در این مطلب به بررسی پیشرفت‌های معماری RDNA در کارت گرافیک Navi (پردازنده گرافیکی) پرداخته‌ایم. جهت آشنایی با کارت گرافیک و انواع آن به لینک آبی مراجعه کنید.
از مدرنترین کارت‌های گرافیک AMD مبتنی بر این معماری یعنیRX 5700 XT و RX 5700 بیشتر خواهیم گفت.
کمپانی AMD در مراسم Next Horizon که در جریان E3 در سال جاری برگزار شدکه در کنفرانش جامعی در کنفرانس جامعی درباره کارت گرافیک Navi با معماری جدید RDNA ارائه داد.
این پردازنده‌ی گرافیکی قرار است در دو مدلRadeon RX 5700 XT و Radeon RX 5700 وارد بازار شود. کمپانیAMD قصد دارد این دو را به میدان رقابت با کارت‌های تورینگ RTX 2070 و RTX 2060 انویدیا بفرستد.
کمپانیAMD در سری اول پردازنده‌های گرافیکی Navi (Navi 10 ) از تکنولوژی Ray Tracing مبتنی بر سخت‌افزار استفاده نخواهد کرد.
تکنولوژی ساخت ۷ نانومتری شرکت تایوانی TSMC
دیوید وانگ به عنوان رئیس بخش تکنولوژی رادئون (RTG)، بر این باور است که در حال حاضر محاسبات Ray Tracing در فضای cloud به بهترین شکل انجام‌پذیر است.
میتوان نتایج محاسبات را به خروجی نمایشگرها ارسال کرد. با این وجود ممکن است AMD پردازنده‌های گرافیکی Navi 20 را در سال ۲۰۲۱ با این قابلیت به بازار عرضه کند.
پردازنده گرافیکی Navi که قدرت پردازش کارت گرافیک Naviسری RX را تأمین می کند.
با تکنولوژی ساخت ۷ نانومتری شرکت تایوانی TSMC تولید شده است. همینطور قابلیت پشتیبانی از استاندارد ارتباطی PCIe 4.0 را دارد. به این ترتیب سری RX 5700 شرکت AMD اولین سری کارت‌های گرافیکی خواهد بود.
که روی اسلات توسعه‌ی نسل چهارم PCIe از تمامی ظرفیت پهنای باند آن به خوبی پشتیبانی خواهد کرد. پردازنده‌ی گرافیکی Navi با بهره‌مندی از موتورهای Radeon Media و Radeon Display m پاسخگویی تمامی نیازهای گرافیست ها و تولید کنندگان محتوا خواهد بود. تجربه نوینی از تکنولوژی‌های جدید کامپیوتر وصفحه مانیتور را به کاربر خواهد داد.
تحول کارت گرافیک AMD Navi
پردازنده‌های کارت گرافیک Navi اگرچه در ابتدا از معماری GCN استفاده نموده اند. اما به کمک معماری جدید RDNA بهینه و متحول شده‌اند.
به عبارت دیگر در حال حاضر Navi را میتوان محصول دو معماری GCN و RDNA دانست. درواقع GCN همچنان راه حل بسیار مناسبی برای اجرای وظایف محاسباتی سنگین است.
و وظایفی که در آن توان عملیاتی بالا و توازی کاری نقشی کلیدی ایفا میکند. پردازنده‌ی گرافیکی Vega 64 با ویژگی‌های منحصربه فرد خود قصد غلبه برGeforce GTX 1080 را داشت، اما موفق نبود.
علت ناکامی اش غلبه بر محصول پرچم دار رقیب بود. که تراشه‌ی Vega با استفاده از معماری GCN در بکارگیری هسته‌ها و حافظه‌ی کش خود آنچنان موفق نبود.
از طرف دیگر پردازنده‌های گرافیکی Navi در بکاربردن این دو حوزه بهتر عملکرد بهتر عمل میکند. زیرا AMD معتقد است این تراشه های گرافیکی با ترکیب کارآمدتری از واحدهای محاسباتی ارائه خواهد شد.
