卡详细解析

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此前大家都在猜测，AMD会不会在下一代HD 7000显卡上，使用全新的Graphic Core Next架构，不过近日，国外某网站泄露的消息，验证了AMD迫切希望赢得一场全面胜利的信心。HD 7000系列将会引入全新的Graphic Core Next架构（后文简称GCN），并且随同推土机处理器组成一个整容强大的天蝎平台。
HD 7000系列除了全新Graphic Core Next架构以外，还采用了比GDDR5带宽高一倍的Rambus XDR2显存，它在功耗降低30%的情况下，带宽提升了一倍，达到最高256GB/s的带宽，以满足以后AMD CPU/GPU共享内存、显存协同计算的需要。
此次曝光了HD 7000系列8款显卡的型号、规格，其中New Zealand、Tahiti和Thames采用了新一代Graphic Core Next架构，而Lombok仍采用VLIW-4D老架构。让我们通过下表对具体情况进行下了解：


HD 7000 规格分析
首先我们看到，HD7000代号为Southern Islands，其中又分出4个小型号，按性能由强到弱依次为：New Zealand，Tahiti，Thames，Lombok。其中HD7990为HD6990的升级版，HD7970为HD6970的升级版，其他依次类推。那么这些升级版具体升级的是什么？让我们再来看下一张表：


以HD7970和HD6970来对比，在制作工艺上，由40nm升级到了28nm，SIMD阵列，流处理器数，GPU频率等均有大幅度提升，即使是略低一级的HD7950，各种规格也比HD6970高出不少。此外，HD7950在规格上高出HD6970的同时，功率也降低了40%，这对注重节能的朋友来说是一件好事。
具体来看最高端依然是双芯出场，代号New Zealand GCN HD 7990，它是基于两颗Tahiti XT/Pro核心，总共ALU数量将会达到4000以上，TDP在300W以上。随后是HD 7970和HD 7950。

• HD 7970: 256bit/1000MHz/32CUs/2048ALUs/128TMUs/64ROPs/XDR2 8.0Gbps 256GB/S /190W TDP/ 2GB Memory
• HD 7950: 256bit/900MHz/30CUs/1920ALUs/120TMUs/64ROPs/XDR2 7.2Gbps 230GB/S /150W TDP/ 2GB Memory

HD 7970(Tahiti XT)将会取代HD6970 (Cayman XT)，并且会具备2048个SP，频率为1000Mhz，最大TDP功耗为190W，显存为2GB 8.0Gbps XDR2，带宽256GB/S。HD6970为1536个SP，频率为880Mhz
而HD7950 (Tahiti Pro)则是替代HD6950 (Cayman Pro)，会具备1920个SP，频率为900Mhz，最大TDP功耗为150W，显存为2GB 7.2Gbps XDR2，带宽230GB/S。老的6950只有1408个SP，频率为800Mhz，显存带宽为160GB/s。
Thames XT/Thames Pro核心则分别是HD 7870和HD 7850，具体规格如下：

• HD 7870: 950MHz/24SIMDs/1536ALUs/96TMUs/32ROPs/256bit GDDR5 5.8Gbps 186GB/S /2GB/ TDP 120W
• HD 7850: 850MHz/22SIMDs/1408ALUs/88TMUs/32ROPs/256bit GDDR5 5.2Gbps 166GB/S /2GB/ TDP 90W

HD 7870(Thames XT)有1536个SP和HD6970等同，核心频率为950Mhz，32 ROP和2GB 256-bit GDDR5显存，带宽186GB/S。HD6870 (Barts XT)则有1120个SP，频率为900mhz，HD7870最大TDP功耗为120W。
HD 7850 (Thames Pro)将具备1408个Stream Processors，显存带宽166GB/s，实际为5.2GBps 2GB 256-bit显存，它将替代960SP Barts Pro核心HD6850（频率为775Mhz）
入门级则为：

• HD 7670: 12SIMDs/768ALUs/48TMUs/16ROPs/900MHz/128bit/GDDR5 5.0Gbps 80GB/S /1GB/TDP 60W
• HD 7570: 750MHz/12SIMDs/768ALUs/48TMUs/16ROPs/128bit GDDR5 4.0Gbps 64GB/s/1GB/50W TDP

