متن اصلی

سرانجام لحظه موعود فرا رسیده و اطلاعاتی در رابطه با طراحی معماری نوین و تازه‌نفس Vega و محصولات مرتبط با آن در قالب اسلایدهایی پیش از تاریخ رسمی NDA منتشر و پرده از موجودیت آن برداشته شد. به نظر می‌رسد که معماری نامبرده سرانجام وضعیت انزواطلبی و گوشه‌گیری خود را کنار گذاشته و با حرکت به درون میدان نبرد و نمایش خود به همگان قصد نقش‌آفرینی ویژه و یافتن شکارگاهی جهت صید طعمه‌های خود را در سر دارد. اسلایدهای منتشر گردیده پرده از ویژگی‌ها و مشخصه‌های قابل پشتیبانی فراوانی توسط معماری نوین و تازه‌نفس نامبرده را برداشته‌اند که در کنار بهره‌مندی از نمودارهای بررسی و بنچمارک به‌منظور نمایش قدرت نهفته در بطن آن و فاکتورهای انحصاری و به‌خصوص نوید برتری مطلق در مقایسه با محصولات رقیب و برخورداری از توانایی‌های هنگفتی را با خود به ارمغان آورده است که در ادامه به بررسی تعدادی از آن‌ها می‌پردازیم.

amd-vega

اکنون پیش از پرداختن به موضوعات متفرقه و آشنایی با ویژگی‌های قابل پشتیبانی توسط معماری نامبرده سخن تست و سنجش کارایی و بنچمارک از هر چیزی خوش‌تر بوده و بررسی آن بدون شک باید در اولویت قرار گیرد. اگر آمار و ارقام منتشره در اسلاید مربوطه از صحت و درستی برخوردار بوده و تنها نمایشی از قدرت صرفی معماری را نمایانگر نباشند می‌توان به‌جرئت گفت که تمامی تأخیرات صورت پذیرفته مبنی بر بهبود عملکرد و فزونی پتانسیل خروجی تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی ارزش صبر و شکیبایی را داشته و کمپانی قدرتمند AMD با وجود عدم برخورداری از منابع مالی هنگفت و کمبود بودجه حقیقتاً به خلق شاهکاری مبادرت ورزیده است که لیاقت یدک کشیدن عنوان Vega را دارا بوده و در خور مصرف‌کنندگان می‌باشد، زیرا افزایش حداقل دو برابری کارایی خروجی در مقایسه با محصولات پرچم‌دار کمپانی رقیب و در وضوح تصویر چهار برابر فول اچ دی (4K) به‌هیچ‌عنوان قابل‌چشم‌پوشی نمی‌باشد؛ اما مجدداً ذکر این نکته ضروری است که اعداد و ارقام فوق ممکن است تنها نمایشی از قدرت کلی تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی را میزبان بوده و با شرایط حقیقی و پردازش‌های بلادرنگ (به‌عنوان‌مثال در بازی‌های رایانه‌ای و …) متفاوت باشد که این مهم با تست و بررسی‌های رسانه‌های سوم شخص گوناگون هنگام واگذاری نسخه‌هایی از محصولات مربوطه مشخص می‌گردد.

amd-slide-deck-1

معماری نوین و تازه‌نفس Vega که نام خود را از درخشان‌‎ترین ستاره قرار گرفته در نزدیکی خورشید به ارث برده و به‌عنوان قلب تپنده موجود در بطن تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی رده گران قیمت نسل آتیه به ایفای نقش می‌پردازد بر پایه فناوری ساخت ترانزیستورهای 14 نانومتر توسعه یافته و نمایانگر جهشی چشمگیر در طراحی و ساخت پردازشگرهای گرافیکی نیم دهه اخیر کمپانی AMD می‌باشد. همان‌طور که مستحضر هستید کمپانی نامبرده طراحی معماری Graphics Core Next یا به‌عبارتی‌دیگر GCN را از سال 2011 و با عرضه محصولات سری HD 7000 به‌صورت رسمی معرفی نموده است که به سبب پشتیبانی از فناوری‌های منحصربه‌فرد ویژه و مشخصه‌های هنگفت همچنان شاهد قدرت‌نمایی آن در قالب سخت‌افزارهای کارت گرافیک و شتاب‌دهنده‌های کنسول‌های سونی و مایکروسافت و انواع دستگاه‌های قابل حمل نظیر لپ‌تاپ و … می‌باشیم.

