拳打26XT脚踢86GTS-8600GT深入详测

如果你新开一家公司，当它规模还很小的时候，往往只需要简单的规划和控制，就能达到销售目标。但是如果公司的规模继续扩大，事业进入正轨，那么，一个高效的管理机构就非常重要。这个道理对于GPU来说是一样的，GPU规模越大，流水线越复杂，高效的管理体系就越发重要。小熊在线www.beareyes.com.cn

Multi-Threading(多执行诸架构)作为整个流水线的管理体系在次世代GPU中的重要性已经越来越高。单纯论FLOPS(理论浮点运算能力)，G80并不会比ATi之前的R580芯片高多少，但凭借高效率的Multi-Threading设计，G80在所有的游戏中都可以轻易击败R580并将它抛离很远。从这个例子里，我们就会看到另一个增加IPC(Instruction per cycle，每周期指令吞吐量)的重要途径——提高TLP(Thread Level Parallelism，线程级并行性)在新一代GPU的架构中所发挥的作用。小熊在线www.beareyes.com.cn

在介绍G8X和R6XX的Multi-Threading体系之前，我们先来看看引入Multi-Threading的意义。

我们知道，随着时钟频率的提高，GPU受到外部存储器(显存)的影响越来越大。一个工作频率在600MHz的GPU，内部每个时钟周期的长度在1.6ns左右，而我们可怜的显存还在以200-300MHz(2.0GHz GDDR4)的速度工作(GDDR4使用8位预取结构[Octal Data Rate]设计，数据频率是核心频率的8倍)。更加糟糕的是，GPU对显存的存取动作的指令也会有延迟周期(CAS，RAS)，这样，从GPU开始存取放在芯片外面的DRAM，到第一个data送出的时间差最小也有几十个ns，以GPU内部的时钟频率而言可能会有几十到上百个周期的损失。传统意义上的流水线在这种情况下会陷于无限的等待之中，这会对GPU的正常工作造成严重的影响。
下面是一个Multi-Threading掩盖存储器延迟的实例：

进入Shader时代后，事情开始进一步变得麻烦了。随着游戏引擎的复杂化，流水线再也没有固定的处理流程。例如，现在游戏中常见的HDR光照首先需要将一个预先写好的整个场景的光照信息保存在FP格式的texture里，然后利用ALU进行算术运算渲染到另一个目标纹理并求出平均亮度，输出的像素必须在TMU单元中经过一次混合过滤，最后根据已有的事先写好的效果再对像素进行Texture混合，整个过程要通过Pixel Shader不断的算术运算来为纹理加上想要的效果，不再是单方向的深度流水线；Displacement mapping需要颠覆正常的VS->PS的渲染流程，让VS利用顶点纹理拾取(Vertex Texture Fetch，实质上就是给VS配备mini TMU)或者渲染到顶点缓存(R2VB)的方式从PS读取纹理信息直接映射到顶点上，这又改变了流水线的行进方向；一些复杂的光照生成用到的Deferred shading(延迟渲染)技术，要先输出G-Buffer到MRT，等所有几何渲染都完成后，然后回过头来根据MRT再进行着色......

举个例子:
code:
add r1, r2, r3
add r3, r1, r2

很明显，第二条指令需要第一条指令的结果，对于这种相关性的指令，由于流水线的关系，add指令可能需要n个周期才retire，所以第二个add需要等待流水线完成才能进行处理。传统GPU只能白白浪费时钟周期，而R6XX或者G8X遇到这样的情况就直接切换到其他的thread执行，最大限度的保证处理单元的利用率。小熊在线www.beareyes.com.cn