TeraScale（マイクロアーキテクチャ）

TeraScaleは、 ATI Technologies / AMDが開発したグラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU） マイクロアーキテクチャ・ファミリのコードネームであり、 Xenosに続く統合シェーダモデルを実装した2番目のマイクロアーキテクチャである。TeraScaleは、従来の固定パイプライン・マイクロアーキテクチャに取って代わり、Nvidiaの最初の統合シェーダ・マイクロアーキテクチャであるTeslaと直接競合した。[1] [2]

TeraScaleは、80nmおよび65nmで製造されたRadeon HD 2000、65nmおよび55nmで製造されたRadeon HD 3000、55nmおよび40nmで製造されたRadeon HD 4000、40nmで製造されたRadeon HD 5000およびRadeon HD 6000に使用されました。また、コードネーム「Brazos」、「Llano」、「Trinity」、「Richland」で知られるAMD Accelerated Processing Unitにも使用されました。TeraScaleは、後継のグラフィックカードブランドにもいくつか搭載されています。

TeraScaleはVLIW SIMDアーキテクチャですが、TeslaはRISC SIMDアーキテクチャで、TeraScaleの後継であるGraphics Core Nextに似ています。TeraScaleはHyperZを実装しています。[3]

LLVMコードジェネレータ（つまりコンパイラバックエンド）はTeraScaleで利用可能ですが[4]、LLVMのマトリックスには含まれていないようです。[5]例えばMesa 3Dはそれを使用しています。

テラスケール 1 (VLIW5)

テラスケール1
発売日2007年5月; 18年前[要出典] （2007年5月）
歴史
前任者公表されていない[要出典]
後継テラスケール2
サポート状況
2013 年後半からサポートされていません (最終的な Windows ドライバ リリース: Windows Vistaおよび7の場合は 13.9、 Windows 8の場合は 13.1 、 Windows XPおよび 8の場合はベータ版として 13.4 )

2008年12月に開催されたSIGGRAPH 08で、​​AMDの社員マイク・ヒューストン氏がTeraScaleマイクロアーキテクチャの一部について説明しました。[6]

FOSDEM09では、 AMDの技術パートナーであるSUSE LinuxのMatthias Hopf氏が、R600用のオープンソースドライバのプログラミングに関するスライドを発表しました。 [7]

統合シェーダー

従来のGPUアーキテクチャは固定パイプラインを実装しており、シェーダの種類ごとに個別のシェーダプロセッサが使用されていました。TeraScaleは、様々なシェーダの種類を処理するようにスケジュール設定可能な多数の柔軟なシェーダプロセッサを活用し、GPUスループットを大幅に向上させます（後述するように、アプリケーションの命令の組み合わせに依存します）。R600コアは、Direct3D 10.0仕様のShader Model 4.0に準拠した頂点シェーダ、ジオメトリシェーダ、ピクセルシェーダを処理するほか、 OpenGL 3.0も完全にサポートしています。[8]

新しい統合シェーダ機能は、コアが並列に演算を実行するVLIW（超長命令語）アーキテクチャに基づいています。 [9]

シェーダクラスターは5つのストリーム処理ユニットで構成されています。各ストリーム処理ユニットは、1クロックあたり1つの単精度浮動小数点MAD（またはADDまたはMUL）命令、ドット積（DP、ALUの組み合わせによる特殊なケース）、および整数ADD命令を実行できます。[10] 5番目のユニットはより複雑で、正弦や余弦などの特殊な超越関数も処理できます。[10]各シェーダクラスターは、1クロックサイクル（ピーク時）あたり6つの命令を実行でき、5つのシェーディング命令と1つの分岐命令で構成されています。[10]

特に、VLIWアーキテクチャは、VLIW設計に固有の典型的な課題、すなわち最適な命令フローの維持という課題を伴う。[9]さらに、チップは、一方の命令が他方の命令の結果に依存している場合、同時に命令を発行することができない。GPUのパフォーマンスは、アプリケーションで使用される命令の組み合わせと、ドライバ内のリアルタイムコンパイラがそれらの命令をどれだけ適切に整理できるかに大きく依存する。[10]

