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揭秘AMD全新显卡搭载北极星架构FinFET工艺

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来源: 作者: 2019-04-16 02:41:52

2015年12月3日,AMD新成立的Radeon技术事业部(RTG)在美国加州Sonoma举行了一次图形技术峰会,快科技有幸全程参与。

在此之前,我们已先后介绍了此次峰会上的两部分内容,一是图形和视觉技术(《AMD2016显卡新飞跃:两大显示技术绝了!》),二是GPUOpen开源计算技术(《开源王道!AMD提出3大革新:欢呼吧》)。

接下来是本次峰会的第三部份,也是压轴大戏——AMDGPU的全新架构来了!

2015年,AMD推出了R9Fury系列高端显卡,GPU核心本身在架构和规格上大幅度提升的同时,还首次搭配了HBM高带宽显存,开启了一个新的时期。

2016年,AMD显卡带来的将会更多,尤其是全新的“北极星”(Polaris)架构,全新的1xnmFinFET制造工艺,而二者也并不是相互独立的,是一个有机的整体。

【北极星:照亮AMDGPU的前程】

“北极星”的名字这几天大家应该已听说过了,今天我们就来给大家好好聊聊它到底有甚么特异功能。

AMDGPU近几年的开发代号都是地球上的一些岛屿,而家族代号则是“XX群岛”,怎样一下子突然跑到天上了呢?(虽然笔记本GPU也用过太阳系行星做代号)

“北极星”是一个底层架构层次的代号,并不是产品层面的。这是AMDGCN架构的第四代,但变化比之前两代都要大很多,是全方位的提升,所以可以称之为GCN4.0,AMD也为它专门取了一个新名字。

关于“北极星”这个名字,AMD是这么解释的:“我们的目标是在每台设备上高效率地驱动每一个像素。星星是我们宇宙中最高效率的光子生成器。这种效力就是我们生成每个像素的灵感来源。”

AMD指出,GPU现在已经不是单纯的图形技术载体了,而是一系列不同核心、引擎的集合,包括多媒体、显示、缓存、内存控制器、电源管理单元等等,而且必须针对不同工艺进行综合设计。

“北极星”是AMD的第四代GCN架构,但不像前两代那样只是细节提升,而是一次全方位的翻新,包括显示核心、计算引擎、指令调度器、几何处理器、多媒体核心、显示引擎、二级缓存、显存控制器等等,几近每个单元都是焕然一新。

AMD也说,这是“RadeonGPU在能耗比方面的一次历史性飞跃”,也就是说不但性能更好了,功耗控制和能效也更加出色。

根据目前已公然的资料,第四代GCNGPU核心主要增加了原语丢弃加速器(PrimitiveDiscardAccelerator)、硬件调度器、指令预取、高效着色器、显存紧缩等等,其中最后一个可在不改变显存位宽和频率的条件下,有效提升显存带宽。

多媒体方面加入了4KH.265Main10硬件解码、4KH.26560FPS硬件编码,完全支持4K超高清体验。

而在显示引擎方面,正式支持HDMI2.0a、DisplayPort1.3两大最新输出标准,同样为4K体验打好了基础。

得益于更高的能耗比,“北极星”家族产品非常适合轻薄笔记本等小型设备,并能带来出色的显示和多媒体功能。

【FinFET工艺:终究等到你了】

GPU其实一直是非常喜欢新工艺的,但是由于这年头移动处理器蓬勃发展,代工厂的优先级也变了,尤其是台积电20nm,优先为移动芯片设计,其实不适合GPU这样的高性能芯片,所以AMD、NVIDIA同时选择了跳过,继续在28nm上哑忍的同时默默等待。

终于,全新的FinFET工艺来了,第一次为GPU带来了立体晶体管技术。台积电发展了16nmFinFET,三星则搞出了14nmFinFET,均已证明了自己的成功,后者还授权给了GlobalFoundries。

AMD到底用哪个呢?GlobalFoundries已公然宣布成功使用14nmFinFET工艺产出了AMD下一代芯片,经过证实就是新的GPU。

AMDRTG事业部负责人RajaKoduri告知我们,AMD确切是首先用GlobalFoundries14nm工艺得到了新GPU,至于台积电16nm则还在进程中,不排除下一代GPU不同核心(芯片)使用不同工艺的可能,但不会像苹果A9那样同一核心同时使用两种工艺。

RajaKoduri还解释说,14nm、16nm都是非常棒的工艺,都非常非常重要,AMD需要最好的工艺来制造自己的GPU;之前的20nm不管性能、功耗还是成本上都不适合GPU,虽然合适低功耗APU,但因为时机问题即使推出的话也有点晚,所以选择了等待FinFET。

GPU的晶体管密度每两年就会翻一番,这就不断需要更新工艺的支持,而随着半导体工艺接近亚纳米时代,静态漏电率也在随之翻番。

为此,AMD和代工厂投入了各种技术解决这一问题,包括多重电压岛、后偏置、高级时钟门控电路等等,但却解决不了动态漏电率问题,还会影响性能。

这时候,FinFET立体晶体管工艺就是必须的了。它本质上相当于把原本处于2D平面上的晶体管给折叠起来,从而取得更高晶体管密度、更多栅极控制、更低漏电率等等,可比传统工艺大大提升性能和功耗。

FinFET技术的研究其实在二10世纪八十年代末就开始了,Intel2012年第一次在22nm节点上投入商用,不过称之为Tri-Gate,现在行业统一称为FinFET。

对比GPU现在普遍使用的28nm平面晶体管工艺,FinFET对性能的提升是极其凶猛的,固然漏电率(功耗)也能大大下降,所以这几年的等待是值得的。

AMD全新一代显卡将在2016年中发布上市,也就是下一届台北电脑展时。过几天的CES2016大展上,AMD也会首次公然展现新卡。

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