Серия Radeon HD 7000

Начиная с чипа Xenos, применяемого в консолях Xbox 360, компания ATI (перейдя затем под контроль AMD) продвигала в своих графических продуктах архитектуру VLIW (Very Long Instruction Word). Принцип ее работы заключался в составлении порядка исполнения инструкций на этапе компиляции кода и формирования из них длинных слов. В десктопных видеокартах VLIW прожила целые пять линеек: от HD 2000 до HD 6000.

Однако ускорители вычислений на базе графических процессоров стали все чаще применяться для сложных математических расчетов, и лидерство в этой сфере заняла Nvidia со своим языком программирования CUDA. Если задачи 3D-визуализации хорошо предсказуемы, и для них можно сформировать длинный массив инструкций, то с вычислениями общего назначения (GPGPU) не все так однозначно. Чтобы не остаться в стороне от прогресса, AMD пришлось отказаться от VLIW и заняться разработкой совершенно новой архитектуры, которая одинаково хорошо подходила бы как для обработки 3D-графики, так и для расчетов общего назначения. В итоге, в конце декабря 2011 года миру была представлена архитектура GCN (Graphics Core Next, графическое ядро нового поколения).

Вычислительный блок GCN получил название Compute Unit (CU) и по своему устройству значительно отличался от процессора VLIW. Те же 64 АЛУ в нем оказались разделены на четыре отдельных векторных SIMD-модуля. Если раньше один VLIW-процессор мог исполнять до 4 инструкций, то теперь каждой инструкции приходился свой вычислительный блок. Compute Unit научился динамически распределять нагрузку между SIMD-блоками, что значительно снизило зависимость производительности от типа исполняемых инструкций.

 

gcn-simd

 

Каждый из четырех процессоров, входящих в CU, оснащен четырьмя векторными регистрами, кэшем локального распределения данных и скалярным модулем с собственным 4-кБ регистром. Причем этот скалярный процессор имеет собственный планировщик и дополнительный блок ветвления.

Инструкции в SIMD поступают в виде массива wavefront по 64 штуки, а на их выполнение тратится четыре цикла. Одновременно четыре таких массива находятся в обработке, а еще к 28-и обеспечивается прямой доступ CU. В каждом вычислительном блоке присутствует свой собственный скалярный модуль, чья задача – выполнять одиночные операции, которые не попали в массив инструкций, а также контролировать ветвления, переходы и другие события.

 

gcn-1-0

 

Для асинхронных вычислений в GCN используются два отдельных блока распределения команд (Asynchronous Compute Engine, ACE), которые позволяют отправлять неграфические задачи на исполнение в обход основного командного процессора. ACE поддерживают внеочередное исполнение команд для отдельных задач, а программный доступ к ним осуществляется через язык OpenCL. Причем для поддержки программистов видеокарты на базе GCN наделили некоторыми функциями языков высокого уровня. Еще одно важное нововведение архитектуры GCN – возможность использования единого адресного пространства с ЦП, в результате чего ГП получает доступ к системной памяти.

Текстурные блоки (TMU) в GCN 1.0 скомпонованы по 4 штуки на каждый CU, а итоговое их число для старшего чипа Tahiti составляет 128 (против 96 у Cayman). К каждому TMU прикреплены четыре блока запроса/хранения текстур. Что же касается количества блоков растровых операций (в AMD их также называют блоками растрового вывода Render Output Units), то оно не изменилось со времен Cypress и Cayman и по-прежнему равно 32.

Был улучшен и движок тесселяции, который дорос до девятой версии. Оптимизации получили механизмы повторного использования данных вершин, буферизации данных и кэширования. По заявлениям производителя, все это позволило увеличить производительность в задачах тесселяции до четырех раз по сравнению с Cayman (Radeon HD 69xx).

Все чипы архитектуры GCN 1.0 производились по техпроцессу 28-нм. Всего серия Radeon HD 7000, получившая название Southern Islands (Южные острова), насчитывает 5 чипов поколения GCN (не считая модификаций):

  • Cape Verde Pro/XT – 15 февраля 2012г., видеокарты HD 7750 и HD 7770;
  • Cape Verde LE – август 2013г., видеокарта HD 7730;
  • Bonaire – 22 марта 2013г., видеокарта HD 7790;
  • Pitcairn Pro/XT – 19 марта 2012г., видеокарты HD 7850 и HD 7870;
  • Tahiti Pro/XT – январь 2012г., видеокарты HD 7950 и HD 7970;
  • Tahiti XT2 – 22 июня 2012г., видеокарта HD 7970 GHz Edition;
  • Malta – 24 апреля 2013г., видеокарта HD 7990.

Младшие же представители серии являлись переименованными картами линеек HD 5000 и HD 6000.