طراحی معماری نوین و تازه‌نفس Vega در حالت کلی بر پایه نمونه فعلی و سنتی GCN انجام پذیرفته است، اما اصلی‌ترین بخش موجود در مهندسی تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی یعنی واحدهای محاسباتی خروجی (CU) دگرگونی‌های فراوانی را میزبان گشته‌اند که این مهم در جداسازی معماری نامبرده از تمامی نسخه‌های پیشتر منتشر شده از ساختار GCN تأثیرات به سزایی را به خود اختصاص داده است. تمامی واحدهای قرار گرفته در بطن تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی Vega اکنون تغییراتی را شامل گشته‌ و از طرح‌های گذشته فاصله گرفته‌اند. علاوه بر واحدهای محاسباتی نسل آینده پیشتر اشاره شده، بخش‌های مبتنی بر طراحی نوین دیگری از جمله واحدهای پردازشگر نقاط رنگی (پیکسل) و واحدهای رسم اشکال هندسی نیز در ساختار آن به چشم می‌خورند که خود در افزایش کارایی خروجی تراشه می‌توانند تأثیرات فراوانی را به خود اختصاص دهند.

amd-vega-10-gpu-die

بررسی ساختار معماری بخش حافظه و حافظه‌های کش زیر سیستمی

پیش از پرداختن به مبحث واحدهای پردازشگر بهبود یافته و میزبان تغییرات گوناگون بهتر است ابتدا با نوع فناوری حافظه به کار رفته در طراحی ساختار آشنایی پیدا کنیم. معماری Vega همان‌طور که مستحضر هستید از استاندارد نسل دوم تراشه‌های حافظه پهنای باند گسترده و سطح بالا یا به عبارتی HBM2 پشتیبانی می‌نماید. استاندارد نامبرده به لطف تمسک جستن به ویژگی‌هایی نظیر فرکانس عملیاتی بسیار فراتر پهنای باند دو برابری بر هر پین را در مقایسه با نسخه پیشین خود (فناوری تراشه‌های حافظه HBM به کار رفته در ساختار کارت گرافیک Fury X) به ارمغان آورده است. علاوه بر آن گنجایش ذخیره‌سازی و نگهداری داده‌های پردازشی تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی نیز در هر پشته افزایش 8 برابری در مقایسه با استاندارد نسل گذشته را میزبان گشته‌اند که این مهم در بروز مشاکلی نظیر عدم توانایی استفاده بیش از چهار گیگابایت حافظه در مهندسی کارت گرافیک تأثیرات فراوانی را به خود اختصاص داده است. بخش حافظه و حافظه‌های نهانگاهی (کش) تعبیه یافته در بطن معماری Vega از طراحی بسیار منحصربه‌فردی برخوردار می‌باشند. معماری نامبرده اکنون از المانی ویژه تحت عنوان “کنترل‌گر حافظه کش وسیع و گسترده” یا به‌عبارتی‌دیگر HBCC در ساختار خود بهره می‌برد که مدیریت داده‌های ورودی به حافظه‌های کش سطح دو و تراشه‌های حافظه HBM و خروج یافته از آن‌ها را مستقیماً برعهده گرفته است که به‌صورت کلی سلسله مراتبی سه بخشی را شامل می‌گردد که عبارتنداز:

1. حافظه کش سطح دوم

2. مجموعه شامل تراشه‌های حافظه نسل دوم HBM و کنترل‌گر مخصوص به آن به‌صورت آنبرد.