R600 コアには 64 個のシェーダ クラスターが含まれますが、RV610 コアと RV630 コアにはそれぞれ 8 個と 24 個のシェーダ クラスターが含まれます。

ハードウェアテッセレーション

TeraScaleには、テッセレーションを実行できる複数のユニットが含まれています。これらは、Xbox 360で使用されているXenos GPUのプログラマブルユニットに似ています。

テッセレーションは、DirectX 11とOpenGL 4から始まる主要なAPIで正式に規定されました。TeraScale 1ベースのGPU（HD 2000、3000、4000シリーズ）はDirect3D 10とOpenGL 3.3にのみ準拠しており、ベンダー固有のAPI拡張を使用する異なるテッセレーション原理を実装しています。[11] TeraScale 2ベースのGPU（Radeon HD 5000シリーズから始まる）は、Direct3D 11とOpenGL 4.0の両方のテッセレーション技術に準拠した最初のGPUでした。[12] TeraScale 1テッセレータは設計がよりシンプルですが、AMDはそれを後のテッセレーション標準のサブセットとして説明しています。[13]

TeraScaleテッセレータユニットを使用すると、開発者は単純なポリゴンメッシュを曲面評価関数を用いて細分化することができます。Nパッチ、Bスプライン、NURBSを用いたベジェ曲面など、様々なテッセレーション形式があり、また、通常は何らかのテクスチャを用いたディスプレイスメントマッピングを含む、サーフェスの細分化手法も存在します。 [14]本質的には、これにより、パフォーマンスへの影響をほとんど与えずに、単純な低ポリゴンモデルのポリゴン密度をリアルタイムで劇的に高めることができます。Tech Reportのスコット・ワッソン氏は、AMDのデモ中に、結果として得られたモデルが数百万のポリゴンで非常に高密度になり、ソリッドに見えると指摘しました。[9]

TeraScaleテッセレータは、 Radeon 8500で最初に使用された初期のハードウェアテッセレーションユニットのブランド名であるATI TruFormを彷彿とさせます。[15]

ATI TruFormはソフトウェア開発者からほとんど注目されなかった。Madden NFL 2004、 Serious Sam、 Unreal Tournament 2003と2004、非公式にはMorrowindなど、いくつかのゲームにATIのテッセレーション技術のサポートが含まれていた。このように対応が遅かったのは、この機能がNVIDIA GPUと共有されていなかったためである。NVIDIAは、主要なゲーム開発者からさらにサポートが少なかったQuintic-RTパッチを使用した競合するテッセレーションソリューションを実装していた。 [16] Xbox 360のGPUはATIのアーキテクチャに基づいているため、Microsoftはハードウェアアクセラレーションによるサーフェステッセレーションを主要なGPU機能と見なした。数年後、テッセレーション機能は2009年のDirectX 11のリリースで必須となった。 [14] [17]

TeraScaleで導入されたテッセレーションの原理はOpenGL 3.3やDirect3D 10.0の要件には含まれておらず、GeForce 8シリーズなどの競合製品には同様のハードウェアがなかったが、MicrosoftはDirectX 10.1の将来計画の一部としてテッセレーション機能を追加した。[17]最後に、MicrosoftはテッセレーションをDirectX 10.1ではなくDirectX 11で必須機能として導入した。[18]

GCN ジオメトリ処理は、ATI の GPU 事業を買収した AMD の GPU を使用してテッセレーションを実行するための最新ソリューションです。

超スレッドディスパッチプロセッサ

R600は以前の設計から大きく逸脱しているものの、前身のRadeon R520と多くの機能を共有しています。[9]ウルトラスレッド・ディスパッチ・プロセッサは、Radeon X1000 GPUと同様に、R600コアの主要なアーキテクチャ・コンポーネントです。このプロセッサは、3つの異なるタイプ（頂点シェーダ、ジオメトリシェーダ、ピクセルシェーダ）の多数の実行中スレッドを管理し、必要に応じてそれらを切り替えます。[9]多数のスレッドが同時に管理されているため、シェーダを最適に活用するためにスレッドの順序を並べ替えることが可能です。つまり、ディスパッチ・プロセッサはR600の他の部分で何が行われているかを評価し、処理効率を可能な限り高く保とうとします。さらに下位レベルの管理も存在します。80個のストリームプロセッサからなるSIMDアレイにはそれぞれ、独自のシーケンサとアービタが搭載されています。アービタは次にどのスレッドを処理するかを決定し、シーケンサは各スレッド内で可能な限り最高のパフォーマンスを得るために命令の順序を変更しようとします。[9]

