TeraScale (microarquitectura)

Las arquitecturas de GPU anteriores implementaban tuberías fijas, es decir, había procesadores de sombreado distintos para cada tipo de sombreador . TeraScale aprovecha muchos procesadores de sombreador flexibles que se pueden programar para procesar diversos tipos de sombreadores, lo que aumenta significativamente el rendimiento de la GPU (dependiendo de la combinación de instrucciones de la aplicación, como se indica más adelante). El núcleo R600 procesa sombreadores de vértices, geometría y píxeles según lo especificado por Direct3D 10.0 para Shader Model 4.0, además de ser totalmente compatible con OpenGL 3.3. ^{[ 8 ]}

La nueva funcionalidad de sombreado unificada se basa en una arquitectura de palabra de instrucción muy larga (VLIW) en la que el núcleo ejecuta operaciones en paralelo. ^{[ 9 ]}

Un clúster de sombreadores está organizado en 5 unidades de procesamiento de flujo. Cada unidad de procesamiento de flujo puede completar una instrucción MAD (o ADD o MUL) de punto flotante de precisión simple por ciclo de reloj, producto escalar (DP, y casos especiales mediante la combinación de ALUs) y ADD de enteros. ^{[ 10 ]} La quinta unidad es más compleja y puede manejar adicionalmente funciones trascendentales especiales como seno y coseno . ^{[ 10 ]} Cada clúster de sombreadores puede ejecutar 6 instrucciones por ciclo de reloj (pico), que consisten en 5 instrucciones de sombreado más 1 bifurcación. ^{[ 10 ]}

Cabe destacar que la arquitectura VLIW conlleva algunos desafíos clásicos inherentes a los diseños VLIW, como el de mantener un flujo de instrucciones óptimo. ^{[ 9 ]} Además, el chip no puede emitir instrucciones simultáneamente cuando una depende del resultado de la otra. El rendimiento de la GPU depende en gran medida de la combinación de instrucciones que utiliza la aplicación y de la eficacia con la que el compilador en tiempo real del controlador puede organizar dichas instrucciones. ^{[ 10 ]}

Un núcleo R600 incluye 64 clústeres de sombreado, mientras que los núcleos RV610 y RV630 tienen 8 y 24 clústeres de sombreado respectivamente.

TeraScale incluye varias unidades capaces de realizar teselaciones . Estas son similares a las unidades programables de la GPU Xenos que se utiliza en la Xbox 360.

La teselación se especificó oficialmente en las principales API a partir de DirectX 11 y OpenGL 4.0. Las GPU basadas en TeraScale 1 (series HD 2000, 3000 y 4000) solo cumplen con Direct3D 10 y OpenGL 3.3 e implementan, por lo tanto, un principio de teselación diferente que utiliza extensiones de API específicas del fabricante. ^{[ 11 ]} Las GPU basadas en TeraScale 2 (a partir de la serie Radeon HD 5000 ) fueron las primeras en cumplir con las técnicas de teselación de Direct3D 11 y OpenGL 4.0. ^{[ 12 ]} Aunque el teselador de TeraScale 1 tiene un diseño más simple, AMD lo describe como un subconjunto del estándar de teselación posterior. ^{[ 13 ]}

Las unidades de teselación de TeraScale permiten a los desarrolladores tomar una malla poligonal simple y subdividirla utilizando una función de evaluación de superficie curva. Existen diferentes formas de teselación, como superficies de Bézier con N-parches , B-splines y NURBS , así como algunas técnicas de subdivisión de la superficie, que generalmente incluyen el mapeo de desplazamiento de algún tipo de textura. ^{[ 14 ]} En esencia, esto permite aumentar drásticamente la densidad poligonal de un modelo simple de bajo número de polígonos en tiempo real con un impacto mínimo en el rendimiento. Scott Wasson, de Tech Report, señaló durante una demostración de AMD que el modelo resultante era tan denso, con millones de polígonos, que parecía sólido. ^{[ 9 ]}

