安逸or進取？從顯卡進行探窺企業(yè)之道
泡泡網(wǎng)顯卡頻道5月9日 看過了太多的沉沉浮浮，我們自己也都或多或少感受過俯瞰層巒與仰望頂峰心境差異。有時候是世事弄人，有時候運氣不佳，但根本的原因還是我們自己的態(tài)度與行動，畢竟命運掌握在自己手中。
個人如此，放大到一個企業(yè)同樣如此，不能挑選的是整個營運環(huán)境的變化與微妙不可捉摸的運氣，也許可以左右一時的成??；但只有擁有生而進取企業(yè)精神的企業(yè)，才會在抓住良好的外部環(huán)境或許再借助一些運氣高速成長，也會在逆境和時運不濟的艱難時刻走出泥濘看見曙光。
雖然我們說一個人有內(nèi)涵，但我們判斷的依據(jù)依然是這個人的行為談吐，甚至著裝打扮，因為內(nèi)涵會自然通過外在而表現(xiàn)。企業(yè)之道或者說企業(yè)文化則同樣可以通過外露的東西來認知與判斷，比如產(chǎn)品，比如技術(shù)。一個進取的企業(yè)會不斷革新技術(shù)，革新產(chǎn)品，進而革新自我，典型的如蘋果，從泥潭里抽身后，一系列的新產(chǎn)品新技術(shù)將企業(yè)形象逐漸勾勒清晰，也讓我們了解了蘋果的企業(yè)之道，從iMac到iPod，從air到iPad，從iTunes到app store，蘋果已經(jīng)完成了一個產(chǎn)品供應(yīng)商到服務(wù)提供商的華麗轉(zhuǎn)變，但路徑卻是通過以上這一款款產(chǎn)品，一項項技術(shù)達成的。簡單的說，認知一個企業(yè)，從認知它的技術(shù)和產(chǎn)品開始。
話題轉(zhuǎn)會顯卡市場，刨去始終潛水于集成顯卡的大鱷intel不談，獨立顯卡市場上早早形成了NVIDIA與AMD兩強爭霸的局面。它們各自都擁有眾多經(jīng)典產(chǎn)品與技術(shù)，它們之間的恩怨情仇也可以讓兩家數(shù)量龐大的粉絲團無休止的爭論。然而，它們之間眾多不同的背后根源，只能歸結(jié)到各自的企業(yè)文化的不同上，而我們?nèi)绾稳ダ砬暹@些來龍去脈？簡單，看看產(chǎn)品和技術(shù)。
掐指算來，DX10引發(fā)的圖形技術(shù)革命已經(jīng)過去了5個年頭，當年風(fēng)光無限的G80與R600的子孫們已經(jīng)繁衍到了DX11時代，然后骨子里還是流淌著從祖輩延續(xù)下來的基因，或進取或安逸。
G80和R600只是圖形核心的設(shè)計代號，而我們更熟悉的名字也許是GeForce 8800GTX和Radeon HD2900XT。兩者作為各自公司的第一代DX10級別產(chǎn)品，有著許多共同之處，也同樣擁有著許多不同。共同之處在于它們都尊續(xù)了DX10的API規(guī)范，提供了對DX10特效的完整支持；而且都引入了被稱為Unified Shader的統(tǒng)一渲染架構(gòu)；另外就是它們自身的架構(gòu)設(shè)計，都極大的影響到了后世的更新產(chǎn)品，讓自己的一些特性成為了家族臉譜。不同之處在于，NVIDIA將G80定義為全面革新的一個新開始，完全脫離了傳統(tǒng)的圖形核心設(shè)計概念，采用了MIMD的高效架構(gòu)，而AMD在希望延續(xù)R580開始獲得好評的架構(gòu)命脈，R600更像是一個適當修正并擴展運算單元的超級版R580；NVIDIA采用了效率更高，但設(shè)計較為復(fù)雜的CrossBar內(nèi)存總線，和傳統(tǒng)的GDDR3顯存，而AMD在R600上才用了具備極高理論帶寬但設(shè)計較為簡單的RingBus內(nèi)存總線和GDDR4顯存。
