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工艺架构双双逆袭 AMD下代显卡抢先看!

2016-03-07张一山《微型计算机》2016年2月下

自2011年末公布GCN架构后直到现在,AMD都没有彻底革命性架构的新显卡问世。包括当前旗舰R9 Fury X在内,所有的显示核心都是在第一代GCN架构上修修补补、增加一些新特性得来。而且芯片工艺依旧是多年不变的28nm……近5年之后,AMD终于放出下代“Polaris”(北极星)GPU架构将大幅革新的消息。而且这一次, 随着半导体新工艺的攻克,新核心将使用先进的14nm工艺。

双重利好究竟能为新GPU带来什么优势?

能否帮助AMD完成性能上相对竞品的逆袭,夺回高端市场份额?

距离新卡发布还有一段时间,但各种消息已经勾起了玩家们对北极星的极大兴趣。所以让我们这就来抢先打探一番,通过现有信息预估一下新核心的特性和性能。

AMD上一次宣布如此重要的产品还是2011年底,当时GCN架构横空出世,一扫AMD此前VLIW架构硬件利用率较低的阴霾,使AMD在GPU架构和产品性能上拥有了将当时称雄的英伟达Fermi架构产品挑于马下的实力。从2012年起,GCN架构不断地通过调整规格、推陈出新,为AMD赢得了市场认可和玩家的青睐。但不得不说的是,自那时起至今,AMD都在吃GCN的老本。最近几代GPU产品在架构方面都没有革命性改进,只是在原来架构的基础上不断地优化,通过增添功能、缩放规模获得产品迭代。有些人说这是迫于工艺原地踏步的无奈,但NVIDIA却能在工艺没升级的情况下,通过架构改进获得能耗比的大幅提升,让AMD相当被动。

其实AMD并不缺乏创新,比如最后一代GCN架构就率先用上了跨时代的HBM显存。作为GCN架构最后的巅峰,去年发布的R9 Fury X已经在芯片面积上达到600平方毫米水平,这是AMD自推崇小核心甜点策略以来,很久没有尝试过的大核心产品了。虽说有HBM显存的增益,但是GCN架构与生俱来的能耗比较低、架构效率不高等问题依旧无法得到彻底改善,甚至都没法完美发挥出HBM的高带宽优势。在R9 Fury X核心面积已经和GTX TITAN X相差无几的情况下,性能却明显落后对手,无法帮助AMD重新夺回高端市场的玩家认可度。很显然,架构换代的需求已经刻不容缓。好在AMD终于在加州举办了图形技术峰会,公布了全新的代号为“Polaris”的GPU产品。宣称要为用户带来一场极其值得期待的史诗级架构革命,希望重拾用户信心。

很显然,AMD敢称史诗级架构革命,那么新显卡的GPU架构势必不再是基于老旧GCN的修补版,即使不是推倒重来的全新设计,也绝对是大刀阔斧式的全新改版。那么该架构是否能帮AMD重新获得竞争优势?让我们这就来看看它都具备哪些特殊设计。

Tips:星辰取代岛屿命名的“狗血”剧情

AMD解释为什么使用Polaris作为架构名称
AMD解释为什么使用Polaris作为架构名称

之前AMD的GPU架构代号都是各种热带海岛,甚至还有海南岛(“Hainan”,被用在笔记本电脑上,一般对应Radeon R5 M230 GPU)出现。但是这一次AMD一反常态,使用了“Polaris”北极星作为新GPU的代号,这是为什么呢?

对此,AMD给出的解释是:AMD的目标是高效率地驱动每个设备上的每一个像素。星星是全宇宙最高效率的光子生成器,这给了AMD灵感。看起来挺诗意的,想不到一贯以来给人们刻板印象的极客程序员和架构师们,还有如此温情的一面。

工艺终于提升

了解半导体的玩家应该非常明白,无论是CPU还是GPU或是其他芯片,更优秀的工艺都是性能提高的重要条件。当一个芯片能借助新工艺容纳更多的晶体管时,就能实现更多的功能和更强大的性能。无论架构设计得再合理,缺少优秀工艺都难以发挥芯片应有性能。反之,优秀的工艺却能在很多时候弥补芯片设计上的不足。但无可奈何的是,显示芯片厂商一直以来都采用代工制造模式,工艺水平取决于代工厂TSMC的发展情况。而TSMC近几年来工艺发展并不顺利,近5年都只能提供成熟的28nm产品。导致AMD和NVIDIA的产品换代非常被动。显然,在五年后的今天,28nm工艺已经不能满足GPU发展的需求了,尤其是DirectX 12等技术的出现,推动了整个图形业界的技术再次跃进,GPU也需要全新工艺来满足新架构产品的设计和制造,以带来跨越式的性能和功能改善。因此,无论是AMD还是NVIDIA,都准备在全新一代GPU上采用新工艺。但不同的是,NVIDIA应该还会继续和老伙伴TSMC合作,使用TSMC最新的高性能16nm工艺生产下一代“帕斯卡”架构核心。而AMD则很可能将代工订单转投到GlobalFoundries和三星。GlobalFoundries(本文简称GF)大家应该很熟悉,就是从AMD剥离出去的半导体制造厂,是AMD CPU的指定代工厂。三星的加入显得比较意外,实际上没有三星提供的14nm技术支持,GF想给AMD代工GPU都难。

 AMD认为GPU不仅仅是一个图形处理器,将会是一个多功能的协处理器,和CPU一起构成多方面应用的计算中心。
 AMD认为GPU不仅仅是一个图形处理器,将会是一个多功能的协处理器,和CPU一起构成多方面应用的计算中心。

Polaris若能按计划使用14nm FinFET工艺,那就将是AMD首次将GPU拿给TSMC以外的工厂代工。
Polaris若能按计划使用14nm FinFET工艺,那就将是AMD首次将GPU拿给TSMC以外的工厂代工。

这一次AMD之所以没有再选择和TSMC继续合作,据称是因不满TSMC近年来越来越糟糕的代工服务能力。熟悉行业的玩家应该知道,AMD在GPU工艺升级方面一直比NVIDIA激进。依靠比NVIDIA快半步的工艺优势,赋予芯片更好的特性,常常能在竞争中给NVIDIA带来不少麻烦。但TSMC经常在新工艺启用的过程中给AMD带来麻烦,良率、价格、芯片质量一直是让AMD不满的问题。只是苦于没有别家代工厂有实力或愿意帮助AMD代工高性能GPU,只能勉强维持。但这样的局面在GF获得三星14nm LPP工艺授权后,迅速被打破。那么三星授权给GF的14nm LPP工艺究竟有什么特点,能从TSMC手中抢过代工大单?

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