Graphics Core Next - flexibler und mit großen Caches

Vor einem Jahr gab es viele hochgezogene Augenbrauen beim Blick auf AMDs GPU-Architektur VLIW4. AMD hatte im Wesentlichen sein mit der Radeon HD 5870 eingeführtes Design VLIW5 vereinfacht: Statt einer Spezialeinheit, eben der fünften, pro Block gab es nun vier, die alle Aufgaben übernehmen konnten. Das war eine Vereinfachung, die aber kaum Platz auf dem Die sparte: Statt 1.600 Rechenwerken der Radeon HD 5870 besaß die 6970 nur 1.536 der Stream-Prozessoren.

Mit 2.048 dieser Funktionseinheiten konnte AMD bei der 7970 deutlich zulegen, was der verringerten Strukturbreite von 28 Nanometern geschuldet ist. Dabei ist das Die der Tahiti-GPU sogar noch etwas kleiner geworden: 378 Quadratmillimeter stehen den 389 Quadratmillimetern der 6970 gegenüber.

Der Grund liegt in der neuen Architektur Graphics Core Next (GCN), die auf sehr viele völlig gleichförmig aufgebaute Rechenwerke in Form von ALUs setzt. Diese Logikeinheiten, die alleine keine komplexen Berechnungen durchführen können, sind über Caches und Spezialeinheiten vernetzt und streng hierarchisch organisiert.

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Die Struktur der Tahiti-GPU

Der Kern der Architektur ist eine Compute Unit (CU). Sie besteht aus 64 der ALUs und kann unabhängig vom Rest des Systems operieren. Wie eine CPU verfügt die CU dazu über Load/Store-Einheiten, einen Scheduler, eine Verzweigungseinheit und eigene Register - die fehlten bisher bei AMDs Designs. Die CU arbeitet dabei auch nicht mehr mit besonders langen Instruktionen, den VLIWs, sondern einer Vektoreinheit und einem Coprozessor.

Je vier der CUs teilen sich den Befehlscache (16 KByte) und den Datencache (32 KByte), was bei 32 CUs schon einen L1-Cache von 384 KByte ergibt. Dazu kommt noch ein L2-Cache für alle CUs von 768 KByte. Zusammen sind das 1.152 KByte an Caches. Zum Vergleich: Die erste Version von Nvidias Fermi kam bei über 500 Quadratmillimetern Die-Größe auch nur auf 1.792 KByte an Caches.

Überhaupt ähnelt GCN Fermi in der Flexibilität der CUs stark. Die Organisation der CUs ist jedoch unterschiedlich, so dass sich die Zahl der ALUs nicht vergleichen lässt. 512 sind es bei Fermi und 2.048 bei GCN. Sinnvoller ist ein Blick auf die SIMD-Einheiten selbst. Was einer CU bei GCN entspricht, ähnelt dem "Streaming Multiprocessor" (SM) bei Nvidia. 32 CUs gibt es bei AMD und 16 bei Nvidia - was nun aber auch nicht bedeutet, dass die Radeon HD 6970 doppelt so schnell wie eine GTX 580 wäre. GPUs lassen sich, ebenso wie CPUs, nicht anhand der Zahl der Rechenwerke vergleichen, weil die Architekturen so unterschiedlich sind.