A Arquitetura GCN

IntroduçãoA Arquitetura GCNAprimoramentos e novidadesOs recursos da Radeon 7950XFX HD7950 Black Edition Double DissipationFotosMáquina/Softwares utilizadosGPU-Z, Temperatura e Consumo de energia3DMark 11, Heaven 2.5Aliens vs PredatorBatman Arkham CityCrysis WarheadCrysis 2DiRT 3HAWX 2Just Cause 2Mafia IIMetro 2033Overclock: Temperatura, 3DMark 11Overclock: AvsP, Crysis 2 e DiRT 3Conclusão

Uma das grandes novidades (e destaques) da geração Southern Islands está na utilização de uma arquitetura mais robusta e aprimorada em relação às antigas VLIW5 (Very Long Instruction Word, 5:1 ratio) e VLIW4 (Very Long Instruction Word, 4:1 ratio), presentes nas Radeons das séries 5000 e 6000.

Superficialmente falando, o design VLIW era composto por unidades de Stream Processors (também chamados de ALUs), preparadas para lidar com o processamento dos shaders. No padrão VLIW5 a AMD dividiu a arquitetura em quatro unidades para lidar com shaders do tipo simples e um do tipo complexo, no VLIW4 (Radeons 6900), extinguiu-se a divisão entre shaders simples e complexos, ficando “apenas” quatro Stream Processors para lidar com shaders de complexidade mediana.

(Arquitetura VLIW5)

(Arquitetura VLIW4)

Com a chegada da nova geração de GPUs, a AMD resolveu dar um passo a frente em termos de arquitetura, ao desenvolver um design que não ficasse limitado apenas ao processamento gráfico, como ocorreu com o VLIW.

Chamado pela companhia de Graphics Core Next – GCN (Novo Core Gráfico), a nova arquitetura possui significativas mudanças em seu design, de forma a remover algumas ineficiências presentes no VLIW.

O GCN é a base de uma GPU que tem um bom desempenho tanto em tarefas gráficas, quanto de computação geral. Para lidar com o processamento de tarefas de uso geral, foi introduzida uma nova unidade modelo de computação na arquitetura. Essa nova unidade foi projetada para melhorar o aproveitamento, elevar a capacidade de processamento e de multitarefa do chip gráfico.

Assim, a base do novo cluster de shaders da arquitetura Graphics Core Next – chamada pela AMD de Compute Unit (CU) é composta dos seguintes elementos:

• 16 Unidades SIMD de largura;
• 64 KB nos registradores por Unidade SIMD.

Vale ressaltar que cada Compute Unit possui na realidade quatro Unidades SIMD, totalizando assim 64 shaders processors/stream processors. Levando-se ainda em conta que a GPU Tahiti (Radeon 7900) é composta por 32 CUs, chegamos então à conclusão de que o novo chip gráfico tem um total de 2.048 stream processors (64 SIMDs x 32 CUs) – pelo menos no caso da Radeon HD 7970.

Seguindo a velha receita das fabricantes de GPU, a AMD utilizou o artifício de desabilitar algumas unidades computacionais, resultando assim na redução de algumas de suas macro especificações. Assim, ao invés de 32 CUs, a Radeon HD 7950 conta com 28 Compute Units, resultando assim em 1.792 stream processors (64 SIMDs x 28 CUs).

A redução na quantidade de CUs impactou ainda no total de unidades de texturas, uma vez que cada unidade computacional está associado a 4 TMUs. Assim, a Radeon 7950 possui um total de 112 unidades de texturas (28 CUs x 4 TMUs), contra 128 TMUs (32 CUs x 4 TMUs) da 7970.

É importante ainda destacar que a nova geração Southern Islands (ao menos a linha 7900) é composta ainda das seguintes características:

• Engine com design de Geometria Dupla / motores de Computação Assíncrono;
• 8 render backends / 32 ROPs do tipo Color por ciclo de clock / 128 ROPs do tipo Z/Stencil por clock;
• Engine composta por 768KB R/W de cache L2;

A unidade computacional presente na arquitetura GCN possui praticamente a mesma força em termos de processamento de ponto flutuante por clock que as GPUs da geração anterior. O mesmo vale para a quantidade do tamanho dos registradores (para unidades de vetores). Cada CU possui seus próprios registradores e dados locais compartilhados.

Embora tanto as Radeons 6900 quanto as 7900 possuam a capacidade de processar 64 operações em paralelo, pesa em favor da Southern Islands o fato de contar com apenas quatro processadores de vetores com 16 elementos, contra 16 processadores de vetores com quatro elementos. Outra vantagem para a arquitetura GCN é que esta possui ainda um processador escalar.

Outro importante aprimoramento implementado pela AMD na nova arquitetura diz respeito ao fato de a Graphics Core Next não necessitar de paralelismo de nível de instrução, ou seja, cada uma das quatro unidades de vector de largura 16 SIMD executa um diferente conjunto de processos, sendo todo o conjunto de envergadura 64, necessitando de apenas quatro ciclos.

Ainda que o poder computacional de ponto flutuante tenha permanecido quase idêntico por CU, a arquitetura GCN é mais eficiente que a anterior, na medida em que, ao dispensar o paralelismo de nível de instrução, o resultado da compilação das instruções também se torna muito mais simples, traduzindo em mais eficiência e, portanto, melhor desempenho.

De certa forma, o GCN é muito semelhante à arquitetura MIMD (Múltiplas Instruções, Múltiplos Dados) presente na geração Fermi da NVIDIA, ou seja, trata-se de um chip focado no conceito da computação de uso geral – GPGPU, podendo ser utilizado tanto para o processamento gráfico, quanto para realizar tarefas que atualmente são tratadas pelo processador.