统一着色器架构释放GPU运算能力

● 统一着色器架构再次释放GPU运算能力

    Shader Model 在诞生之初就为我们提供了Pixel Shader（顶点着色器）和Vertex Shader（像素着色器）两种具体的硬件逻辑，它们是互相分置彼此不干涉的。但是在长期的发展过程中，NVIDIA和ATI的工程师都认为，要达到最佳的性能和电力使用效率，还是必须使用统一着色器架构，否则在很多情况下Pixel Shader计算压力很轻造成大量Pixel Shader单元闲置，Vertex Shader资源有限但遇到大量三角形时会忙不过来。也就是说不再区分Pixel Shader和Vertex Shader，最终设计出来的产品可以在任何API编程模型中都不存在任何顶点/像素着色器固定比率或者数量限制。

Vertex Shader和Pixel Shader的负载对比

    每一帧渲染中Vertex Shader和Pixel Shader负载压力几乎没有相关性，总是在出现资源闲置和资源紧缺，所以有必要使用统一着色器架构。

    在统一着色器架构的GPU中，Vertex Shader和Pixel Shader概念都将废除同时代之以ALU。ALU是个完整的图形处理体系，它既能够执行对顶点操作的指令（代替VS），又能够执行对象素操作的指令（代替PS）。GPU内部的ALU单元甚至能够根据需要随意切换调用，从而极大的提升游戏的表现。

    微软XBOX 360所采用的Xenos图形处理器，第一次引入了统一着色器架构，这个着色器架构包含了3个独立的着色器矩阵，每个着色器矩阵内有16个5D向量SIMD单元，这些SIMD单元既可以执行Vertex Shader也可以执行Pixel Shader，可以称之为符合DirectX9标准的统一着色器架构。随后NVIDIA推出的GeForce 8800 GTX使用了128个标量流处理器（Stream Processor）。在通用计算方面，GeForce 8800 GTX的统一架构比Xbox 360的C1更先进、更强大，这表现在标量设计、整个US和Shader簇内的MIMD化执行。

AMD历代着色器演进

    在GeForce 8800 GTX之后，AMD经过数月的延迟后推出了代号R600的RADEON HD 2900XT核心，这款产品和NVIDIA的新品一样使用了统一渲染架构，不同之处在于2900XT的64个SIMD着色器内包含了5路超标量（superscalar）的运算单元（ALU），我们习惯性称其拥有320个流处理器。组织形式方面，SIMD单元采用超标量+VLIW（甚长指令）设计，虽然从数量上看规模庞大（共拥有320个ALU，8800 GTX为128个），但是执行效率在实际运算特别是通用计算中会发生不可忽视地衰减。

    为方便讨论，在后文分析中，我们将更多地把着色器Shader称为流处理器Stream Processor。