テクスチャリングとアンチエイリアシング

R600 コア上のテクスチャリングと最終出力は R580 と似ていますが、異なる点もあります。R600 には、R520 および R580 GPU と同様に、シェーダ コアから分離された (独立した) 4 つのテクスチャ ユニットが搭載されています。[9] Radeon HD 2000 シリーズのレンダリング出力ユニット (ROP) は、 Radeon X1000 シリーズのようにピクセル シェーダを使用する代わりに、最大 8 つのサンプル ポイントを持つプログラム可能なサンプル グリッドを使用して、マルチサンプル アンチエイリアシング(MSAA) のタスクを実行するようになりました。また、 HDRライティングで人気のある FP16 テクスチャをフル スピードでフィルタリングする機能も新しく追加されました。ROP は、すべてのテクスチャ フォーマットでトライリニアフィルタリングと異方性フィルタリングも実行できます。R600 では、FP16 テクスチャの場合は 1 クロックあたり 16 ピクセル、より高精度の FP32 テクスチャの場合は半分のスピード (1 クロックあたり 8 ピクセル) でフィルタリングします。[9]

R600のアンチエイリアシング機能は、R520シリーズよりも強力です。R300からR580までの6倍MSAAから8倍MSAAに向上しただけでなく、R600には新しいカスタムフィルタアンチエイリアシング（CFAA）モードが搭載されています。CFAAとは、処理対象の特定のピクセルの周囲のピクセルを参照して最終的な色を計算し、画像にアンチエイリアシングを施す非ボックスフィルタの実装を指します。[10] CFAAはROPではなくシェーダーによって実行されます。これにより、フィルタをカスタマイズできるため、プログラマビリティが大幅に向上しますが、シェーダーリソースの使用に伴うパフォーマンスの問題が発生する可能性があります。R600の発売時点で、CFAAはワイドテントフィルタとナローテントフィルタを採用しています。これらのフィルタでは、処理対象のピクセルの外側のサンプルは、そのピクセルの重心からの距離に基づいて線形に重み付けされ、選択されたワイドフィルタまたはナローフィルタに基づいて線形関数が調整されます。[10]

メモリコントローラ

メモリコントローラは、プロセッサを囲む内部双方向リングバスを介して接続されています。Radeon HD 2900では、1,024ビットの双方向リングバス（512ビット読み取り、512ビット書き込み）で、2900 XTでは8つの64ビットメモリチャネルを備え、合計バス幅は512ビットです。[9] Radeon HD 3800では512ビットリングバス、Radeon HD 2600とHD 3600では256ビットリングバス、Radeon HD 2400とHD 3400ではリングバスは存在しません。

半世代アップデート

このシリーズは、ダイシュリンク（55 nm）版RV670、RV635、RV620といった半世代アップデートを経て登場しました。全モデルともPCI Express 2.0、 DirectX 10.1（Shader Model 4.1対応）、全モデルに専用のATI Unified Video Decoder（UVD）[19]、デスクトップ向けビデオカード向けのPowerPlayテクノロジー[20]をサポートしています。

Radeon HD 3800シリーズを除くすべてのモデルは、2つの統合型DisplayPort出力をサポートし、最大2,560×1,600の解像度で24ビットおよび30ビットのディスプレイをサポートします。各出力には1、2、または4レーンが含まれ、データレートはレーンあたり最大2.7 Gbit/sです​​。

