改变翻天覆地 史上最全Fermi架构解读

前言：在经过漫长的4年开发期之后，众望所归的Fermi“费米”架构GPU终于诞生，这款GPU身上凝聚了众多“第一”，打破了很多芯片设计的世界记录。而更为深远的意义在于，代号GF100的Fermi架构GPU产品，在保持图形性能的前提下，将通用计算的重要性提升到前所未有的高度。我们根据最近收集的资料，与所有关注显卡、关注游戏、关注通用计算的网友一起探寻Fermi架构的设计方向和性能特性。同时，我们共同期待两家厂商酝酿已久的GPU对决。现在离Fermi最后的发布，仅有1天时间，让我们共同期待。

Fermi“费米”架构第一印象

    ●一块40nm工艺，30亿个晶体管的大芯片

    由于庞大的运算资源、控制资源和缓存资源的加入，Fermi在设计之初，就没有考虑过小芯片战略，因为这是不可能做到的。所以即将登场的，是一块集成度高达30亿个晶体管的单管芯封装芯片，这是半导体工业的奇迹。

    ●基于图形，但超越图形的GPU设计方案

    Fermi的众多特性，已经明明白白告诉用户，这不是仅为游戏或者图形运算设计的GPU，而是面向图形和通用计算综合考虑的成果。全局ECC设计、可读写缓存、更大的shared memory、甚至出现了分支预测概念……这次Fermi抛弃长期使用的“流处理器”称谓方式，更明确体现了NVIDIA的意图。

    ●一块4核心的GPU，因为它包含4个GPC

    GF100拥有这样的三层分级架构：4个GPC、16个SM、512个CUDA核心。每个GPC包括4个SM，每个SM包括32个CUDA核心。你可以认为GF100是一颗4核心（GPC）处理器，因为这个GPC几乎是全能的。

    ●更大更全的缓存

    GF100核心，除同样拥有12KB的L1纹理缓存之外，其拥有真正意义的可读写L1缓存和L2缓存。GF100核心的设计思路直接导致GPU中首次出现了64KB的RAM支持可配置的shared memory和L1缓存。

    ●Tessellation细分曲面单元引入，带来几何性能大幅提升

    在这之前，3D显卡的几何性能的提升过程是非常缓慢的，从GeForce FX 5800到GeForce GTX 285，显卡的像素渲染能力提升了超过150倍，但是几何性能仅仅提升了不到3倍。DirectX 11要求的硬件Tessellation单元改变了这样的状况，Fermi更是将细分曲面单元做到了你不可思议的规模。

    ●TMU和ROP等后端单元的增强

    代号RV770的HD4870是AMD非常成功的一款产品，它用最小的晶体管消耗，打击了对手NVIDIA的痛处——GPU后端设计。所以我们看到在开启高倍AA等效果时，后端强大的GPU性能衰减能够得到有效控制。这次Fermi架构重点增强了GPU后端设计，而且力度不小。

    ●底层计算单元不断改进

    毫无疑问，G80到GT200以来，NVIDIA的MIMD架构流处理器设计一直是图形芯片中效率最高的，虽然它很耗费晶体管，但是以最后实际性能衡量，还是很划算的。这次Fermi延续了这种设计，但是在计算单元和周边资源方面做了扩充，更高精度和更小性能衰减是永远的目标。

    ●GPU设计更贴近应用，也更偏向CPU

    Fermi放弃了GPU固有的简洁明快的设计理念，转而向更深层次发展，但是更强的线程控制能力和周边资源的充沛度，已经让Fermi打开了“潘多拉魔盒”……NVIDIA如果能应付得了这些问题，将在GPU领域取得一系列突破，如果应付不了各种扑面而来的问题，这种设计所付出的代价有可能拖垮NVIDIA整个公司。