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5、GF110:三级分层游戏架构

　　我们知道，GF110采用台积电40nm工艺制造，集成大约30亿个晶体管，包含512个CUDA核心。32个核心组成一个流式多处理器阵列(SM)，然后再四个组成一个图形处理集群(GPC)。GF110就是这样的三层分级架构：4个GPC、16个SM、512个SP。

　　Fermi GF110是一个全新架构并非没有道理，不但是通用计算方面，游戏方面它也发生了翻天覆地的变化，几乎每一个原有模块都进行了重组：有的砍掉了，有的转移了，有的增强了，还有新增的光栅引擎(Raster Engine)和多形体引擎(PolyMorph Engine)。

　　光栅引擎严格来说光栅引擎并非全新硬件，只是此前所有光栅化处理硬件单元的组合，以流水线的方式执行边缘/三角形设定(Edge/Triangle Setup)、光栅化(Rasterization)、Z轴压缩(Z-Culling)等操作，每个时钟循环周期处理8个像素。GF100有四个光栅引擎，每组GPC分配一个，整个核心每周期可处理32个像素。

　　多形体引擎则要负责顶点拾取(Vertex Fetch)、细分曲面(Tessellation)、视口转换(Viewport Transform)、属性设定(Attribute Setup)、流输出(Stream Output)等五个方面的处理工作，DX11中最大的变化之一细分曲面单元(Tessellator)就在这里。GF100中有16个多形体引擎，每组SM一个，亦即每组GPC四个。需要说明的一点是AMD显卡在多形体引擎方面的设计采用的是所有SM共用一个多形体引擎，而NVIDIA采用的是每组SM一个，这样也就避免了多形体引擎称谓显卡性能瓶颈。

　　多形体引擎绝非几何单元改头换面、增强15倍而已，它融合了之前的固定功能硬件单元，使之成为一个有机整体。虽然每一个多形体引擎都是简单的顺序设计，但16个作为一体就能像CPU那样进行乱序执行(OoO)了，也就是趋向于并行处理。NVIDIA还特地为这些多形体引擎设置了一个专用通信通道，让它们在任务处理中维持整体性。

　　在每一组SM阵列里，纹理单元、一二级缓存、ROP单元和各个单元的频率也都完全不同于以往。每组SM里四个纹理单元，合伙使用12KB一级纹理缓存，并和整个芯片共享768KB二级缓存。每个纹理单元每周期可计算一个纹理寻址、拾取四个纹理采样，并支持DX11新的压缩纹理格式。

　　ROP单元总共48个，分为六组，分别搭配一个64-bit显存通道。所有ROP单元和整个芯片共享768KB二级缓存(GT200里是独享)。

　　除了ROP单元和二级缓存，几乎其他所有单元的频率都和Shader频率(NVIDIA暂称之为GPC频率)关联在一起：一级缓存和Sahder单元本身是全速，纹理单元、光栅引擎、多形体引擎则都是一半。

　　从NV30 GeForce FX 5800到GT200 GeForce GTX 280，NVIDIA显卡的几何性能只提高了不到3倍，而Shader性能提升了150多倍，但仅仅是从GT200到GF100，几何性能的增长倍数就达到了8x。

　　有了如此强大的几何性能，NVIDIA就可以使用细分曲面和置换贴图创建更复杂的人物、物体和场景，并保持和对手同样水平的性能，所以才有了单个核心内置16个多形体引擎和4个光栅引擎的情况。

　　细分曲面是AMD DX11产品的宣传重点，但NVIDIA要做得复杂得多，而且理论上说效果更出色。接下来NVIDIA要做的就是让游戏开发商充分挖掘GF100架构的潜力，在保证性能的基础上做出更精致的游戏画面。