狙殺GTX 1070/1080！AMD Radeon RX Vega 64/56限量和水冷版顯卡深度圖解評測

AMD正式發(fā)布了這款采用革命性HBM顯存的全球首款公版水冷顯卡，這款卡實(shí)在是太過驚艷，驚艷了業(yè)界也驚艷了我。過了一年，AMD發(fā)布了采用14nm的Polaris顯卡，在業(yè)界掀起了紅色革命，AMD的獨(dú)顯市場份額也從2成上升到了3成。又過了一年，AMD終于在今年7月發(fā)布了久違的旗艦級顯卡——RADEON RX VEGA 64/56，眾多A飯翹首期盼的AMD卡皇終于降世了！

此時(shí)此刻，距離AMD上一代基于Fiji(斐濟(jì))核心的旗艦顯卡Radeon R9 Fury X誕生已經(jīng)過去了兩年零一個多月的時(shí)間，這在以往是非常不可思議的。

尤其是過去一年多來，NVIDIA Pascal家族逐次推進(jìn)，從高到低完整覆蓋，AMD方面雖然也有全新的Polaris(北極星)核心，但畢竟是個小核心，在中低端市場上表現(xiàn)穩(wěn)健，卻沒有一位老大哥帶頭，總是缺乏底氣。

Vega核心最早的說法是2016年10月份就會登場，但在眾多玩家尤其是A飯們的焦急等待中，又是十個月過去了，Vega才終于瓜熟蒂落，而此時(shí)距離其主要競爭對手GTX 1080/1070的誕生，也已經(jīng)有一年零三個月之久了。

對于Vega為何遲到這么久，AMD高級副總裁兼Radeon技術(shù)事業(yè)部首席架構(gòu)師Raja Koduri對我們解釋說：

一是14nm工藝，這是AMD第一次同時(shí)在CPU和GPU上使用同一種工藝。

二是Vega架構(gòu)是全新設(shè)計(jì)的，從底層開始都煥然一新，而如今設(shè)計(jì)一種全新的高性能計(jì)算架構(gòu)，不但要做好高端游戲，還要滿足圖形工作站、高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等各方面的需求。

當(dāng)然，AMD作為唯一一家同時(shí)擁有高性能CPU、GPU計(jì)算平臺的企業(yè)，本身并不是多么財(cái)大氣粗，同時(shí)面臨Intel、NVIDIA兩大可以分別專注一個領(lǐng)域的強(qiáng)敵，可以說相當(dāng)不易，走過的每一步都值得尊重。

回來再說Vega，作為一個全新設(shè)計(jì)的高性能核心，它肩上的擔(dān)子是相當(dāng)重的，玩游戲也只是一個方面，它要做的事兒多著呢。

事實(shí)上在此之前，Vega家族已經(jīng)逐漸開始生根發(fā)芽，甚至可以說逐漸枝繁葉茂了。

在服務(wù)器和高性能計(jì)算領(lǐng)域，我們見到了Radeon Instinct MI25，直面NVIDIA Tesla系列，完美搭檔自家EPYC服務(wù)器處理器；

在圖形工作站領(lǐng)域，我們有了Radeon Pro WX 9100、Radeon Pro SSG，不但競爭NVIDIA Quadro系列，后者還首創(chuàng)了顯卡集成SSD，容量高達(dá)2TB，后續(xù)據(jù)稱還有Radeon Pro 64/56；

在游戲開發(fā)領(lǐng)域，Radeon Vega Frontier Edition風(fēng)冷版、水冷版大家也都不陌生了，這也是AMD對于NVIDIA Titan X/Xp的一個回應(yīng)；

在游戲領(lǐng)域，AMD也是卯足了勁，首發(fā)就有三款產(chǎn)品(也可以說四款)，而且后續(xù)還有更多驚喜！

【Vega架構(gòu)解析：AMD GPU五年來最革命性進(jìn)步】

不知不覺，Radeon這個顯卡品牌已經(jīng)誕生17年了，也伴隨太多DIYer走過了青春歲月，而時(shí)代在變化，Radeon面臨的需求也越發(fā)多樣化。

AMD在技術(shù)白皮書中特別指出，除了傳統(tǒng)游戲不斷沖擊視覺技術(shù)極限，GPU還面臨著更廣泛需求的挑戰(zhàn)，從機(jī)器學(xué)習(xí)到專業(yè)視覺化，從虛擬化到虛擬現(xiàn)實(shí)，GPU的計(jì)算能力也在快速跟上，以滿足超大數(shù)據(jù)集的需求，但是GPU存儲能力并未得到顯著提升。