当然依然采用VLIW4D结构的HD 7000显卡并不是一点改进都没有，它们改进了以下规格以提升效能：
-Multiple primitive pipelines for setup, etc.
-Real caching in L1, L2, separate color / z caches for graphics and atomics
-Concurrent tasks
-Out of order resource allocation
-ECC on srams and drams
预计HD7000系列显卡会在今年第四季度晚些时候推出，由于产能原因，我们推测7870 将会先出现，而更高端卡将会在明年上半年推出来，让我们共同期待吧。
Graphic Core Next GPU像CPU
“Graphic Core Next”是一个全新的GPU架构，AMD推出APU和异构计算显然已经让我们看到了AMD未来将会把GPU和CPU融合计算的思路，“Graphic Core Next”架构更是如此，甚至有可能未来AMD GPU会充当目前CPU的角色，那么究竟它如何实现CPU的功能的呢？接下来就让我们来分析分析。


首先需要分析AMD的技术背景和应用大环境，很明显AMD拥有图形技术，而在CPU技术方面处于弱势，如果能通过GPU技术弥补CPU弱势，会更容易取得竞争优势；而目前随着众多需要并行异构计算应用不断出现，CPU、GPU同时计算确实能够带来体验提升。
AMD Fusion开发者峰会(以下简称AFDS)上，微软此前就高调展示了自家对高性能并行计算的看法，他们宣称今年或明年将会推出针对Visual Studio和C++开放工具的C++ AMP (accelerated massive parallelism) 扩展程序。通过这个C++ AMP扩展程序，能够让程序员轻松调用CPU和GPU的异构并行计算性能。微软据称这个扩展程序未来将会公开，并且允许其他编译器集成它。
就像当年Intel 8086处理器可以搭配8087浮点处理器做协处理器使用，未来GPU的角色很有可能将会担当协处理器的角色，参与原本只有CPU才做的工作。
AMD下一代GPU可能用’graphics-enabled vector processor’（配图形功能的向量处理器）来形容更恰当，这比NVIDIA的Fermi GPU可能更过之而无不及。
AMD GPU/CPU将会不分你我
这个GPU具备X86内存寻址特性，换句话说就是可以和CPU一样调用系统内存，CPU通过MMU内存控制器访问内存，而GPU则是通过IOMMU实现内存调用。这种新技术允许系统设备在虚拟内存中进行寻址，也就是将虚拟内存地址映射为物理内存地址，让实体设备可以在虚拟的内存环境中工作，这样可以帮助系统扩充内存容量，提升性能。该技术可以通过搭配具备IOMMU的AMD 8系和9系主板来实现。


同时AMD下一代GPU还具备64bit x86指针、Page fault、地址转换缓存、分配内存的功能，操作系统将会同时为CPU、GPU内存调用全面服务。当然只是能够调用内存还不够，还需要让GPU能够接替原本CPU干的活，这方面我们看到了很多希望。


我们仔细总结AMD下一代GPU的架构特性：

• 每个计算单元CU将基于vector向量处理器、scalar具备协处理器和特殊图形硬件
• 每个计算单元CU将会具备4线程MIMD（用于多指令多数据计算）和64-op FMAD vector向量处理器单元（用于SIMD单指令多数据计算），并支持40路SMT多线程能力
• 每个计算单元CU将独占16KB L1 cache，并搭配64KB L2 cache（可以被别的CU和CPU共享）
• 可支持x86兼容寻址、指针、page faults、CPU/GPU共享L2 Cache和内存

很明显，GPU将会具备处理器的架构特点，那么它和处理器架构相似程度有多高呢？接下来就让我们来对比一下推土机的架构。
整体来说，AMD下一代GPU架构将会具备更多CPU架构的特点，并通过创新的共享内存、缓存平台创新，让GPU和CPU共同加速完成计算任务，也许未来CPU性能弱，通过GPU弥补也能比竞争对手要强。