GPU将变成CPU？

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AMD Radeon HD 7000系列预计将在年内登场，目前除了采用28nm工艺和VLIW4架构以外，还没有更详细的信息透露出来，未来AMD将会推出“Next-Generation GPU”下一代GPU架构，今天我们就来分析它能我们带来什么变化。

AMD下一代GPU架构某种程度将充当CPU角色

AMD下一代GPU很像CPU

“Next-Generation GPU”是一个全新的GPU架构，目前尚不确认是否Radeon HD 7000显卡就是采用这个架构。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，“Next-Generation GPU”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。

大环境促使GPU架构需要做大幅改进

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。

未来GPU担当CPU协处理器的角色

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。

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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。

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下图是Bulldozer的具体结构，可以看到一个Bulldozer有2个整数运算的内核，每个内核有4个整数运算通道。4个通道内，2个ALU和AGU为一组，而现在AMD的架构是3个ALU和AGU为一组，最大能实现3个x86整数运算命令。如果是4个ALU和AGU一组的话，那么一个整数运算内核要比现有CPU内核大，如果是2个ALU和AGU一组的话，大约是现有内核的2/3。

AMD Bulldozer架构

Bulldozer模块的指令获取和解码，每个周期可处理4条指令，而计算指令与在寄存器操作的x86指令会被分成8个内部微操作指令（uOPs），整数运算管道中ALU和AGU则两两成对，正好吻合。

在浮点运算单元方面，则准备了两个整合的128bit SIMD单元，这将兼容英特尔的256bit AVX指令集，AVX将在这两个128bit SIMD单元中执行。

不过GPU缺乏的是X86扩展指令集，不过如果有高性能GPU的加入，未来X86扩展指令集可能要退休也不奇怪，Intel没准要悲催了。

当然，当GPU用于图形计算的时候，向量计算单元将会充当统一渲染架构阵列、控制器的角色，通过搭配特定的图形硬件，用于Tesselation、图形、纹理、扫面转换等工作。

我们来仔细计算一下新GPU的性能，如果假定是1GHz计算单元频率，并且可每周期处理64个64-bit FMAD计算，1个FMAD则可算成两个FP浮点操作，整个算下来，每个1GHz计算单元，理论上可以达到128 GFLOPs双精度浮点运算（如果是单精度则是64 x 32-bit计算），如果要达到HD6970显卡的性能，只需7组CU计算单元就能达到。

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当然，除了硬件架构调整以外，软件方面做全面优化和加强才行。AMD 16日于美国Fusion开发者峰会上，与700多名开发者和PC业界管理人员详细阐释其Fusion系统架构发展蓝图。蓝图显示未来AMD的计算架构将会变更为Fusion System Architecture（Fusion系统架构）。

AMD计算架构演进过程

未来整合CPU和GPU处理器核心成为统一的处理引擎，而且为了强化特性，将会用于新的程序设计语言，以及如OpenCL和Direct Compute等界面，让软件开发人员更轻易全面发掘AMD加速处理器的功能。

据AMD表示，首款整合x86 CPU核心和支持DirectX 11的Radeon GPU核心的Fusion APU产品已早于1月发布，而未来AMD将会致力推动该架构的进化，当中包括按步骤支持C++的功能，令系统更充分地利用GPU的平行处理器，而且加入提供用户模式以调配CPU和GPU之间的资源，实现更低延迟的任务派发。同时，APU还会使CPU和GPU共享的统一内存地址，以及两者共享完全一致的内存，预期将持续到2014年。

编辑总评：

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

killpmp

呃，“Next-Generation GPU”怎么这么像Fermi

eternal0

killpmp 发表于 2011-8-3 19:36
呃，“Next-Generation GPU”怎么这么像Fermi

本来NV的发展方向就是正确的，只不过40nm的工艺比较杯具，结果就是高端功耗巨大，低端性能又不给力。

fengpc

等AMD的出来，开普勒都要上市了

黑猫

killpmp 发表于 2011-8-3 19:36
呃，“Next-Generation GPU”怎么这么像Fermi

我记得有篇文章说像Fermi与Larrbee的合体

logMsg

实际性能说话，一切都是浮云

goldman948

amd的梦想永远在下一代

the_god_of_pig

LRB情何以堪啊

SnakeLee

又是一个将来时的新闻，出了再说吧，给力了自然支持，就怕你不出或者各种延期{:5_199:}

qiliyuan

啥时候GPU能像CPU那样能换啊。

心头烦

想当年Fermi刚出时，一大群某饭义愤填膺的表示：我们要的是游戏卡！！
如今被老东家打脸很受用吧？

coollab

驱家小编YY而已，整个一个抄袭费米的架构
有啥好的……

fengpc

ARM加kepler是王道，自此平板就完美了，低功耗和图形性能两不误

lik

这篇帖子真是8月3号发的吗？ 这些内容是六月份的AMD Fusion开发者峰会上发布的， 不会到现在还当新闻吧？ 或是我看错了.

AMD的Graphics Core Next (GCN)基本上就是照抄Fermi. 当初AMD开大会的时候我就觉得仿佛回到了2009年的GTC (发布Fermi的那次大会).

GF100的问题其实没有TSMC太多责任。都是NV自己的项目管理和计划的问题。

genesisx

难道是想利用白菜价时期的超大容量的内存，作为显存》？省得显卡老是得挂显存挂半死····