ATIは、DirectX 10.1のサポートにより、丸め誤差の減少（ 許容誤差として平均誤差1.0 ULPと比較して0.5 ULP）により、パフォーマンスと処理効率が向上し、画像の詳細と品質が向上し、グローバルイルミネーション（アニメーション映画で使用される技術）と、消費者向けゲームシステムのさらなる改善により、よりリアルなゲーム体験が得られると主張しました。[21 ]

ビデオカード

（これらのページのチップのリストを参照してください）

テラスケール 2 (VLIW5)

テラスケール2
発売日2009年9月; 16年前[要出典] （2009年9月）
歴史
前任者テラスケール1
後継テラスケール3
サポート状況
2015 年半ばからサポートされていません ( Windows 7、8.1、10用の最終 Windows ドライバー リリース 15.7.1は「Catalyst」の名前でリリースされ、16.2.1 は「Radeon Software」の名前でベータ版としてリリースされ、上記と同じ Windows バージョンに適用されます)

TeraScale 2 (VLIW5) は、「Evergreen」世代のRadeon HD 5000 シリーズGPU とともに導入されました。

HPG10でマーク・ファウラーは「Evergreen」を発表し、例えば5870（Cypress）、5770（Juniper）、5670（Redwood）は最大解像度6倍の2560×1600ピクセルをサポートし、5470（Cedar）は4倍の2560×1600ピクセルをサポートし、これはAMD Eyefinity マルチモニターサポートにとって重要であると述べた。[22]

Cypressのリリースにより、Terascaleグラフィックスエンジンアーキテクチャは、RV770と比較してストリームコア、テクスチャユニット、ROPユニットの数が2倍に増加しました。ストリームコアのアーキテクチャはほぼ変更されていませんが、新しい命令によりDirectX 11/ DirectCompute 11機能のサポートが追加されています。[23]また、RV770と同様に、4つのテクスチャユニットが16個のストリームコア（それぞれ5つの処理要素を持ち、合計80個の処理要素）に接続されています。この組み合わせはSIMDコアと呼ばれます。

前身のRadeon R700とは異なり、DirectX 11では開発者による補間の完全な制御が義務付けられているため、専用の補間器は削除され、代わりにSIMDコアに依存しています。ストリームコアは、単精度と倍精度の両方で、より高い丸め精度の融合乗算加算(FMA) 命令を処理できます。これは、乗算加算(MAD) よりも精度が高く、IEEE 754-2008標準に準拠しています。[24]絶対差の合計(SAD)命令がプロセッサにネイティブに追加されました。この命令を使用すると、3Dエンジンでのビデオエンコードやトランスコードなど、一部のプロセスのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。各SIMDコアには、32 KiBのローカルデータ共有と8 kiBのL1キャッシュが装備されていますが、[23]すべてのSIMDコアが64 KiBのグローバルデータ共有を共有しています。

メモリコントローラ

各メモリコントローラは、64ビットチャネルごとに1つずつ、 2つのクアッドROPと専用の512 KiB L2キャッシュに接続されます。 [23]

省電力

AMD PowerPlay がサポートされています。こちらをご覧ください。

チップス

  • エバーグリーンチップ:
    • シダーRV810
    • サイプレスRV870
    • ヘムロック R800
    • ジュニパーRV840
    • レッドウッドRV830
  • ノーザンアイランドチップス：
    • バーツRV940
    • カイコスRV910
    • タークスRV930
  • TeraScale 2 IGP を搭載した APU:
    • リャノ
    • オンタリオ
    • ザカテ

テラスケール 3 (VLIW4)

テラスケール3
発売日2010年10月; 15年前[要出典] （2010年10月）
歴史
前任者テラスケール2
後継グラフィックス コア ネクスト 1
サポート状況
2015 年半ばからサポートされていません ( Windows 7、8.1、10用の最終 Windows ドライバー リリース 15.7.1は「Catalyst」の名前でリリースされ、16.2.1 は「Radeon Software」の名前でベータ版としてリリースされ、上記と同じ Windows バージョンに適用されます)

TeraScale 3 (VLIW4) は、従来の 5-way VLIW 設計を 4-way VLIW 設計に置き換えます。この新しい設計には、Direct3D 11 のパフォーマンスを向上させるためのテッセレーションユニットも追加されています。

