深度好文，详解PowerVR Furian GPU架构的改变（二）

昨日，《深度好文，详解PowerVR Furian GPU架构的改变（一）》一文展示了Furian中SPU的设计点其依赖USC的数量。相比Rogue，Furian的可扩展性使我们可以设计一个更广泛的目标性能点。接下来，本文将讨论USC、TPU 和PBE每块的性能。

 

USC

我们已经重新设计了Furian的USC。Rogue名义上是16位宽标量的SIMD机器，在2个周期内运行32位宽任务。Furian是 32位宽标量的SIMD机器，在单个周期内运行整个任务。我们还改变了Furian USC每时钟及每道所执行的内容。对于F32，Rogue可以每时钟每道并行执行一对FMA指令。Furian将并行FMA设置换成单个FMA，且并行相乘，故而与Rogue相同的USC，每时钟的运算量增加了50%。

自发布第一代Rogue，我们在GPU设计中一直保有相同的两倍速率的F16性能。近几年，F16的性能不断提升，图像相关的应用程序对于GPU供应商用户越来越重要。所以，目前，有相当多的GPU在售并不出奇，且通过微架构机制，F16性能更强。Furian也是如此，一直保有我们长期以来的性能。

如您所见，Furian延伸了Rogue专门管线的概念。这里，我们并非是将所有工作交由内核，并通过计算进入单个的管线，我们进行了简化，同时还尽可能进行分享，以控制独立的路径。决定运行哪种指令时，USC控制逻辑解码了传入的指令包，找出了即将运行的任务及运行数据的来源，并逐周期将它们分派至正确的管线集。在管线层，USC内还有协同问题，所以，顶级逻辑可以找出每时钟数据流及需要运行的数据。这意味着，每USC多管线可以同时工作，且主要目的是保持PIP总是处于工作的状态。

因此，从概念上讲，USC是一组内存、一个调度程序和相关的顶级控制逻辑，及一群专门的计算和数据流管线，在有需求时随时随地发挥作用。

TPU and PBE

关于Furian TPU不必细讲。不过有一点，它的过滤吞吐量是Rogue TPU的2倍。Furian纹理硬件的Peak INT8双线性采样率是每时钟8个。SPU中的USC之间是共享TPU的。USC需要数据时向TPU发出请求，并从那时起，TPU逻辑开始处理这些请求。TPU可以在每个USC之间自由地重新排序，但显然，数据返回至USC时则是按照USC提出需求时的顺序。

没错：由于TPU性能进行了提升，PBE的输出率也提升至Rogue PBE的两倍。每个SPU有2个PBE，每个SPU能发出每时钟8个像素的峰值(256bit)至内存结构中。有一组256-bit的ACE接口将每个Furian与外部世界相连，当然，这也需要今天的高端片上系统的设计。因此，相比您手中的设备或集成至汽车等事物，其GPU系统的峰值带宽要高一些，因此保持这样一个高性能的GPU很有必要。

内存和存储层次

谈到内存，USC内存完全重新进行了设计，以便可以读取和写入，使之更有效率。在USC内有一些独立的寄存器池，这里寄存器有不同的目的，但Furian专门设计了几个额外的寄存器。它没有在USC内建立完全统一的寄存器文件以用于所有的数据访问，保持专门的寄存器池可以更容易避免瓶颈，优化功率。

我们对Furian的总体内存层次结构也完全重新进行了设计，涉及到内存和ACE端口之间，从寄存器存储一直到最后的系统级缓存全部覆盖。这样做是因为Furian扩展的新方式，但也是为了让其更有效，以避免瓶颈，让设计更加自由。关于这一点还有许多细节尚未详尽，但TPU以及如何优化整体设计是这项工作的焦点。

这一方面的工作对于未来基于Furian来实现光线追踪的设计大有优势。我们可以在Furian开发过程中与架构团队谈论，甚至对于写入的内容进行最终的研究，不过清楚的是，在未来，将会有基于Furian的光线追踪微架构问世，敬请期待！

总结

想了解Furian主体微架构的亮点之处，有许多新的信息需要获悉。在举例说明之前，让我稍作总结，以便各位理清思路，了解每时钟性能改善之处及设计如何扩展。Furian和 Rogue在微架构方面的改变远不是一篇文章可以讲得清，我的寥寥数语也无法详述架构师和设计师所付出的努力。若要详细阐述，需要花一段时间来准备。

回到Furian：Furian采用新方式进行了扩展，即使用新的SPU作为构建块，以将特定的GPU资源集中在一起，并在概念上和物理上都在硅中进行分布。我们可以改变每SPU处理的资源，使我们能够根据客户的需求来保持内核的平衡，同时使整个系统的设计布局对于物理团队而言更加简单。关于前端、纹理和后端逻辑每SPU的性能，Furian也可以在USC计算之外将整个GPU性能扩展至新的层次。

USC每时钟功率至少增加了50%，在使用主要的运算管线和其他专门的管线时更有效率。并且，它的内部内存组织完全重新设计，与Furian新的存储层次形成一个整体。架构设计时已经优化了效率，且新SPU结构可以扩展至更高的GPU配置中。

Column1

 

Column2

 

Column3

 

Column1

 

Column2

 

Column3

 

per cycle performance

 

Furian (8XT)

 

Rogue (7XT)

 

scaling

 

Furian (8XT)

 

Rogue (7XT)

 

USC SIMD width

 

32-wide

 

16-wide

 

USCs

 

scalable

 

2

 

USC execution width

 

32-wide

 

32-wide

 

PBEs

 

2

 

2

 

USC F16 ops

 

192

 

128

 

TPUs

 

1

 

1

 

USC F32 ops

 

96

 

64

 

FEs

 

1 per 2 USCs

 

1 per 4 USCs

 

USC SFU ops

 

16

 

16

       

PBE pixels

 

4

 

2

       

TPU texels

 

8

 

4

       

FE triangles

 

0.5

 

0.5

       

所以，Furian是全新的微架构，可以处理最通用的运算内核的任务。它被一流的GPU特定的资源环绕，仍旧体现了PowerVR专有TBDR设计的理念，是对Rogue的一大突破。对我们来说，不管是USC或是TPU完全改变，或GPU在块级集成的方式与先前的完全不同，这都没有关系。如果TBDR执行是设计的关键，那便是PowerVR GPU。

很开心告诉大家，具体的产品待准备就绪，即将发布。

想了解PowerVR最新的资讯，请关注我们的Twitter@ImaginationTech @powervrinsider及LinkedIn、Facebook和Google +。