با این ترکیب، سلسله مراتب حافظه‌ی کش و پایپ‌لاین‌های گرافیکی جدیدی ارائه خواهد شد.که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
یک طراحی مدرن با تراشه Navi 10
در قدم اول نگاهی به ساختار بلوک‌بندی پردازنده‌ی گرافیکی Navi 10 خواهیم داشت. و این پردازنده‌ی گرافیکی در کارت گرافیک RX 5700 XT و در کارت گرافیک RX 5700 به‌کار رفته است.
RX 5700 XT دارای توان عملیاتی بیشتری نسبت به دیگری است. پردازنده‌ی گرافیکی Navi 10 ۴۰ واحد محاسباتی دارد که هر واحد ۶۴ پردازنده دارد.
و در مجموع ۲۵۶۰ هسته‌ی محاسباتی در این پردازنده فعال هستند.
با وجود این که تعداد این هسته‌ها در مقایسه با تراشه های گرافیکی کارت گرافیک های Vega 64 و Vega 56 کاهش یافته است.
اما این بار با طراحی مدرن و پر بازده‌تری در هر واحد محاسباتی با معماری RDNA رو‌به‌رو هستیم.
هر واحد محاسباتی در طراحی تراشه‌ی کارت گرافیک Navi 10 یک واحد اسکالر اضافی است که وظیفه‌ی آن محاسبات برداری ریاضی و یک زمانبند اضافی است.
با کمک ترکیب این دو، نرخ اجرای دستورالعمل‌ها نسبت به نسل قبل آن تا دو برابر افزایش می‌یابد.
این محصول ترکیبی، برای اجرای انواع گیمینگ و پردازش محیطهای گرافیکی نسبت به GCN بسیار کارآمدتر عمل میکند.
در معماری جدید چیدمان SIMDها (Single instruction, multiple data) که به آن دستور چند داده می گویند نیز دچار دگرگونی شگرف شده است.
درواقع SIMD رشته‌ای از هستههای محاسبه‌گر منطقی (ALU) است. که هر یک از این هسته‌ها یک تسک کاری یا ترد از دستورالعمل صادرشده را در یک سیکل اجرا میکند.
در طراحی قدیمی GCN ، هر واحد محاسباتی دربرگیرنده‌ی چهار SIMD16 یا اصطلاحا ۱۶ هسته ای است.
معماری جدید RDNA هر واحد محاسباتی دربردارنده‌ی دو SIMD32 یا ۳۲ هسته ای دارد.
به هنگام طراحی قدیم GCN یک واحد اسکالر و یک زمانبند درمیان تمام SIMD-ها به اشتراک گذارده شده است.
این در حالی است که هر SIMD در معماری جدید RDNA یک واحد اسکالر و یک زمانبند مخصوص به خود دارد.این یکی از نقاط قوت معماری جدی به شمار می‌رود.
مزایای کارت گرافیک GCN در مقابل RDNA
مزایای کارت گرافیک GCN در مقابل RDNA با رسم نمودار در طراحی قدیمی GCN هر دستورالعمل (در پیچیده‌ترین شرایط) بر جبههی موجی
با ۶۴ ترد (Wave64) بار شده و برای اجرا به یک SIMD16 واگذار میشود. با وجود این شرایط هر دستورالعمل در چهار سیکل کلاک میان ALU-ها توزیع میشود. پس از این توزیع شدت در میان آنها بهطور کامل اجرا میشود.
بنابراین SIMD در معماری قدیمی قادر به پردازش یک دستورالعمل در یک سیکل کلاک واحد نیست.
در این حالت در هر سیکل کلاک فقط از ۲۵ درصد ظرفیت هستههای منطقی استفاده میشود، به همین دلیل میزان بهکارگیری منابع چندان رضایت بخش نیست.