為此，AMD全新設(shè)計(jì)了Vega架構(gòu)，這也是GCN圖形架構(gòu)誕生五年以來，AMD GPU最革命性的變化。

不過，新核心的變化實(shí)在太多了，涉及幾乎所有方面，而且很多都過于專業(yè)，所以這里我們之挑選其中幾個要點(diǎn)和大家分享。

1、Vega 10：高集成度的大核心

Vega架構(gòu)的第一個產(chǎn)品是“Vega 10”，一個相對大規(guī)模的芯片，面向高分辨率游戲、VR虛擬現(xiàn)實(shí)、高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)、高負(fù)載工作站等領(lǐng)域。

它采用14nm LPP FinFET工藝制造，集成了125億個晶體管，核心面積486平方毫米。

相比之下，28nm工藝的上代大核心Fiji集成了89億個晶體管，面積卻有596平方毫米，也就是說Vega 10核心晶體管規(guī)模多了整整40％，面積卻縮小了18％！

另外，同樣14nm工藝的Polaris 10核心集成57億個晶體管，核心面積232平方毫米，Vega 10與之相比晶體管多了1.2倍，面積增大了1.1倍，集成度也有所提高。

Vega 10核心經(jīng)過優(yōu)化后，可以充分利用FinFET工藝的低漏電率優(yōu)勢，頻率也高于以往任何Radeon顯卡，官方標(biāo)稱最高加速頻率就有1.67GHz，而實(shí)際運(yùn)行中完全可以超過1.7GHz，實(shí)測中甚至見到過1.75GHz。

相比之下，上代Fiji核心最多只能加速到1GHz左右，Polaris 10最高則是超過1.3GHz。

Raja表示，14nm工藝對CPU和GPU來說都很平衡，在CPU上可以實(shí)現(xiàn)高頻率，GPU上則可以實(shí)現(xiàn)高集成度，比如Vega就因此比Fiji核心要小得多，但是性能高出很多。

Vega 10核心依然有64個計(jì)算單元、4096個流處理器，規(guī)模上和Fiji是一樣的，但憑借高進(jìn)的架構(gòu)和更高的頻率，單精度浮點(diǎn)計(jì)算性能達(dá)到了驚人的13.7TFlops(每秒13.7萬億次計(jì)算)，而且還支持16位數(shù)學(xué)計(jì)算，半精度浮點(diǎn)性能達(dá)27.4TFlops。

Vega 10還是AMD第一個使用了Infinity Fabric互連設(shè)計(jì)的GPU核心，也就是Zen處理器里的那一套。這種低延遲的SoC型互連總線可以在芯片的不同模塊之間提供一致性通信，也使得芯片設(shè)計(jì)更加彈性靈活，可以做到模塊化，能隨時(shí)根據(jù)需要加入不同配置和模塊。

Vega 10芯片中，Infinity Fabric連接著圖形核心與其他主要邏輯模塊，包括顯存控制器、PCI-E控制器、顯示引擎、視頻加速器等等，也為未來的APU奠定了基礎(chǔ)。

2、全新顯存架構(gòu)和高帶寬緩存控制器(HBCC)

GPU通常需要在本地顯存中保存所需要數(shù)據(jù)集或者資源的全部，因?yàn)樽逷CI-E等外部通道的話，將無法保證足夠的帶寬或延遲。

隨著軟件內(nèi)存管理的日益復(fù)雜，這對開發(fā)者提出了越來越高的挑戰(zhàn)，而顯存成本又決定了不可能把容量做到特別大。

為此，Vega架構(gòu)可以將本地顯存作為末級緩存使用。如果GPU要訪問的部分?jǐn)?shù)據(jù)不在顯存之內(nèi)，可以通過PCI-E總線獲取所需內(nèi)存頁面，并保存在高帶寬緩存中，而不是讓GPU停下來，等待完成全部所需資源的復(fù)制。

頁面通常比整個紋理等資源小得多，復(fù)制可以迅速完成，后續(xù)訪問就直接從緩存中拉取，延遲自然非常低。

這主要得益于Vega架構(gòu)新增的高帶寬緩存控制器(HBCC)，可以將遠(yuǎn)程內(nèi)存作為本地緩存使用，同時(shí)可以將本地顯存作為末級緩存使用。

HBCC支持49位尋址，最多能訪問512TB虛擬尋址空間，而現(xiàn)代CPU的尋址空間也不過48位，同時(shí)比最多10+GB的顯存也多了幾個數(shù)量級。

HBCC被視為Vega架構(gòu)中最大的革新，簡單地說可以把整個系統(tǒng)內(nèi)存當(dāng)做顯存來使用，相當(dāng)于一塊顯卡可以擁有TB級別的高速顯存，無論性能還是容量都不是事兒。

換言之，它實(shí)現(xiàn)了某種程度上的一體化內(nèi)存池，這部分AMD稱之為“HBCC內(nèi)存區(qū)”(HMS)。

Radeon Pro SSG之所以能板載2TB SSD，就是得益于這種設(shè)計(jì)，消除了從GPU到SSD之間的隔閡，可以直接訪問其中的數(shù)據(jù)，從而大大降低延遲和過載。

