AMD大爆发 Vega GPU架构技术要点总结

　　Vega架构的四大特点

　　Vega架构是拉加·库德里(Raja Koduri)回炉AMD的首期之作。拉加·库德的职业生涯始于大名鼎鼎的S3 Graphics，后来进入ATI公司并成为图形技术的领军者之一。2009年AMD并购ATI，给业界带来很大的波动，拉加·库德里此时担任图形业务的首席技术官，不过并购不久就被乔布斯挖走、为苹果公司研发新一代图形处理器。不过在2013年4月，他重新又回到了AMD、重新执掌图形技术部门，负责新一代产品的开发—值得一提的是，AMD现时大火的Ryzen处理器架构，主导者也是从苹果重新回炉的Jim Keller，而当年他是K7和K8架构的架构设计者，一手打造了AMD处理器的辉煌时代(遗憾的是，Jim Keller已于2015年9月从AMD二度离职)。

　　拉加·库德里回到AMD之后，被任命为视觉计算企业副总裁(Corporate Vice President of Visual Computing)，同时负责GPU的硬件开发以及软件平台设计。之后的Fijii、Polaris两代改良架构都是在他的领导下进行，我们也得见此后AMD的图形业务缓慢回升，缩小了与对手的差距—但GCN架构使然，难以有根本性的改观。因此，新一代的Vega架构让外界报以很高的期望。

　　Vega GPU的逻辑架构示意

　　在今年一月份的CES展会上，AMD对外披露了Vega的部分技术细节，虽然关键的性能指标还不得而知，但我们还是可以从下列资料中可以看出Vega所具有的巨大潜力。而总结起来，Vega将有以下四大技术要点，分别是：革命性的存储架构、更灵活的几何渲染、高级像素引擎以及NCU下一代计算单元。

　　革命性的存储架构：HBM2+ HBCC

　　Fiji架构中引入的HBM(高带宽)显存是AMD的独门绝技，在2015年这项技术引入时确实引起业界的瞩目。HBM架构将显存的管芯(DIE)与GPU的DIE集成在同一个基片上，等于图形处理器本身就集成了显存，这样，显卡的PCB板上就没有传统的显存，只需要供电电路和输出接口元器件，显卡的尺寸可以变得非常之小—相当于笔记本显卡模块的尺寸，作为当时的高端显卡，Fiji的高集成度和小尺寸因此给人留下深刻印象。再者，HBM的显存以3D堆叠的方式封装在一起，单枚芯片的传输位宽可以达到1024bit，相当于GDDR5的32倍之多!我们知道，传输带宽等于位宽乘以频率，HBM具有高位宽的优势，显存的频率就可以大大降低，在Fiji中它的频率只有1GHz，每个显存堆栈的带宽突破100GB/s，比GDDR5的传统方案高出数倍!

　　AMD Vega GPU与HBM2显存

　　AMD现有Radeon R9 GPU与HBM显存

　　由于显存芯片的工作频率低，第一代HBM仅需要1.3V电压、低于GDDR5的1.5V，而它的每瓦特传输性能达到35GB/s，也比GDDR5的10GB/s快出3.5倍之多!

　　不过第一代HBM存在显存容量低的问题，旗舰显卡Radeon Fury X也只能提供4GB容量，在应付大型游戏时这点显存显然是杯水车薪。而这次Vega架构引入了升级的第二代HBM方案，在继承高性能、低功耗、高集成度的同时，将显存容量提升到8GB和16GB多个规格，消除了容量不足的瓶颈。同时，HBM2 的带宽达到HBM1的两倍，可以实现256GB/s 或512GB/s的超高传输性能。

　　HBM2堆叠内存方案可以获得显著的容量、空间优势

　　如果说HBM2只是寻常的改良升级，Vega存储架构的真正革命之处在于，它对显存控制器进行全新的设计，并称为HBCC(高带宽高速缓存控制器)。HBCC除了连接前面说的HBM2集成显存外，还可以连接显卡PCB上放置的SSD、网络存储等多种形式的基片外存储部件，而它的寻址能力高达512TB!开发者可以像使用显存一样直接使用这些部件，而HBM2显存此时则作为GPU与外部存储单元的高速缓存来使用—我们稍稍转变一下思路，将Vega GPU视作是传统的CPU，显存就是内存，外部存储就是硬盘，很简单就会得出结论：基于Vega的计算卡不只是显卡、同时还是一部独立的计算机，这显然是为通用计算和认知计算所准备。

　　Vega GPU的高速缓存控制器示意