در عوض در معماری جدید RDNA دستورالعملی با ۶۴ تسک کاری بهصورت دو جبههی موج هر یک با ۳۲ ترد (Wave32) بهطور همزمان بین ۲ واحد SIMD32 توزیع میشود.
به همین دلیل زمان انتظار برای دریافت نتایج پردازش کمتر شده است و همینطور از طرفی ۱۰۰ درصد منابع واحد محاسباتی برای اجرای بهینهی تردهای پردازشی بهکارگیری میشود.
پردازش دو واحد محاسباتی در مجاورت یکدیگر با معماری RDNA
معماری RDNA، با ساده‌سازی دستورالعمل‌های صادر شده است. به شیوه‌ای تأثیرگذار از یک معماری متمرکز بر اجرای محاسبات سنگین! ابتدا تبدیل به یک معماری سازگار با کدهای گیمینگ (Game-Freindly) میشود.
ومحاسبات در این معماری کوچکتر شده است. به‌جای دستورالعمل ها در هسته های ۶۴ تایی! هر دستورالعمل بر یک هسته ۳۲ تایی بارگذاری می شود و در ادامه طی یک سیکل کلاک در SIMD32ها اجرا میشود.
کامپایلر در این معماری همچنان امکان انتخاب نوع دستورالعمل و شکل اجرای آن را دارد. در معماری جدید RDNA منابع پردازش دو واحد محاسباتی در مجاورت یکدیگر قرار گرفته است.
به کمک موازی کاری، امکان بارگذاری و اجرای گروه‌های کاری بزرگتری وجود دارد.
بهطور کلی میتوان گفت هدف اصلی در معماری RDNA کاهش تأخیر،بهبود عملکرد پردازش Single-Threading و افزایش بازده حافظه‌ی کش در مقایسه با معماری GCN است.
در معماری جدید در هر سیکل کلاک و در هر واحد محاسباتی میزان کار مفید بیشتری انجام می‌پذیرد.
آشنایی کمپانیAMD
کمپانیAMD در معماری جدید خود برای کارت گرافیک با الگوبرداری از پردازنده‌های نسل سوم رایزن، حافظه کش L1 اختصاصی را به تراشه‌ی Navi اضافه کرده است.
در این حالت پهنای باند بارگذاری را از نزدیک‌ترین حافظه‌ی کش (L0) به ALU دو برابر کرده است.
در این معماری پهنای باند مؤثر افزایش قابل توجهی می‌یابد. دلیل آن این است که داده‌های مورد نیاز به‌جای آنکه ازحافظه‌های فریم بافری که کند هستند فراخوانی شوند.
در سطوح مختلف کش پردازنده جایگذاری شده‌اند از آنجا با سرعت بیشتری فراخوانی میشود.
درک تفاوت های دو معماریRDNA و GCN
اگر بخواهیم دو معماری RDNA و GCN را برای کارت گرافیک با یکدیگر مقایسه کنیم. کمپانی سازنده مدعی است که در سرعت کلاک یکسان معماری جدید ۲۵ درصد سطح عملکرد بهتری ارائه میکند.
با درنظرگرفتن کنولوژی ساخت تراشه‌ی ۷ نانومتری Navi نسبت به تراشه‌های Vega، معماری RDNA تا ۵۰ درصد سریع‌تر از معماری GCN است.
بنا به گفته کمپانی AMD بهره‌وری توانی (سطح عملکرد به ازای هر وات توان مصرفی) تراشه‌ی گرافیکی کارت گرافیک Navi تا ۵۰ درصد بیشتر از GCN است.
برای آشنایی با محصولات جدید در حوزه مینی کامپیوتر و یا تین کلاینت با ما همراه باشید.
استیو جابز (کارآفرین): زمان شما محدود است پس آن را صرف زندگی‌ای که متعلق به فرد دیگری است نکنید.
دانلود pdf شناخت معماری RDNA و کارت گرافیک AMD Navi!
