Hello大家好， 由於各大學校都陸續進入了期末考試周， 飄哥也忙於複（預）習考試， 本周的科技年輪呢就由小天哥來跟大家聊聊近幾年AMD顯卡賴以生存的“骨骼”——GCN架構。 順便也給大家梳理一下， 農企這些年發佈的顯卡中的各種“馬甲”， 幫助大家做到心裡有數。
在梳理GCN歷代架構之前， 讓我們先來看一下這張匯總表：
注：圖片較大， 大家可以保存後查看
本表包含了HD7970以來的所有AMD GCN架構顯卡， 截至Polaris架構RX系列。 由於VEGA織女星架構至今只有VEGA64/56流出， 本表將暫時不涉及， 待VEGA系列全面鋪貨後再行更新。
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序：GCN誕生之前
大家可以回頭看一眼題目， 在這裡我將AMD的GCN架構比作“浪子回頭金不換”的一代架構， 為什麼這麼說呢？這要從HD7000之前的HD5000/6000系列說起了。
▌被勝利的喜悅沖昏了頭腦
飄哥曾經在《科技年輪 | 紅色永不服輸 ATI/AMD旗艦進化之路（下）》（戳我傳送）中提到， AMD在嘗到了HD4850/HD4870小核心戰略的甜頭後， 憑藉著對40nm制程以及GDDR5顯存的成功試水，
然而早在DX10時代， 由於混合型指令以及分支預測的情況更加頻繁， NVIDIA就拿出了G80/G92這種統一渲染架構， 即把原本圖元著色、頂點著色以及DX10中新增的幾何著色，
接下來的事情大家想必都有些許印象了：在遊戲領域， HD5870大幅落後的曲面細分性能在對陣GTX480時一敗塗地；在通用計算領域， VLIW5這種SIMD架構註定其只在處理被打包好的4D+1D指令時才能完全發揮性能， 因此要求程式設計人員/驅動程式將眾多複雜的通用指令打包成4D+1D的處理模式， 大大限制了其性能的發揮。 反觀NVIDIA， MIMD的統一渲染架構使得無論什麼樣的指令都無需打包直接在SM中運行， 再加上相容C語言特性的CUDA日趨成熟， 最終直接導致中國最強的超級電腦天河一號由曾經使用的HD4870X2， 升級成了NVIDIA的Tesla， 宣佈了AMD在通用計算領域的全線潰敗。
▌可怕的不是走錯路， 而是在錯誤的道路上越走越遠
AMD在使用HD5000系列收復失地之後， 也已經意識到在DX11時代， 4D+1D的超標量運算架構效率逐漸低下。 AMD通過自己長期內部測試發現， VLIW5架構的五個處理槽中平均只能用到3.4個， 也就是在遊戲裡會有1.6個白白浪費了。
但可怕的是， 針對NVIDIA早早佈局的通用計算領域，AMD卻仍然不甚上心，認為自己的VLIW架構依然還能“再戰三年”——於是，小幅優化的VLIW4架構誕生了。AMD在HD6900系列中，將較少用到的全功能1D ALU削減，轉而使用3個更加小而靈活的1D ALU來完成以前交付給那個全功能的1D ALU的複雜操作。同時，採用雙發射的指令架構，使得HD6000系列相比HD5000系列的曲面細分能力等更上了一層樓。
但是，相比良品率已經提高、以GF100完全體呈現的GTX580，HD6970不僅僅輸在了曲面細分這一項，遊戲性能甚至全面落敗，僅能和GTX570一戰。而在通用計算領域，老舊的VLIW架構更不用說，已經完全不是Fermi的對手。加之HD6970的指令發射單元由HD5870的1/5*SP總數增至1/4*SP總數，相對應的核心面積、電晶體數目以及功耗均大幅增加。在保持40nm制程的前提下，它毫無疑問成了一顆核彈。而雙芯的HD6990……
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GCN1.0 橫空出世
終於，AMD看到了自己在通用計算領域的短板，同時隨著DirectX的發展，混合型指令以及分支預測的情況更加頻繁，1D、2D、3D的種種指令越來越多，即便是VLIW4的架構也不足以抵消非4D指令執行的低效率。於是，AMD痛定思痛，開始了GCN架構的研發。
GCN，全稱為Graphics Core Next，字面譯為次世代顯示架構。從這一代架構開始，AMD完全拋棄了VLIW架構體系，轉而使用像NVIDIA的SM一樣的GCN單元（也叫做CU，Compute Unit），每個CU內部擁有4組SIMD陣列。雖然架構還是基於SIMD體系，但是四組SIMD陣列同步運行使得每個CU單元每週期可以執行4執行緒，具備了MIMD體系的特點。而每個SIMD陣列又擁有16個ALU，因此HD7970便是32個CU-128組SIMD陣列-2048個流處理器。