從這張G80與G71的架構(gòu)對比圖上我們不難看出，G80的架構(gòu)幾乎完全推翻了上一代的設(shè)計，可見NVIDIA銳意革新的姿態(tài)。其中最為重要的變化就是MIMD結(jié)構(gòu)的流處理單元（Stream Processer）和GigaThread中央控制模塊。MIMD（Multiple Instruction Stream Multiple DataStream）全稱為多指令流多數(shù)據(jù)流，這種架構(gòu)具備的最大優(yōu)勢就是擁有極強的指令適應(yīng)能力，天然獲得超高的執(zhí)行效率。
傳統(tǒng)的圖形運算中，無論是色彩信息還是位置信息，都包含至少3到4組甚至5組變量，我們習(xí)慣稱之為3D、4D、5D指令，理論上說，運算單元一次性處理3D、4D或者5D指令將會獲得非常好的表現(xiàn)。但G80的架構(gòu)確是1D的，這似乎有悖常理，但如果認真分析G80將要面對的運算環(huán)境，即針對DX10圖形運算環(huán)境，我們就發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計實際上是最符合需求的。其原因是DX10（實際上從DX9時代就開始了這種趨勢）運算中，大量增強圖形效果的運算都是以不規(guī)則的指令執(zhí)行，其中包括大量的1D和2D指令，或者其它搭配的指令組合，這時候硬件架構(gòu)中除了1D結(jié)構(gòu)的運算單元可以讓運算核心保持滿檔的運算排期外，其它的任何矢量結(jié)構(gòu)都不會出現(xiàn)運算資源閑置的問題，只不過是多還是少而已。G80將任意的指令組合拆分為1D指令，在GigaThread的強大分配機能下，讓整個圖形核心保持滿負荷運算狀態(tài)，從而獲得了極大的性能優(yōu)勢。
這里，我們也又引入了GigaThread概念。如果說SP單元是工人，那GT就是工頭，它負責將任務(wù)分解成成百上千個細小的動作，并安排給幾百個SP去運算獲得結(jié)果，GT負責偵測每個SP的負載狀況，讓運算更加平衡有序。對于你我而言，碰到這樣的領(lǐng)導(dǎo)可能會有怨言，但如果它出現(xiàn)在你的顯卡中，你應(yīng)該覺得慶幸才是。此外，GT還有一個強大的優(yōu)勢，就是通過強大的線程調(diào)度，掩蓋延遲。雖然現(xiàn)代顯卡都擁有龐大的板載顯存系統(tǒng)，但游戲?qū)τ诖鎯臻g的需求永不滿足，會不斷的向速度更慢的系統(tǒng)內(nèi)存甚至硬盤讀取數(shù)據(jù)，而顯存帶寬和系統(tǒng)存儲系統(tǒng)帶寬之間幾近數(shù)量級的差異，使得在讀取數(shù)據(jù)時必然導(dǎo)致大量運算單元處于代工狀態(tài)。而GT通過偵測SP的狀態(tài)，將Threading的各種控制現(xiàn)況凍結(jié)并保存在Register file里，然后立刻將另外的新Threading提交給這個SP執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)讀取完成為止，從而保證了整個流水線的效率不受系統(tǒng)存儲系統(tǒng)延遲的影響。上圖則對比了擁有GigaThread的G80和沒有同類模塊的G71在處理過程中的不同表現(xiàn)，和好的說明了GT對于G80的重要性和革新性。
我們再來看看AMD的R600架構(gòu)。以上是R580與R600的架構(gòu)對比圖，從圖本身的布局上似乎差異很大，但如果稍微研究下各部分的鏈接方式和作用，實際上這兩個架構(gòu)的差異很小。AMD之所以這么做，其原因在于R580的架構(gòu)在最后的DX9C產(chǎn)品對抗中表現(xiàn)出來優(yōu)異的性能，而且獲得多方認可，R600在這個曾經(jīng)成功的架構(gòu)上修改支持DX10是最簡單現(xiàn)實的方法。其中最重要的改變就是將Pixel Shader和Vertex Shader變革成了Unified Shader，但其它的變化就乏善可陳了。
