Новая архитектура Graphics Core Next

Мы напомнили особенности суперскалярной VLIW-архитектуры графических процессоров AMD. Однако VLIW-архитектура — это уже история, поскольку в новой архитектуре Graphics Core Next графических процессоров AMD она больше не применяется. Как мы увидим в дальнейшем, новая микроархитектура GCN основана на векторном SIMD-дизайне.

Однако прежде давайте выясним, почему компания AMD отказалась от суперскалярной VLIW-архитектуры и решилась на столь резкий поворот. Ответ довольно прост: тренд современности заключается в том, что графические процессоры видеокарт всё больше используются не только для игр, но и для других вычислений (расчетов общего назначения). Если бы речь шла исключительно об играх, где графические процессоры рассчитывают только 3D-рендеринг, то, возможно, VLIW-архитектура могла бы послужить еще. Однако сегодня GPU постепенно трансформируются в GPGPU (General Purpose GPU), которые можно применять для любых массивных параллельных вычислений. Лоббирует эту тему прежде всего компания NVIDIA со своей технологией CUDA, и надо отметить, что она добилась немалых успехов. Естественно, AMD тоже не желает оставаться в стороне и прилагает все усилия, чтобы превратить свои GPU в GPGPU. Однако суперскалярная VLIW-архитектура графического процессора плохо подходит для вычислений типа General Purpose, поскольку они менее предсказуемы, чем 3D-рендеринг, и в этих условиях не удается эффективно загружать вычислительные блоки SPU. То есть VLIW-архитектура прекрасно подходит для GPU, но очень плохо оптимизирована для GPGPU.

Собственно, новая архитектура GCN — это архитектура первого процессора GPGPU от компании AMD. Насколько такая универсализация графических процессоров оправдана и востребована — вопрос отдельный. Отметим лишь, что сегодня вычисления на GPU активно используются в сегменте высокопроизводительных вычислений (HPC) на суперкомпьютерах. Но этот сегмент рынка уже давно «застолбила» за собой компания NVIDIA со своим CUDA-процессором TESLA. А вот компанию AMD на этом рынке, похоже, никто не ждет.

Что же касается традиционных пользовательских приложений, то программ, оптимизированных под расчеты на GPU, пока ничтожно мало, да и необходимость такой оптимизации вообще сомнительна. Помните, были времена, когда функцию графического процессора (GPU) выполнял центральный процессор (CPU)? Так вот, теперь ситуация повторяется, но с точностью до наоборот: графический процессор заменяет собой центральный. На наш взгляд, подменять центральный процессор графическим — не самый лучший вариант. Уж лучше создать для массивных параллельных вычислений специализированный сопроцессор для центрального процессора, а не универсальную архитектуру графического процессора под задачи 3D-рендеринга и параллельных вычислений общего назначения. Ведь, как известно, любое универсальное устройство всегда хуже специализированного. Вопрос в данном случае стоит так: если бы компания AMD, как и прежде, использовала VLIW-дизайн графического процессора с незначительными изменениями архитектуры (увеличение числа SPU и т.д.) за счет перехода на новый, 28-нм техпроцесс, то был ли бы получившийся у нее гипотетический графический процессор производительнее в играх, чем процессор AMD Radeon HD 7970? Понятно, что ответ на него мы не узнаем никогда, но есть все основания полагать, что гипотетический графический процессор был бы более производительным в играх. Однако компания AMD выбрала иной путь и создала GPGPU-процессор, который подходит и для игр, и для параллельных вычислений общего назначения.

Итак, теперь самое время ознакомиться с особенностями архитектуры Graphics Core Next, которая пришла на смену суперскалярной VLIW-архитектуре.