解读AMD的“分布式几何”新专利（GPU的完全小芯片方法）

一周多前，美国专利局公布了一项名为“分布式几何”的AMD专利，该专利本身是AMD于今年4月提交的。该专利详细介绍了 GPU 的完全小芯片方法，其中渲染工作负载分布在一组芯片上，而不是让一个巨大的芯片处理所有处理。当然，没有迹象表明我们很快就会在 Radeon 显卡中看到这种技术，但这是我们在 RDNA 3 中已经看到的技术的自然演变。

我从 YouTube 频道RedGamingTech看到了有关该专利的新闻，读起来很有趣。尽管该文档的标题是“分布式几何”，但它实际上是关于分布式渲染的。以 AMD 当前的 Navi 31 GPU 为例，它是Radeon RX 7900 系列中使用的最大图形处理器。它确实使用了小芯片，但仅包含两个 VRAM 接口和一片 L3 Infinity Cache；GPU 的其余部分驻留在单个块中（称为 GCD，图形计算芯片）。

与所有 GPU 一样，有一个中央工作负载处理器，它将渲染任务发送到芯片内的多个着色器块之一。每个单元都被赋予一块几何体来处理、转换为像素，然后对它们进行着色。这种做法已经持续了数十年，AMD 和 Nvidia 都在其 GPU 中近乎完善了这一流程。

AMD 的专利详细介绍了一种方法，即放弃中央处理器，用多个小芯片取代单个硅块，每个小芯片处理自己的任务。渲染指令以称为命令列表的长序列发送到 GPU，其中所有内容都称为绘制调用。

这些是获取一堆几何图形（即顶点和索引集合形式的三角形）的说明，然后经历移动它、调整它的大小等的整个过程，然后最终将其变成彩色像素块，存储在 VRAM 中。

专利中的每个分布式几何小芯片都会计算出哪些三角形需要着色，然后开始执行。该专利解释了小芯片可以通过多种方式来跟踪哪个小芯片正在执行什么几何图形，最简单的方法是循环事务（即每个小芯片轮流处理多边形列表）。

这听起来好像只是让一切变得更加复杂，那么这样做的潜在好处是什么？正如我们从 AMD 成功转向使用小芯片的 CPU 中看到的那样，这主要是为了降低高端硬件的制造成本。制造超大 GPU 的成本效益低于制造较小 GPU，因为每个硅晶圆生产的工作芯片较少。Navi 31 中的内存小芯片非常小，一块典型的 12 英寸晶圆可以生产出一千多个小芯片，即使其中大量有缺陷，您仍然可以获得一小堆工作芯片。

AMD 显然希望对 GPU 的其余部分采取同样的方法。尖端工艺节点非常昂贵，因此如果可以通过简单地将一堆微小芯片放在同一个封装中来制造高端 GPU，那么制造它的总体成本就可以降低。

然而，要成为构建 GPU 的有效方法，还需要克服一些严峻的挑战。首先是内部带宽和延迟要求。在普通图形处理器内，每秒可以在缓存之间读取和写入多个 TB 的数据，每个事务的发生只需几纳秒。通过切换到小芯片，用于将所有内容连接到共享缓存和内存控制器的系统需要非常硬核。

幸运的是，AMD 在这方面已经拥有丰富的经验。RX 7900 系列中使用的无限扇出链路将 GCD 连接到内存小芯片，提供大量带宽，并且延迟并不比全芯片 GPU（例如 Navi 21 (RX 6900XT）。这种分布式几何设计需要比这更进一步，但如果有人能解决这个问题，那一定是 AMD。

它需要解决的另一个问题是确保所有小芯片都尽可能保持忙碌。由于每个单位都确定自己的工作量，因此存在一些单位闲置的风险，因为其他单位可以足够快地完成所需的工作。还有处理停顿的问题，其中小芯片实际上无法完全完成任务，因为它需要相邻的几何信息。

专利中没有讨论这些内容，所以现在我们只能思考这个问题，并想知道 AMD 何时会宣布这项技术（如果他们真的这样做）。我怀疑这是为 RDNA 5 而不是下一个迭代计划的，但有很小的可能不是。我上次看到 AMD 的一项激进技术专利是针对其光线追踪纹理单元的。

该文件于 2019 年 6 月发布，即提交近两年后，该功能已在 RDNA 2 中实现。AMD 于 2020 年开始推广该架构，并于同年 11 月推出了首款配备全新 RT-texture 处理器的产品。因此，AMD 明年有可能通过 RDNA 4 为我们带来一个全新的 GPU 小芯片世界，尽管这种可能性相当小。

事实似乎并非如此，因为一般传言都指向 AMD专注于 2024 年的主流产品组合。我更乐意等到 2025 年甚至 2026 年才能看到这一点，因为他们会给 AMD有更多时间来解决所有问题。

PC 游戏迫切需要 GPU 市场与 CPU 领域具有同等水平的竞争，而实现这一目标的唯一方法是 Radeon 卡与 GeForce 卡一样好，但价格要低得多。

当然，AMD 的 GPU 目前比 Nvidia 便宜，但它们仍然非常昂贵。还记得当它将 Zen 推向市场并以低至 329 美元的价格为我们提供八核、16 线程 CPU时，当时英特尔仍在以 370 美元的价格销售六核型号吗？现在看看 AMD 的游戏 CPU 处于什么位置：这也是我们对其 GPU 的需求。

附：AMD的专利说明

审核编辑：黄飞