El teselador TeraScale recuerda a ATI TruForm , la marca de una unidad de teselación de hardware antigua utilizada inicialmente en la Radeon 8500. ^{[ 15 ]}

ATI TruForm recibió poca atención por parte de los desarrolladores de software. Algunos juegos (como Madden NFL 2004 , Serious Sam , Unreal Tournament 2003 y 2004 , y extraoficialmente Morrowind ) incluían soporte para la tecnología de teselación de ATI. Esta lenta adopción se debe a que no era una característica compartida con las GPU de NVIDIA, ya que estas habían implementado una solución de teselación competidora mediante parches Quintic-RT que obtuvo aún menos apoyo de los principales desarrolladores de juegos. ^{[ 16 ]} Dado que la GPU de Xbox 360 se basa en la arquitectura de ATI, Microsoft consideró la teselación de superficie acelerada por hardware como una característica importante de la GPU. Un par de años después, la función de teselación se volvió obligatoria con el lanzamiento de DirectX 11 en 2009. ^{[ 14 ] [ 17 ]}

Aunque el principio de teselación introducido con TeraScale no formaba parte de los requisitos de OpenGL 3.3 ni de Direct3D 10.0, y competidores como la serie GeForce 8 carecían de hardware similar, Microsoft añadió la función de teselación como parte de sus planes futuros para DirectX 10.1. ^{[ 17 ]} Finalmente, Microsoft introdujo la teselación como una capacidad requerida no con DirectX 10.1 sino con DirectX 11. ^{[ 18 ]}

El procesamiento geométrico GCN es la solución más reciente de AMD (que adquirió el negocio de GPU de ATI) para llevar a cabo la teselación utilizando la GPU.

Aunque la R600 representa un cambio significativo con respecto a los diseños anteriores, aún comparte muchas características con su predecesora, la Radeon R520 . ^{[ 9 ]} El procesador de despacho de ultra subprocesos es un componente arquitectónico clave del núcleo de la R600, al igual que en las GPU Radeon X1000. Este procesador gestiona un gran número de subprocesos en ejecución de tres tipos distintos (sombreadores de vértices, geometría y píxeles) y alterna entre ellos según sea necesario. ^{[ 9 ]} Al gestionarse simultáneamente un gran número de subprocesos, es posible reorganizar su orden para optimizar el uso de los sombreadores. En otras palabras, el procesador de despacho evalúa qué se procesa en las demás partes de la R600 e intenta mantener la eficiencia de procesamiento lo más alta posible. También existen niveles inferiores de gestión; cada matriz SIMD de 80 procesadores de flujo tiene su propio secuenciador y árbitro. El árbitro decide qué subproceso procesar a continuación, mientras que el secuenciador intenta reordenar las instrucciones para obtener el mejor rendimiento posible dentro de cada subproceso. ^{[ 9 ]}

El texturizado y la salida final a bordo del núcleo R600 son similares pero también distintos a los de un R580. El R600 está equipado con 4 unidades de textura que están desacopladas (independientes) del núcleo de sombreado, como en las GPU R520 y R580. ^{[ 9 ]} Las unidades de salida de renderizado (ROP) de la serie Radeon HD 2000 ahora realizan la tarea de antialiasing multisample (MSAA) utilizando cuadrículas de muestreo programables con un máximo de 8 puntos de muestreo, en lugar de utilizar sombreadores de píxeles como en la serie Radeon X1000 . También es nueva la capacidad de filtrar texturas FP16, populares con iluminación HDR , a máxima velocidad. Las ROP también pueden realizar filtrado trilineal y anisotrópico en todos los formatos de textura. En los R600, esto suma 16 píxeles por reloj para texturas FP16, mientras que las texturas FP32 de mayor precisión se filtran a la mitad de velocidad (8 píxeles por reloj). ^{[ 9 ]}