TeraScale 3 は、Radeon HD 6900ブランドのグラフィック カードに導入され、Trinity および Richland APU にも実装されています。

省電力

GCN1.1チップで導入されたPowerTuneの新しいバージョンのアーキテクチャ

AMD PowerTuneは、 GPUの動的周波数スケーリング機能で、2010年12月15日にRadeon HD 6900シリーズで導入され、 AnandTechのレビューにも記載されているように、継続的な開発が続けられています。[25] [26] [27] [28]

チップス

  • ノーザンアイランドチップス：
    • ケイマンRV970
    • アンティル諸島 R900
    • トリニティとリッチランドにはTeraScale 3 IGPが搭載されている

後継

2011年8月のHPG11で、AMDの社員であるマイケル・マンター（シニアフェローアーキテクト）とマイク・ヒューストン（フェローアーキテクト）が、TeraScaleの後継マイクロアーキテクチャであるGraphics Core Nextを発表しました。 [29]

TeraScaleチップの比較

マイクロアーキテクチャテラスケール1テラスケール2テラスケール3
チップ1R600RV610RV620RV630RV635RV670RV710RV711RV730RV740RV770RV790シダー
（RV810）		レッドウッド
（RV830）		ジュニパー
（RV840）		サイプレス
（RV870）		カイコス諸島
（RV910）		タークス
（RV930）		バーツ
（RV940）		ケイマン
（RV970）
コードネームペレラカクッパシャカワリオブームルイージマリオウォールデンウェキバスパルタン??????ビクトリア?
チップバリアント—M72
M74		M82M76M86M88M92M93M96M97M98—パーク・
ロブソン		キャピラノ
マディソン
パインウッド		ブロードウェイ
グランビル		ヘムロック・
レキシントン		シーモアオネガ・
テムズ
・ホイッスラー		ブラックコムアンティル諸島
Fab (nm)8065556555405540
ダイサイズ（mm 2）42085 / 82 (M74)67153135192731461372562825910416633467118 / 104（テムズ、ウィスラー）255 / 212（ブラックコム）389
トランジスタ（百万個）7201801813903786662425148269569592926271,0402,1543707161,7002,640
トランジスタ密度
（MTr/mm 2）		1.72.1 / 2.2 (M74)2.72.52.83.53.33.56.03.73.44.96.06.36.45.56.1 / 6.9（テムズ、ウィスラー）6.7 / 8.0（ブラックコム）6.8
計算ユニット423414810251020 / 5（レキシントン）261424
スレッドプロセッサ164816832408204080 / 20（レキシントン）8245696
ストリームプロセッサ3204012032080320640800804008001600 / 400（レキシントン）16048011201536
テクスチャマッピングユニット164816832408204080 / 20（レキシントン）8245696
レンダリング出力単位164164816481632 / 8（レキシントン）483232
Z/ステンシルOPS3283243264440163240128
L1 キャッシュ（KB）4 つの SP あたり 32 個 (ストリーム プロセッサ)CU（コンピューティングユニット）あたり16CUあたり8個
L2キャッシュ（KB）256326412825664128256128256512 / 256（レキシントン）128256512
ディスプレイコアエンジン2.03.02.03.02.03.23.14.05.0
統合ビデオデコーダーアビボHD1.02.22.02.33.1
最初の打ち上げ2007年5月2007年1月2008年1月2007年6月2008年1月2007年11月2008年9月2010年5月2008年9月2009年4月2008年6月2009年4月2010年2月2010年1月2009年10月2009年9月2011年2月2010年10月2010年12月
シリーズR600 ( Radeon HD 2000 / Radeon HD 3000 )R700 ( Radeon HD 4000 )エバーグリーン ( Radeon HD 5000 )ノーザン アイランズ ( Radeon HD 6000 )
参考文献[30] [31][32] [33]
[34] [35]		[36] [37]
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[82]		[83] [84]
[85] [86] [87]		[88] [89]
[90]		[91] [92]
[93]

1 R680（2xRV670）やR700（2xRV770）などのデュオチップは記載されていません。[94] [95] [96] [97]

参考文献

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