R600擁有令人恐怖的320個流處理器，但實際上是由64組5D運算單元構(gòu)成，也就是我們說的SIMD（Single Instruction Multiple Data）單指令多數(shù)據(jù)流。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，前面已經(jīng)講過，雖然擁有很高的理論運算效能，但效率不容樂觀，當然AMD也有對策，就是通過驅(qū)動層面對指令重新編譯以適應(yīng)硬件架構(gòu)。但歷史告訴我們，面對硬件架構(gòu)的巨大落差，以及自身軟件層面的不給力，甚至512bit的GDDR4顯存系統(tǒng)也因為RingBus的低效率而未能表現(xiàn)出任何優(yōu)勢，這一切R600慘敗在了G80面前。
回到從產(chǎn)品看企業(yè)之道的話題，G80的架構(gòu)設(shè)計是在分析了未來應(yīng)用趨勢的前提下的全新突破，雖然承擔了巨大的風(fēng)險，但結(jié)果是全新的架構(gòu)帶來了巨大的性能提升和未來升級的潛力。G80的巨大變革凸顯出了NVIDIA的一貫企業(yè)性格，從與3D巨人3DFX的對抗中一直延續(xù)下來的自我超越。AMD同樣是一家優(yōu)秀的公司，但在R600上的表現(xiàn)上，我們看到了更多的安逸性格，躺在功勞簿上是吃不出老本的，因為IT行業(yè)的變化太大太快了。
上位的想永遠穩(wěn)坐江山，失意的則希望翻身做主人，這是人類社會的共性。
雙方在經(jīng)歷過豐富市場的G9X架構(gòu)月RV6XX核心的交鋒后，再次迎來了決戰(zhàn)。NVIDIA這次祭出了GT200架構(gòu)，而AMD則放出了RV770，雙方都在上一代架構(gòu)的基礎(chǔ)上進行了大量的變化，有人說GT200就似乎G80的加強，而RV770就是R600的增效，事實真的如此么？
我們從GT200的架構(gòu)圖中也許獲得的最直觀信息就是SP運算單元被大幅度擴充，從G80的128個擴展到了240，而顯存位寬則從384bit提升到了512bit。這似乎正如部分傳言所說的那樣，就是G80的橫向擴充版本，類似與intel路線圖中的tick-tock。
但實際上GT200的真正變化是發(fā)生在我們看不到的地方，至少從一張粗略的架構(gòu)圖中很難從察覺。首先GT200正式擁有了Dual-Issue能力，可以同步處理兩條指令，這將極大提升GT200核心的運算效能。另外，GT200率先支持了雙精度64bit浮點運算，使得GT200的運算能力適用范圍更廣泛。
如果單純從圖形或者游戲性能角度看，這些變化所帶來的成本上升和研發(fā)周期與性能提升不成正比，但新技術(shù)的出現(xiàn)顯然是需要在新應(yīng)用出現(xiàn)之前鋪好路。今天我們已經(jīng)熟悉了GPU的通用運算價值，平時的圖片視頻編輯在GPU加速上速度成倍提升，而游戲方面則因為GPU通用運算的加速使得物理加速更逼真絢麗，這都是硬件機能進行適應(yīng)性變化后的結(jié)果。而這些重大變化，都是在GT200核心上完成的。
實際上G80時代已經(jīng)初步具備了這樣的功能，但僅僅是擁有，隨著應(yīng)用需求的提升，就需要更完美支持像CUDA并行運算技術(shù)的出現(xiàn)。GT200從兩方面對應(yīng)了這種需求，第一就是規(guī)模上的擴張，提供更強大的物理運算能力；其次就是在架構(gòu)上的變化，讓應(yīng)用范圍和效能進一步提升。NVIDIA的創(chuàng)新性在這里再一次體現(xiàn)，當對手還在緊盯圖形運算不放時，NVIDIA已經(jīng)敏銳的看到了GPU巨大的潛力和價值，提早做好了硬件和應(yīng)用兩端的準備，讓自己有機會提升競爭層次。