Las capacidades de suavizado de bordes son más robustas en la serie R600 que en la serie R520. Además de la capacidad de realizar 8× MSAA, en comparación con 6× MSAA en las series R300 a R580, la R600 cuenta con un nuevo modo de suavizado de bordes con filtro personalizado (CFAA). CFAA se refiere a una implementación de filtros no rectangulares que analizan los píxeles alrededor del píxel que se está procesando para calcular el color final y suavizar la imagen. ^{[ 10 ]} CFAA se realiza mediante sombreadores, en lugar de en las ROP. Esto proporciona una programabilidad mucho mayor, ya que los filtros se pueden personalizar, pero también puede generar posibles problemas de rendimiento debido al uso de recursos de sombreado. Desde el lanzamiento de la R600, CFAA utiliza filtros de tienda anchos y estrechos. Con estos, las muestras fuera del píxel que se está procesando se ponderan linealmente en función de su distancia al centroide de ese píxel, y la función lineal se ajusta según el filtro ancho o estrecho elegido. ^{[ 10 ]}

Los controladores de memoria están conectados a través de un bus de anillo bidireccional interno que rodea al procesador. En la Radeon HD 2900, es un bus de anillo bidireccional de 1024 bits (lectura de 512 bits y escritura de 512 bits), con 8 canales de memoria de 64 bits para un ancho de bus total de 512 bits en la 2900 XT; ^{[ 9 ]} en la Radeon HD 3800, es un bus de anillo de 512 bits; en la Radeon HD 2600 y HD 3600, es un bus de anillo de 256 bits; en la Radeon HD 2400 y HD 3400, no hay bus de anillo.

La serie experimentó una actualización de media generación con variantes de reducción de tamaño del chip (55  nm): RV670, RV635 y RV620. Todas las variantes son compatibles con PCI Express 2.0, DirectX 10.1 con características de Shader Model 4.1, OpenGL 3.3, decodificador de vídeo unificado ATI (UVD) dedicado para todos los modelos ^{[ 19 ]} y tecnología PowerPlay para tarjetas gráficas de escritorio. ^{[ 20 ]}

A excepción de la serie Radeon HD 3800, todas las variantes admitían 2 salidas DisplayPort integradas, compatibles con pantallas de 24 y 30 bits para resoluciones de hasta 2560 × 1600. Cada salida incluía 1, 2 o 4 carriles, con una velocidad de datos de hasta 2,7  Gbit/s por carril.

ATI afirmó que la compatibilidad con DirectX 10.1 traería un rendimiento y una eficiencia de procesamiento mejorados con un error de redondeo reducido (0,5 ULP en comparación con un error promedio de 1,0 ULP como error tolerable), mejores detalles y calidad de imagen e iluminación global (una técnica utilizada en películas de animación y más, que proporciona una experiencia de juego más realista ^{[ 21 ]} ).  

• Serie Radeon HD 2000
• Serie Radeon HD 3000
• Serie Radeon HD 4000

Cada controlador de memoria se conecta a dos ROP cuádruples , uno por canal de 64 bits, y a  una caché L2 dedicada de 512 KiB. ^{[ 23 ]}

Es compatible con AMD PowerPlay, que incluye escalado dinámico de frecuencia y otras tecnologías destinadas a reducir el consumo de energía.

• chips Evergreen:
  • Cedro RV810
  • Cypress RV870
  • Hemlock R800
  • Juniper RV840
  • Redwood RV830
• chips de las Islas del Norte:
  • Barts RV940
  • Caicos RV910
  • Turcos RV930
• APU que incluyen un IGP TeraScale 2:
  • Llano
  • Ontario
  • Zacate

AMD PowerTune, escalado dinámico de frecuencia para GPU, se introdujo con la serie Radeon HD 6900 el 15 de diciembre de 2010 y ha experimentado un desarrollo continuo, como se documenta en algunas reseñas de AnandTech . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

• chips de las Islas del Norte:
  • Cayman RV970
  • Antillas R900
  • Trinity y Richland incluyen un IGP TeraScale 3.