GCN架構可謂是AMD全新的革命性架構，除了傳統的3D運算之外，它還在GPU通用計算上洗心革面，是AMD首次針對3D渲染/GPU計算雙重使命而設計的。在VLIW的彎路上走了許久之後，終於正視了GPU在通用計算領域重要的作用，也終於下定決心重新設計GPU的架構。因此，小天哥將GCN稱之為AMD“浪子回頭金不換”的一代架構，GCN設計的成功甚至可以讓AMD在7年以後的今天，依然在GCN架構的大框架下，進行著修修補補，推出了一代又一代的新（馬）顯（甲）卡。
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GCN1.0 顯卡解析
HD7970推出後，AMD終於又打了個漂亮的翻身仗，特別是前瞻性的加入了2個ACE非同步運算單元，使得DX12到來的時候毫不慌張的適配了DX12的非同步運算特性。反觀NVIDIA，直到Maxwell 2代（GTX900系列）才將非同步調度的功能加入Warp Scheduler，並且由於不是硬體實現，及其依賴驅動的優化，後果大家也看到了——就是在《奇點灰燼》中，全面落敗了AMD顯卡。當然，AMD在16.9.2驅動之後禁用了GCN1.0的非同步運算支援，這就是後話了。
不過，目前真正做到使用底層API開發的純DX12遊戲依然不多，而且NVIDIA的驅動層面也已逐漸跟上，這一點用N卡的同學們還是不用擔心的。舉這個例子，只是說明AMD的GCN架構在設計之初，就具有了一定的前瞻性，也使得AMD冠上了“三年之後再三年，縫縫補補又三年”的稱號。
接下來讓我們說說採用了GCN1.0架構的顯卡都有哪些吧。從本文最開始的表格中可以看到（為大家方便，這裡再放一次）：
大家熟悉的R9 280X / R9 280，其實就是HD7970 / HD7950的馬甲，甚至連核心名稱都沒換，只是優化了一下工藝就推出了。而HD7930則是AMD在HD7950的基礎上再砍一刀，用於對抗GTX660Ti。不過需要注意的是，同為Tahati LE核心，顯存位寬卻有384bit與256bit兩種。雖然最終AMD交由各大AIB廠商發佈的是256位寬的HD7870+（又名HD7870XT、HD7890），但是384bit的HD7930也曾經有公版流出到市場上。
而接下來的Pitcairn XT核心，可謂是AMD的“最強馬甲”卡，從HD7870到R9 270到R9 270X再到R9 370X，全部是一個核心，只是優化了工藝，超了超頻率，再改改核心名稱，就推向了市場。與之對應的Pitcairn PRO核心，則是從HD7850到R7 265（國外市場）R9 270 1024SP（國內市場）再到R9 370，也是一路馬甲下來。特別是R9 270和R9 370，看似同樣的定位竟然出現了開倒車的情況，十分令人唏噓。
有趣的是，AMD的AIB廠商AFOX在向TomsHardware送測HD7850時，竟然無意中送錯，送出了一塊768SP的HD7850，使得各大媒體競相將其猜測成填補HD7770 / HD7850中間空檔的HD7830，還“腦補”了GTX560Ti與其“對陣”……當然，在TomsHardware聯繫了AFOX確認是其送錯了樣品後，這事也就不了了之了。
低端卡一直是馬甲重災區，從表中大家也都能看出來，在這裡也就不給大家詳細解釋了。不過，HD7790卻是HD7000系列中的一朵“奇葩”，它的出現直接為我們帶來了GCN2.0（GCN1.1），那麼這朵“奇葩”，以及之後的GCN3.0（GCN1.2）、GCN4.0，就留到下周給大家繼續講解吧～本期科技年輪就先到這裡，我們下周債見啦！
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針對NVIDIA早早佈局的通用計算領域，AMD卻仍然不甚上心，認為自己的VLIW架構依然還能“再戰三年”——於是，小幅優化的VLIW4架構誕生了。AMD在HD6900系列中，將較少用到的全功能1D ALU削減，轉而使用3個更加小而靈活的1D ALU來完成以前交付給那個全功能的1D ALU的複雜操作。同時，採用雙發射的指令架構，使得HD6000系列相比HD5000系列的曲面細分能力等更上了一層樓。但是，相比良品率已經提高、以GF100完全體呈現的GTX580，HD6970不僅僅輸在了曲面細分這一項，遊戲性能甚至全面落敗，僅能和GTX570一戰。而在通用計算領域，老舊的VLIW架構更不用說，已經完全不是Fermi的對手。加之HD6970的指令發射單元由HD5870的1/5*SP總數增至1/4*SP總數，相對應的核心面積、電晶體數目以及功耗均大幅增加。在保持40nm制程的前提下，它毫無疑問成了一顆核彈。而雙芯的HD6990……