上圖是AMD RV770的架構(gòu)圖，大體上看確實就是R600的雙倍擴展。當然，其中也發(fā)生了一定的變化，將內(nèi)存控制器從被證明效率地下的RingBus換回了CrossBar，并提升了RBE單元的效能，讓AA性能回復(fù)應(yīng)有水平。但就和性運算單元而言，依然沿用了R600“成熟”的方案，性能的提升直接與成倍擴展的規(guī)模掛鉤。既然事實證明R600這種延續(xù)子DX9時代的架構(gòu)并不是新時代環(huán)境下的非常好的選擇，為什么AMD還堅持不懈呢？簡單講，由于5D矢量單元的晶體管數(shù)量占據(jù)優(yōu)勢，所以AMD擁有更多可堆放晶體管的資本，簡單擴展成為了最直接最簡單提升性能的手段，何樂而不為？但這未免讓人有些失望，這樣做也許可以在圖形性能上和對手拉近差距，但卻措施了創(chuàng)新領(lǐng)先的機會，更錯過了GPU通用計算的制高點。
我們數(shù)據(jù)題外話，上文有敘述過，在GT200、RV770這一代，GPU最大的變化就是通用計算，實際上從顯卡具備shader單元開始，這一話題就開始出現(xiàn)，只不過早期這類應(yīng)用都是以實驗的形式出現(xiàn)在各大院校的實驗室里。而隨著對GPU能力認知的不斷提高，和各類應(yīng)用對運算能力需求的提升，GPGPU（General Purpose GPU）的概念開始成型，也就是我們所說的GPU通用運算。實際上先邁出這一步的是AMD，基于當時強大的R580核心推出了FireSteam通用運算顯卡。但涉及到運算，就絕對不是簡單的硬件能解決的事情，就好象你擁有一部i7處理器+GTX580的電腦，沒有安裝操作系統(tǒng)和驅(qū)動，一樣是堆廢鐵。
AMD雖然最先一批推出了硬件產(chǎn)品，但在開發(fā)層面和應(yīng)用層面毫無作為，更像是一個坐收漁利的老翁，或者僅僅是表明一種態(tài)度，任由別人來拾柴點火。NVIDIA看到了GPU通用運算的巨大潛力和市場，首先利用強大的設(shè)計能力讓GPU更符合通用運算的要求（1D、GigaThread、更多的cache），另外就是著手開發(fā)了CUDA的GPU編程環(huán)境，讓任何希望開發(fā)GPU應(yīng)用的人很方便的可以入手，相當于為他們提供了工具，這就解決了開發(fā)端的問題；而在應(yīng)用端，NVIDIA與各大軟件廠商高度配合，從桌面領(lǐng)域的視頻圖像處理入手，很快就積累起了龐大的軟件應(yīng)用庫，而收購了以物理加速而聞名的ageia和PhysX技術(shù)后，直接遷移至自己的GPU產(chǎn)品上，讓游戲玩家領(lǐng)略到了非圖形運算帶來的震撼視覺效果，而PhysX能順利遷移自然離不開NVIDIA在核心架構(gòu)和CUDA環(huán)境下的提前準備。
桌面市場的成功，進而讓NVIDIA有資本向高性能計算領(lǐng)域擴展，順勢推出的Tesla產(chǎn)品線一舉成為了當今高性能計算機TOP500中不可或缺的加速器，讓計算機的運算能力加速提升。
至此，我們更清晰的看到NVIDIA的創(chuàng)新不僅僅是產(chǎn)品線，更是理念上的，從GPU架構(gòu)的革新設(shè)計，到軟件開發(fā)層面的伏筆，再到應(yīng)用端的全面開花結(jié)果以及進軍高性能計算領(lǐng)域，顯然NVIDIA沒有執(zhí)迷于與對手在原始的圖形運算中爭執(zhí)，而是不斷提高自我，向更新的目標進發(fā)。