3.  بخش مرتبط با اعمال ذخیره‌سازی و نگهداری شبکه، ماژول‌های حافظه‌ دینامیک با دسترسی تصادفی رایانه شخصی، حافظه‌های NV و به صورتی کلی تمامی نگهدارنده‌هایی که در نزدیکی و مجاورت تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی واقع نگشته و به‌صورت پراکنده در بطن رایانه شخصی به چشم می‌خورند. سلسله مراتب فوق خود به تنهایی طراحی بخش حافظه معماری تازه‌نفس Vega را قادر می‌سازد تا از فضایی برابر با بیش از 512 ترابایت نشانی و آدرس مجازی پشتیبانی نماید.

amd-vega-slide-14

حال بخش حافظه‌های کش سطح دو که از ماهیت مشخصی برخوردار بوده و کارکرد آن‌ها نیز تاکنون در طی مقالات و نوشته‌های گوناگونی توضیح داده شده است، اما مجموعه معرفی گشته در بخش دوم که اکنون نقش و عملکردی بسیار پر شباهت به حافظه کش سطح سوم را به خود اختصاص داده است را می‌توان به گونه‌ای یکی از نقاط عطف معماری نامبرده به شمار آورد. همان‌طور که مستحضر هستید تراشه‌های حافظه HBM و GDDR5 در یک کارت گرافیک معمول توسط چیپ کنترل‌گری جداگانه و برخوردار از دستورات و الگوریتم‌هایی مخصوص هدایت می‌گردند، اما انتقال مجموعه فوق (تراشه‌های حافظه و کنترل‌گر حافظه) به زیر سایه بخشی که در حالت فراتر مدیریت حافظه‌های کش سطح دوم را در اختیار دارد نه تنها در کاهش تأخیر، بلکه بهبود راندمان و تسهیل روند حرکت روان‌تر حجم عظیمی از داده‌های پردازشی به تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی و سپس دریافت اطلاعات از آن نیز نقش هنگفتی را به خود اختصاص می‌دهد. در حقیقت طراحی معماری مذکور و مجموعه اشاره شده آن‌چنان از دگرگونی‌های فراوانی برخوردار می‌باشند که کمپانی AMD را بر آن داشته است تا عبارت تنها “حافظه” را کنار گذاشته و عنوان “حافظه کش وسیع و گسترده” یا به‌عبارتی‌دیگر HBC را تحت استفاده قرار دهد. علاوه بر آن پایانه‌های پردازشی پیکسل که تحت عنوان واحدهای خروجی رندر (ROP) مورد شناخت واقع می‌گردند نیز هم‌اکنون مستقیماً به حافظه‌های کش سطح دوم متصل گشته و به‌منظور دریافت داده‌های مورد نیاز از آن‌ها بهره می‌جویند که خود در افزایش کارایی بازی‌های رایانه‌ای بهره‌مند از عملیات سایه‌‌زنی معوق تأثیرات فراوانی را میزبان است. پیکربندی این مهم پیشتر با اتصال واحدهای نامبرده به تراشه‌های حافظه صورت می‌پذیرفته است که به دلیل برخورداری از سرعت بسیار پایین‌تر در مقایسه با حافظه‌های کش سطح دوم و سوم در افزایش تأخیرات وارده به‌عنوان عاملی مزید بر علت می‌باشد.

amd-vega-slide-13

amd-vega-slide-16

کمپانی قدرتمند خالق طراحی فوق پیش از به کارگیری تراشه‌های حافظه نسل اول HBM خود با رسم نموداری اهمیت فراوان فناوری تخصیص حافظه و افزایش حداقل دو برابری پتانسیل پردازشی کارت‌های گرافیک در مقایسه با مقدار گنجایش حقیقی و واقعی استفاده شده از حافظه را پیشتر به نمایش گذاشت. این مهم به همراه استفاده از فناوری‌هایی نظیر استفاده از کنترل‌گرهای حافظه کش وسیع و گسترده و بهبود ویژگی‌های مدیریتی حافظه منجر به ظهور اسلاید ذیل در میانه اطلاعات منتشر گردیده است که شاید در نگاه اول اغراق‌آمیز به نظر رسیده (چهار گیگابایت حافظه مبتنی بر نسل دوم فناوری HBM در مقایسه با 11 گیگابایت حافظه GGDR5X عملکرد و کارایی فراتری را از خود نشان می‌دهد)، اما در عمل ممکن است خلاف آن را ثابت و جامه حقیقت به خود بپوشاند.