為了將這種設(shè)計(jì)發(fā)揮到極致，Vega架構(gòu)其他部分也做了針對性調(diào)整，比如說二級緩存就扮演著中心角色，容量翻番到4MB，所有圖形區(qū)塊都直接與其相連，而以往像素引擎是有自己的緩存的。

當(dāng)然，HBCC設(shè)計(jì)也需要開發(fā)者去學(xué)習(xí)適應(yīng)，才能挖掘和釋放其最大潛力，而且它也不是必須使用的，開發(fā)者如果對顯存容量和性能沒有特別高的要求，仍然可以走傳統(tǒng)路線。

顯存方面，Vega搭配了第二代高帶寬顯存HBM2，類似Fiji那樣與GPU核心整合封裝，使用硅中介層與GPU物理互連。

得益于新的技術(shù)和工藝，HBM2最多可以堆疊8個，單顆容量最大8GB，Vega專業(yè)卡就用了兩顆供16GB，RX Vega家族則配備了兩顆供8GB。

同時(shí)，HBM2每個堆棧的位寬達(dá)1024-bit，因此只需很低的頻率，就能提供極高的帶寬。

在顯卡驅(qū)動控制面板中，用戶可以根據(jù)自己的需要，手動調(diào)整HMS的容量范圍。

3、下一代計(jì)算單元(NCU)

AMD GCN架構(gòu)的核心模塊是計(jì)算單元(CU)，Vega也是如此，但同樣做了全面翻新，官方稱之為下一代計(jì)算單元(NCU)。

NCU的一個亮點(diǎn)變化就是加入了快速堆疊運(yùn)算(Rapid Packed Math/RPM)，允許兩個FP16半精度的運(yùn)算同時(shí)執(zhí)行，并支持豐富的16位浮點(diǎn)和整數(shù)指令集，包括FMA、MUL、ADD、MIN/MAX/MED、Bit Shift等等。

一般來說，日常游戲、3D渲染對單精度FP32、雙精度FP64要求比較高，而在大規(guī)模深度計(jì)算中，F(xiàn)P16半精度十分關(guān)鍵。

Vega首次支持半精度計(jì)算，每個NCU擁有64個ALU，可以靈活地執(zhí)行緊縮數(shù)學(xué)操作指令，比如每個周期可執(zhí)行512個8位數(shù)學(xué)計(jì)算，或者256個16位計(jì)算，或者128個32位計(jì)算。這不僅充分利用了硬件資源，也能大幅度提升Vega在深度學(xué)習(xí)上的性能。

RPM專門用于加速FP16半精度的運(yùn)算速度，比如新的著色器可以利用RPM，在AMD一直引以為傲的TressFX毛發(fā)渲染中，將每秒能渲染的頭發(fā)數(shù)量增加一倍，因此，RPM可以幫助GPU核心進(jìn)行更快更強(qiáng)的的物理計(jì)算。

NCU還可以同時(shí)進(jìn)行計(jì)算和圖形處理，并且能夠根據(jù)負(fù)載不同而變換SIMD單元寬度，結(jié)果就是以往需要多個計(jì)算單元才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在只需一個就能搞定，不會造成浪費(fèi)。

種種改進(jìn)結(jié)合，Vega 10核心可以每秒鐘執(zhí)行27萬億次浮點(diǎn)計(jì)算，或者55萬億次整數(shù)操作。

4、下一代幾何引擎

Vega的整個幾何引擎針對更高三角形吞吐量做了優(yōu)化，增加了新的快速硬件路徑，比以往更有彈性、可編程性。

Vega幾何引擎里的創(chuàng)新很多，最具代表性的當(dāng)屬新的原語著色器(Primitive Shader)，可以合并部分幾何處理流水線，拋棄隱藏的、沒必要的原語，代之以新的高效著色類型，而且啟動非?？?，每時(shí)鐘周期的峰值原語剔除率是以前的四倍。

Vega 10擁有四個幾何引擎，加入了新的原語著色器之后，每時(shí)鐘周期的最大原語吞吐量可以超過17個，而以前只能做到4個。

同時(shí)，Vega架構(gòu)還加入了新的智能負(fù)載分配器(IWD)，可以根據(jù)實(shí)際情況持續(xù)調(diào)整流水線設(shè)定，更好地平衡各個幾何引擎之間的負(fù)載，提高利用率。

5、下一代像素引擎

隨著4K/5K/8K超高分辨率和240Hz高刷新率顯示器的出現(xiàn)和普及，以及VR虛擬現(xiàn)實(shí)的進(jìn)一步發(fā)展，顯卡像素吞吐能力也面臨著越來越大的壓力，Vega為此重新設(shè)計(jì)了像素引擎，加入了大量新功能。

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