當然，最熱鬧的還是眼前的事情，歷史只有在攪拌的時候才會五光十色，而現(xiàn)實永遠是異彩紛呈的。
隨著DX11的發(fā)布，圖形的變革大幕再次拉開，而這一次的核心就是提升圖形單元處理高細節(jié)模型的能力，或者說通過更多的多邊形為用戶提供更逼真的物理模型。一個名為Tessellation（曲面細分）的技術(shù)，從幕后走到了臺前。
也許有人說精細的貼圖和光影效果不重要么？重要，但這些在圖形領(lǐng)域都是依附于物理模型才會有意義的，再精細的貼圖再華麗的光影，如果失去了模型的展示都是浮云。實際上從理論上說，當模型細節(jié)足夠高時，貼圖存在與否已經(jīng)不重要，因為現(xiàn)實世界中每一件物體都是由N多個分子或原子組成，眾多的分子原子構(gòu)成物體的形狀以及紋理和質(zhì)感。貼圖只是在運算能力遠遠不足的時候的折中辦法而已。
上圖是GF110的架構(gòu)圖，其中最重要的一點是，每一組GPC（Graphics Processing Clusters，圖形處理集群）中所包含的4組SM（Streaming Multiprocessors，流式多處理器陣列）都具備了1個PolyMorph Engine，也就是說在GF110架構(gòu)中，總共包含16組PolyMorph Engine。而PolyMorph Engine就是針對DX11曲面細分的核心運算單元，自然而然的也就擁有了極為出色的高多邊形處理能力和DX11性能。
此外，NVIDIA的進取之處還不僅僅如此，在GTX480發(fā)布時，我們已經(jīng)看到了使用RayTracing（光線追蹤）技術(shù)渲染的高精度汽車效果，而這正是我們在各種好萊塢大片中所領(lǐng)略到的極度逼真畫面的技術(shù)源泉。NVIDIA通過收購全球頂尖光線追蹤引擎公司MantelRay，從而開發(fā)出了自己的iRay渲染引擎，并利用GF110強大的運算能力和便捷的CUDA編程環(huán)境實現(xiàn)了輕松使用。
在保持了傳統(tǒng)桌面圖形領(lǐng)域領(lǐng)先的局面后，NVIDIA再次跳出了既有競爭環(huán)境，開辟了更先進強大的光線追蹤市場，創(chuàng)新型再次充分展示。
以上是HD5000系列和HD6000系列的架構(gòu)圖?？梢哉fHD5000系列的架構(gòu)幾乎就是在HD4000系列的基礎(chǔ)上再次翻番并加入了一組羸弱的曲面細分引擎，AMD的戰(zhàn)術(shù)也很簡單，技術(shù)上不求突破，但求在速度上和市場效應(yīng)上（第一款DX11顯卡）取得主動。在商言商，這樣的動作本無可厚非，但對于更注重技術(shù)內(nèi)涵的IT領(lǐng)域，這樣的做法讓很多忠實擁躉有所失望。而HD6000系列則首次將5D的處理單元變更為4D，這似乎在迎合通用運算熱潮，但是不是也太后知后覺了一些。HD6000另外的重點就是將曲面細分單元倍增，不過也僅僅只有2個，用來彌補在大量DX11游戲中的不足。
通過DX10以來的3次重大核心變化，我們不難看出NVIDIA與AMD這兩家頂尖圖形企業(yè)各自的技術(shù)風(fēng)格，并進而得出其企業(yè)風(fēng)格。NVIDIA不斷的在技術(shù)上獲得突破，進取之心已經(jīng)徹底融入到了這間企業(yè)中；而AMD更像是一個老道的商人，從穩(wěn)定的產(chǎn)品和技術(shù)延續(xù)性上，都體現(xiàn)出了更多的商業(yè)操作痕跡，始終在與NVIDIA分庭抗禮，但顯得有些安逸。■<
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