显卡GPU架构介绍之

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显卡GPU架构介绍之

2024-03-26 05:22| 来源: 网络整理| 查看: 265

2020年9月,NIVIDIA发布了基于安培架构的显卡3080与3090,轰动了整个硬件圈,可以说具有划时代的意义,老三3070已经可以与上一代卡皇2080Ti扳手腕。今天这篇文章讲一下安培架构有哪些亮点以及相比上一代图灵架构做了哪些提升。

本人水平有限,对GPU架构的理解也比较浅显,如果错误欢迎各位大佬指出。

其实早在2020年5月安培架构就已经亮相,跟以往一样,仍然是先发布计算卡后发布图形卡,计算卡的核心为GA100,GA100面向纯计算领域,核心规模更为完整,并且与图形卡核心差异较大,本篇GA100暂不做讨论。

3090的GPU核心为GA102-300,结构依旧是经典的GPC-TPC-SM(不理解这个概念可以看下图,数方框框就好)

完整的GA102核心从上至下3090有7组GPC,每组GPC有6组TPC,每组TPC有2个SM单元,每个SM单元有128个CUDA核心,所以完整的GA102的CUDA核心数为7 * 6 * 2 * 128 = 10752。

完整的GA102核心

3090的CUDA核心数也只有10496,在完整的GA102核心上砍了一组TPC(10752-2*128=10496),不知道后面会不会出3090Ti,如果有那应该就会使用完整的GA102核心。

更强大的SM单元

下图是图灵架构的SM单元,在图灵架构中显卡前缀由GTX变为RTX,RTX代表实时光线追踪技术(也就是我们常说的光追),RTX光追就是通过RT CORE实现,下图的Tensor Core用于AI加速,在图灵中,将INT32(整数型)与FP32(单精度浮点型)分别交给不同的ALU进行处理,目前现代游戏中数据更多为FP32类型,INT32ALU总体使用率会比FP32低。(ALU可以理解为CUDA核心,每一个ALU为一个计算单元)

在图灵架构中,每个SM中有64个CUDA核心,被分为四个区块(block),每个block能够调度16个INT32 ALU和16个FP32 ALU。

LD/ST代表load/store,读取单元。Warp Scheduler + Dispatch为线程调度相关,还有一些运算单元SFU用来执行超越函数、插值以及其他特殊运算。Register File代表寄存器相关文件turing SM单元

下图是安培架构GA102的SM单元,计算卡核心GA100中稍微不同。

Ampere SM单元

相比图灵的SM单元首先是L1 cache升级成了128kb。RT Core升级到了第二代(官方宣传第二代RT CORE优化了相关算法最高可以实现8倍于前代的速度),Tensor Core升级为第三代(AI计算性能更强)

重要的一点是相对于图灵的INT32,在安培架构中改成了FP32/INT32,新的ALU既支持FP32又支持INT32,每个block区块可以调度16个FP32/INT32+FP32,所以整个SM单元可以处理64个INT32+64个FP32或者128个FP32。极限情况下(全为FP32数据时)理论上相对图灵单元的SM可以提高两倍。

关于这点社区还展开了激烈的讨论,NVIDIA这波究竟算不算"误宣传"?这点不只有显卡,大多数电子产品发布会都是这样,为了面板好看很多数据都是基于极限情况,与实际使用肯定有一定差距。

如何看待Nvidia RTX 3080 实测性能和宣传差距较大?升级为GDDR6X显存

随着安培架构的发布,GDDR6X也随之而来,相比GDDR6做了升级

GDDR6的等效频率为14~16Gbps左右,而GDDR6X的等效频率为19~21Gbps,也就是说在相同显存位宽的情况下,GDDR6X的显存带宽比GDDR6增加了35%左右,达到912GB/s~1008GB/s。(数据来源百度知道)

以我之前讲过的3070与3070Ti举例

DLSS 2.1(DLSS 8K)

19年NVIDIA带来了DLSS 2.0,

8K 分辨率像素规模是4K的4 倍,在4K下100帧在8K下可能只有25帧,基于第三代Tensor Core使DLSS的能力进一步增强,通过深度学习将画面拉伸至8K,跨度相比1440P达9倍,通过DLSS使在8K下游戏成为了可能。

总结:安培架构相比图灵架构题提升确实非常大,引入了第二代RT CORE,第三代Tensor Core,同时SM单元性能提升也非常大,将图灵的INT32改为FP32/INT32,真的非常有想法并且非常牛,那么问题来了,何时才能买到原价的30系显卡?


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