硬科技:AMD的Vega到底改進了什麼

2018.02.19 06:00AM
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自從2012年3月22日發表的GeForce GTX680,NVIDIA「Kepler」微架構首發GK104上演「中駟痛扁上駟」的歡樂劇場,在繪圖市場,AMD就一直陷入一路被NVIDIA毆打的困境,至今已近六年,還曾在2014年獨顯市占率一度衰落到「十八趴」的歷史低點,後來才因GCN第四代「北極星 (Polaris)」和第五代「織女星 (Vega)」,與莫名其妙的挖礦熱潮,才略有起色,但距離要回到跟NVIDIA平起平坐的地位,仍相當的遙遠。

這拉開差距的四年,也剛剛好是獨顯雙雄一起「黏」在台積電28nm的製程遲滯期,考驗著雙方在產品設計的定位與取捨,例如要不要為高階專用應用開發獨立晶片,或著需不需要在消費市場犧牲掉某些不必要性能,一路走來,高下立判。

講的更白一點,NVIDIA光靠前一代產品都足以對付AMD,所以我們才會看到近兩年前就問世的Pascal家族,到現在還活的爽爽的,爽到NVIDIA在2016年Hot Chips 28幾乎只談NVLink 1.0,連Pascal微架構的「優異性」都懶得提了,也遲遲未見Volta的降規版。

但這並不代表AMD的Vega就毫無看頭,然後各位科科可以多花點時間在這張規格比較表,我會等你der。

更有GPGPU味道的織女星

這年頭什麼厲害晶片都要掛上「系統單晶片 (SoC)」的頭銜才能顯得比較酷,顯示晶片也不例外,但AMD膽敢這樣宣稱,是有本錢的。也許這就是AMD兼備CPU與GPU的先天優勢吧。

和自己的前代相比,新產品當然會比較好。不過這也讓我們不得不認真思考一個問題:越早導入新技術,其實也不見得會有好結果。Fiji用上了第一代HBM,唯一的成就頂多只有「讓旗艦卡做得很小,可以塞入Mini-ITX機殼」,卻沒有讓AMD一舉奪回高階市場的競爭力。

回到主題,為何AMD敢宣稱自己的最新型GPU是「SoC」呢?主要有五個理由:

理由一:採用更通用的晶片內連結架構「Infinity Fabric」,和Zen微架構處理器同樣的技術,有人戲稱這是「AMD的萬能膠水」,我們就不深究了。

理由二:更精細的執行緒執行管理,這對虛擬化也很重要。

理由三:更完整的分頁式虛擬記憶體管理,GPGPU必備。

理由四:支援I/O虛擬化,存在已久的SR-IOV。因為顯示晶片在先天應用上「眾樂樂不如獨樂樂」的特性,讓「GPU虛擬化」一直是讓晶片廠商感到棘手的發展方向,不過現在是越來越有樣子了。

理由五:可外接SSD,作為主記憶體的下一層儲存空間,這個非常重要,這樣Vega非常的與眾不同,值得大書特書。

至於Vega可進行類似SIMD的包裹式 (Packed) 運算,將數個低精度資料打包送作堆,以「立於人工智慧應用」,其實NVIDIA的Pascal和Volta也做得到,只是沒明講,就不特別著墨了。

一舉解決GPGPU記憶體容量限制的HBCC

AMD重新設計後的高頻寬快取記憶體控制器(HBCC,High Bandwidth Cache Controller)不僅支援容量更大、速度更快的HBM2主記憶體,定址能力更高達高達512TB容量。很明顯的,這絕對不是僅用來應付區區16GB的HBM2,背後必定藏有更大的野心。

為何會將主記憶體控制器命名為跟快取記憶體有關?因為不限顯示記憶體,HBCC亦可存取SSD、網路儲存等外部記憶體元件,將HBM2視為超高頻寬的快取記憶體,對於開發人員,這些也是等同於可直接使用的顯示記憶體。如此一來,更完整的虛擬記憶體管理機能就有其用武之地了。

其實前代的北極星 (Polaris) 系列,就具有透過PCIe交換器PEX8747連結兩組M.2界面512GB Samsung 950 Pro SSD的Radeon Pro SSG專業繪圖卡,AMD也在專業繪圖盛事Siggraph 2016發表Vega核心的同系列產品,內建2TB NAND 快閃記憶體,也現場展示了不受16GB HBM容量限制、資料規模「TB層級」的專業繪圖渲染場景,其威力不言可喻。

更具「系統觀」的GPU微架構

將望遠鏡轉向「GPU通用運算」的領域,顯示卡的記憶體容量比較少,也難以擴充,相較於一般的汎用CPU平台,GPGPU應用普遍遭遇記憶體容量不足的困難 。AMD的Vega微架構讓顯示卡搖身一變,成為享有多層化儲存空間的獨立小電腦。

比起大費周章疊床架屋、只為了讓GPU可以染指CPU的虛擬定址空間,HBCC是更加簡潔明瞭的解決方案,讓Vega更能處理更巨量的資料,提供更彈性的GPGPU佈署,更讓人好奇未來結合Zen微架構CPU的APU,那激發無限想像空間的可能性。只是在這之前,Intel就搶先用其「高級膠水技術」EMIB,黏合Kaby Lake和Vega了。

但一路看下來,Vega的重大革新,多半消費者無緣一親芳澤,造成AMD高階顯卡一卡難求的挖礦熱潮一退潮後,AMD終究還是要面對在獨顯市場拼不過NVIDIA的困境,像NVIDIA這樣耗費更多研發資源去「分而治之」不同市場,或著硬著頭皮打造貨真價實的「旗艦APU」來改變市場遊戲規則,還是繼續維持現況,各位科科可以等著瞧。

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