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GCN1.0 橫空出世
終於，AMD看到了自己在通用計算領域的短板，同時隨著DirectX的發展，混合型指令以及分支預測的情況更加頻繁，1D、2D、3D的種種指令越來越多，即便是VLIW4的架構也不足以抵消非4D指令執行的低效率。於是，AMD痛定思痛，開始了GCN架構的研發。
GCN，全稱為Graphics Core Next，字面譯為次世代顯示架構。從這一代架構開始，AMD完全拋棄了VLIW架構體系，轉而使用像NVIDIA的SM一樣的GCN單元（也叫做CU，Compute Unit），每個CU內部擁有4組SIMD陣列。雖然架構還是基於SIMD體系，但是四組SIMD陣列同步運行使得每個CU單元每週期可以執行4執行緒，具備了MIMD體系的特點。而每個SIMD陣列又擁有16個ALU，因此HD7970便是32個CU-128組SIMD陣列-2048個流處理器。
GCN架構可謂是AMD全新的革命性架構，除了傳統的3D運算之外，它還在GPU通用計算上洗心革面，是AMD首次針對3D渲染/GPU計算雙重使命而設計的。在VLIW的彎路上走了許久之後，終於正視了GPU在通用計算領域重要的作用，也終於下定決心重新設計GPU的架構。因此，小天哥將GCN稱之為AMD“浪子回頭金不換”的一代架構，GCN設計的成功甚至可以讓AMD在7年以後的今天，依然在GCN架構的大框架下，進行著修修補補，推出了一代又一代的新（馬）顯（甲）卡。
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GCN1.0 顯卡解析
HD7970推出後，AMD終於又打了個漂亮的翻身仗，特別是前瞻性的加入了2個ACE非同步運算單元，使得DX12到來的時候毫不慌張的適配了DX12的非同步運算特性。反觀NVIDIA，直到Maxwell 2代（GTX900系列）才將非同步調度的功能加入Warp Scheduler，並且由於不是硬體實現，及其依賴驅動的優化，後果大家也看到了——就是在《奇點灰燼》中，全面落敗了AMD顯卡。當然，AMD在16.9.2驅動之後禁用了GCN1.0的非同步運算支援，這就是後話了。
不過，目前真正做到使用底層API開發的純DX12遊戲依然不多，而且NVIDIA的驅動層面也已逐漸跟上，這一點用N卡的同學們還是不用擔心的。舉這個例子，只是說明AMD的GCN架構在設計之初，就具有了一定的前瞻性，也使得AMD冠上了“三年之後再三年，縫縫補補又三年”的稱號。
接下來讓我們說說採用了GCN1.0架構的顯卡都有哪些吧。從本文最開始的表格中可以看到（為大家方便，這裡再放一次）：
大家熟悉的R9 280X / R9 280，其實就是HD7970 / HD7950的馬甲，甚至連核心名稱都沒換，只是優化了一下工藝就推出了。而HD7930則是AMD在HD7950的基礎上再砍一刀，用於對抗GTX660Ti。不過需要注意的是，同為Tahati LE核心，顯存位寬卻有384bit與256bit兩種。雖然最終AMD交由各大AIB廠商發佈的是256位寬的HD7870+（又名HD7870XT、HD7890），但是384bit的HD7930也曾經有公版流出到市場上。
而接下來的Pitcairn XT核心，可謂是AMD的“最強馬甲”卡，從HD7870到R9 270到R9 270X再到R9 370X，全部是一個核心，只是優化了工藝，超了超頻率，再改改核心名稱，就推向了市場。與之對應的Pitcairn PRO核心，則是從HD7850到R7 265（國外市場）R9 270 1024SP（國內市場）再到R9 370，也是一路馬甲下來。特別是R9 270和R9 370，看似同樣的定位竟然出現了開倒車的情況，十分令人唏噓。
有趣的是，AMD的AIB廠商AFOX在向TomsHardware送測HD7850時，竟然無意中送錯，送出了一塊768SP的HD7850，使得各大媒體競相將其猜測成填補HD7770 / HD7850中間空檔的HD7830，還“腦補”了GTX560Ti與其“對陣”……當然，在TomsHardware聯繫了AFOX確認是其送錯了樣品後，這事也就不了了之了。
低端卡一直是馬甲重災區，從表中大家也都能看出來，在這裡也就不給大家詳細解釋了。不過，HD7790卻是HD7000系列中的一朵“奇葩”，它的出現直接為我們帶來了GCN2.0（GCN1.1），那麼這朵“奇葩”，以及之後的GCN3.0（GCN1.2）、GCN4.0，就留到下周給大家繼續講解吧～本期科技年輪就先到這裡，我們下周債見啦！
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