AMD基於7nm的RDNA顯卡架構解析：歷時四年 修成正果

雖然GCN架構已經在AMD的顯卡產品中，已經經受住了市場的歷練與考驗，加之長時間的不斷優化積累，從某種程度上來說已經相當成功。但畢竟時代在發展，舊架構遲早也是要被淘汰在歷史的長河中的，所以既然GCN逐漸開始無法滿足我們的需求，那麼AMD也是時候推出全新的架構了。

在凝結了研發團隊4年的心血後，AMD也正是開啟了第五代架構的革新之路，也就是最近發布的Radeon RX 5700系列所採用的Radeon DNA架構，即RDNA架構。從結果看來，RDNA架構的性能、功耗、能效比等多方面，均要全面領先於老式的GCN架構。RDNA也並非是GCN的修改版或是升級版，而是AMD徹頭徹尾經過全方位重新設計的全新架構，完全兼容GCN架構的指令。

RDNA架構也是構成Radeon RX 5700系列顯卡「Navi 10」GPU核心的重要組成之一，而其其它要素則分別是7nm工藝、GDDR6顯存、PCI-e 4.0匯流排。

「Navi 10」GPU核心集成103億晶體管，雖然比於自家Vega 64的125億晶體管少了18%，但核心面積卻比484mm2的Vega 64小了接近一半，大小僅251mm2，單位面積性能提升超過130%。而「Navi 10」GPU核心的性能相比於Vega 64提升14%，功耗降低23%，能效比提升超過50%。

RDNA架構在設計上的三大重點，分別是全新的CU計算單元設計、多級緩存一致性的結構、精簡化的圖形管道優化。

全新的CU計算單元一共分為40組，共計2560個流處理器、80個標量單元，以及160個64位雙線性過濾單元。同時，RDNA架構中SIMD單元的組合方式不同，GCN擁有4組SIMD16單元、1個共享標量單元、1個共享向量單元。而RDNA則擁有2個SIMD32單元、2個共享標量單元、2個共享向量單元，整體的執行效率更高。

以Wave64指令為例，GCN架構僅支持Wave16長度的指令，因為僅有1個共享標量單元，所以Wave64指令會被分給4組SIMD單元中去，但每個時鐘周期只能運行1組，所以需要4個周期才能完成一個Wave64指令。

但擁有2個SIMD32單元和2個共享標量單元的RDNA架構，卻可以在一個時鐘周期內同時由2個SIMD單元運行完成，整體效率提升4倍。

也正是如此，RDNA架構可以同時運行兩個不同的Wave32指令或是一個Wave64指令，即Wave32/Wave64模式。除此之外，RDNA架構還能將2個CU計算單元組合成為一個工作組處理器，比如達到2倍與GCN架構的ALU單元與4倍於GCN架構的緩存帶寬。

緩存方面，RDNA架構設計的多級一致性結構，讓每對由CU計算單元所組成的工作組處理器都擁有屬於自己的零級緩存，在增加4組新的一級緩存同時，降低了二級緩存的擁堵，大幅降低了整體的延遲與功耗。

圖形管道方面也進行了精簡的優化，包括4個增強的ACE非同步計算引擎、地位更加中心化的結合處理器、64個像素單元。

RDNA架構在設計過程中，也借鑒過「Zen」架構設計的先進理念，比如在時鐘門控方面，效率與能效極高，並且進一步減少了到達更高頻率時需要的邏輯層級。

最後，Radeon的媒體引擎大幅改善了視頻編碼，增加了H.265 HDR/WCG編碼器。全面支持H.264格式的4K 90FPS、1080P 360FPS編碼和4K 150FPS、1080P 600FPS解碼，H.265格式的4K 60FPS、1080P 360FPS編碼和8K 24FPS、4K 90FPS、1080P 360FPS解碼，VP9格式的8K 24FPS、4K 90FPS解碼，同時整體編碼速度提升40%。

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