amd-slide-deck-2

بررسی ساختار واحدهای محاسباتی نسل آتیه

طراحی واحدهای محاسباتی بهبود یافته و نسل نوین حاضر در ساختار معماری Vega که اکنون عنوان NCU را به خود اختصاص داده‌اند به گونه‌ای می‌باشد که قابلیت اجرای تعدادی بیشتری از دستورالعمل‌های دریافتی بر هر چرخه پردازشی را دارا بوده و علاوه بر آن پتانسیل فعالیت در فرکانس کاری فراتری را نیز برخوردار می‌باشد که این مهم بدان معنی است که هرکدام از واحدهای نامبرده توانایی به انجام رسانی تعداد بیشتری عملیات در هر چرخه پردازشی را در بطن خود نهان ساخته و علاوه بر آن به سبب افزایش فرکانس کاری نیز تعداد چرخه‌های فراتری را در یک ثانیه می‌توانند اجرا نمایند.

amd-vega-slide-32

طراحی نوین و منحصربه‌فرد معماری نامبرده به لطف تغییرات انجام پذیرفته در بطن آن توانایی به انجام رسانی عملیات پردازشی اعداد ممیز شناور 16 بیت را با نرخ دو برابری نسبت به پردازش‌های تک دقتی (FP32) و یک چهارم برابری نسبت به پردازش‌های دو دقتی/دوگانه (FP64) و سرعتی معادل چهار برابر سریع‌تر از پردازش‌های تک دقتی را برخوردار می‌باشد که رقمی خیره کننده به شمار می‌رود. ترکیب تمامی فاکتورهای نامبرده و عملکرد آن‌ها در کنار یکدیگر ویژگی‌هایی از جمله تسریع قابل توجه اجرای دستورالعمل‌ها و محاسبات گوناگون و صرفه جویی فراتر در مصرف انرژی را با خود به ارمغان آورده است.

amd-vega-slide-28

معماری نوین و تازه‌نفس معرفی گردیده علاوه بر تمامی ویژگی‌هایی نامبرده هم اکنون از پردازشگر رسم اشکال هندسی با بهره‌مندی از قابلیت برنامه نویسی جدید و منحصربه‌فردی بهره می‌جوید که عملکردی دو برابری نسبت به فرکانس کاری را ارائه می‌دهد. استفاده از واحد پردازشگر نامبرده و توانایی‌های فراتر آن در عملیات سایه‌زنی اولیه تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی مبتنی بر مهندسی Vega را قادر ساخته‌اند تا در پردازش فناوری تسلیشن (Tessellation) و عملیات رندرگیری اشکال هندسی پیچیده و صحنه‌های غنی از اشکال فوق سرعت خیره کننده و قابل ملاحظه‌ای را از خود به نمایش بگذارند.

amd-vega-slide-21

حسن خطام تمامی ویژگی‌ها و مشخصه‌های نامبرده تنها یک نتیجه‌گیری اساسی را به دنبال دارد: پتانسیل بسیار فراتر در انجام محاسبات و عملیات سایه‌زنی و رسم اشکال هندسی، افزایش فرکانس کاری واحدهای داخلی و موجود در بطن تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی و طراحی منحصربه‌فرد مهندسی بخش حافظه و حافظه‌های کش زیر سیستمی. معماری نوین و تازه‌نفس Vega با وجود دگرگونی‌های انجام پذیرفته و پشتیبانی از فاکتورهای فوق موفق گشته است تا عنوان سریع‌ترین و هوشمندترین نسخه توسعه یافته از معماری GCN را به خود اختصاص داده و در مقایسه با تمامی نمونه‌های پیشین نیز مصرف انرژی کمتری را میزبان گردد.