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AMD RDNA顯卡架構簡析:更高速的數據運轉,更靈活的指令運算方式

在我們的記憶中AMD的顯卡產品已經用了很久的GCN架構,雖然每代產品所用的GCN架構都有改良的地方,但本質上還是GCN架構。某種程度上我們可以說GCN架構很成功,因為使用了那麼長時間,已經得到了市場的充分考驗,我們也可以說GCN架構潛力很大,從發布至今那麼長的時間依然可以展現出不俗的實力。

但GCN架構畢竟不是完美的,隨著競爭對手的發展,GCN架構的應對能力確實開始下滑了。那對於一直為推出頂尖產品而奮鬥AMD顯卡團隊來說,GCN架構顯然滿足不了他們的需求,為此那麼拿出了核心代號為Navi的新產品,也就是新近發布Radeon RX 5700系列顯卡,這裡面所用的RDNA架構可以說是青出於藍而勝於藍,因為RDNA架構雖然得到了GCN架構的一些啟發,但是從整體來說是一種全新架構,從絕對性能、運行功耗、能效比等多方面來說都全面勝於前輩,是AMD顯卡團隊的精品之作。

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RDNA架構又叫做Radeon DNA架構,這個名稱是什麼意思相信不用我們多做解釋了。AMD之所以這麼命名,自然是認為RDNA架構是決定新一代顯卡表現的關鍵,就像DNA對於生物的重要性。

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Navi核心顯卡一共有4個重要的地方,其一是7nm工藝,其二是GDDR6顯存,其三是PCI-E 4.0介面,最後一個就是RDNA架構了,可以說缺少任何一個,Navi顯卡都無法實現當前的性能表現。

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我們直接把目光聚焦到RDNA架構上,RDNA架構有三大重點,一個是全新的計算單元設計,第二是多級緩存制度,第三是精簡化的圖形管道,三者的配合讓RDNA架構的運算效率相比GCN架構有極大的提升。

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Radeon RX 5700XT的圖形核心是目前已知的Navi核心或者說RDNA架構產品中的完全體,其擁有40組RDNA CU單元,共計2560個流處理器、80個標量單元和160個64位雙線性過濾單元。

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RDNA架構支持Wave32和Wave64兩指令長度模式,這個很重要

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AMD R100顯卡架構到RDNA顯卡架構的的變遷史

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那麼到底RDNA架構相比GCN架構有什麼地方是更為領先呢?首先我們可以從兩者的CU單元來判斷。首先GCN架構是擁有4組SIMD16單元、1個共享標量單元和1個共享向量單元;RDNA架構擁有2組SIMD32單元,2個共享向量單元和2個共享標量單元,可以看出其SIMD單元的組合方式不同,向量和標量單元也更多。

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RDNA這樣的組成有什麼好處呢?以運行一個Wave64指令為例,由於GCN架構僅支持Wave16長度指令,僅有一個標量單元,因此Wave64指令會被分到4組SIMD單元中,每個時鐘周期運行一組,這樣就需要4個時鐘周期才能完成一個Wave64指令。

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而RDNA架構有兩組SIMD32單元,支持Wave32長度指令,而且有兩個標量單元,因此一個Wave64指令可以同時由兩個SIMD32單元運行,一個時鐘周期就完成了。

也正因為這樣的結構,RDNA結構可以同時運行兩個不同Wave32指令或一個Wave64指令,這也是其Wave32/64雙模式的來由。

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從結果來看,運行Wave64指令時,GCN架構的SIMD單元利用率只有25%,而RDNA架構的利用率可以達到100%,這就是為什麼後者可以在硬體規格接近的情況下,迸發出凌駕於GCN架構效能的原因。

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RDNA架構SIMD單元組成

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支持Wave32與Wave64雙模式

當然除此之外RDNA架構還進行了很多的增強,例如2倍與GCN架構的ALU單元與4倍於GCN架構的緩存帶寬,這些都是我們表面上看不到的規格,為此即便是CU單元和流處理器數量相同,RDNA架構的性能會比GCN架構性能高出一個甚至幾個檔次的原因。

不同架構之間的區別

RDNA架構緩存系統

緩存帶寬相比GCN架構有很大的提升,延遲則有大幅度的下降

精簡化的圖形管道使數據處理的速度更加迅速

因此與RX Vega 64顯卡相比,Radeon RX 5700 XT也就是Navi核心顯卡在性能領先14%的前提下,功耗還有23%的下降,而且得益於7nm工藝,Navi核心的面積只有251平方毫米,Vega 10核心卻已經接近500平方毫米,單位面積可以提供的性能,前者是後者的2.3倍。

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當然除了硬體上改進外,這次RDNA架構顯卡還給遊戲玩家帶來了軟體上的優化。首先是AMD FidelityFX套件,這是一個開源的畫質工具,目前可以實現的作用是提升遊戲換面的銳利度和對比度,使原本因為抗鋸齒等原因而導致模糊的畫面重新變得銳利。

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當然這並不是AMD FidelityFX的唯一功能,事實上AMD FidelityFX還能完成很多事情,只是其他功能目前尚處於開發階段,因此並未進行公開。此外這個套件雖然開源但並不是一個外部優化軟體,而是需要融入到遊戲本身的,不過目前已經有不少遊戲廠商跟AMD合作將AMD FidelityFX加入到自己遊戲中,就像當年的「海飛絲」特效那樣。

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已經可以確定的是《F1 2019》和《無主之地3》都會支持AMD FidelityFX,未來會有更多的遊戲加入,有興趣的玩家也可以到GPUOpen網站下載開源包,自己來玩一玩。

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很多遊戲廠商已經確定會支持AMD FidelityFX

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而AMD圖像銳化功能則是由顯卡驅動提供的功能,這意味著什麼遊戲都能支持,其作用同樣是銳化遊戲畫面,使其看上去更加清晰。

AMD表示相應的功能會在Radeon RX 5700顯卡發售後的最新版的驅動中提供,不過目前僅支持RDNA架構顯卡,後期是否會支持GCN架構顯卡,他們表示這不方便透露,因此大家也只能等待了。

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對於電競玩家來說RDNA架構顯卡還有一項很重要的功能就是抗延遲功能,這是一項降低從操作到畫面響應所需要的時間的功能,AMD表示開啟抗延遲功能後,操作到顯示的延遲時間將縮短三分之一,對於電競玩家來說是非常重要的。

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