İnce Satırlar
Liste Modu
Döşeme Modu
Sade Döşeme Modu
Blog Modu
AMD geçtiğimiz günlerde yaptığı açıklamayla yüksek performans segmenti için hazırladığı Radeon HD 6900 serisi ekran kartlarını duyurdu. Grafik endüstrisini DirectX 11 desteği ile tanıştıran Radeon HD 5800 serisinin yerini almak üzere tasarlanan Radeon HD 6900 serisi yeni nesil ekran kartları, AMD adına büyük önem taşıyor zira firma şimdiye kadar hazırladığı en büyük grafik yongalarından birini pazarda yaygınlaştırmayı hedefliyor. 2006 yılında yarıiletken endüstrinin en önemli satın almalarından birini gerçekleştirerek grafik endüstrisinin lider isimlerinden Kanada merkezli ATi'ı, 5.5 milyar dolar gibi bir bedelle bünyesine katan AMD, satın alma işlemi gerçekleştikten hemen sonra radikal bir karar vermiş ve yansımalarını Radeon HD 3000 serisi ile görmeye başladığımız yeni bir GPU geliştirme programını uygulamaya almıştı.
ATi Radeon HD 2900 serisine güç veren R600 kodlu grafik yongasını son büyük GPU tasarımı olarak kabul eden AMD, daha kısa döngülerle performansı arttırabilmek, üretim maliyetleriyle birlikte birim zar alanındaki enerji verimliliğini efektif bir şekilde geliştirebilmek adına R600 gibi büyük grafik yongaları yerine, performans segmenti için daha düşük üretim maliyetine ancak daha yüksek üretim verimliliğine sahip GPU tasarımları geliştirmeyi, yüksek performans segmentinde ise bu GPU'ların çiftine yer verdiği daha komplike tasarımları pazara sunmaya hedeflemişti. Her yeni GPU tasarımında aynı zamanda yeni bir teknoloji kullanmayı öncelikleri arasına koyan AMD, bu noktada stratejisini iki temel argüman üzerine şekillendirmiş ve yeni nesil bellek teknolojileriyle, fabrikasyon aşamasında daha ileri üretim teknolojilerine ilk geçen firma olmayı amaçlamıştı. Aradan geçen 4,5 yıllık süre zarfında AMD, Radeon HD 2000 serisi ile başladığı yolculukta bugün Radeon HD 6000 jenerasyonuna ulaşarak beş farklı ekran kartı ailesini pazara sunmuş oldu ancak HD 2000 serisinin hazırlıkları çok daha önce tamamlandığı için AMD'nin ATi üzerindeki etkisini Radeon HD 3000 serisiyle birlikte görmeye başladığımız söylenebilir. İşte bu serüvenin son halkası olan Radeon HD 6900 serisi sadece bir kaç gün önce lanse edildi ve bu noktada biz de yeni seriye güç veren Cayman kod adlı grafik yongası ve bu yonga doğrultusunda AMD'nin değişen grafik işlemci mimarisine sizler için masaya yatırdık.
Kısaca özetlemek gerekirse AMD için 2006 yılı büyük önem taşıyor. ATi'ın satın aldığı yıl aynı zamanda CPU pazarında yeni bir dönemin de kapısını aralıyordu. Athlon işlemci ailesiyle milenyuma hızlı bir giriş yapan ve önce 1GHz başarısı hemen ardından da 64-bit desteği gibi çıkışlarla pazarda önemli ilklere imza atan AMD, Athlon64 X2 ailesiyle Pentium 4 jenerasyonu karşısında sergilediği güçlü performansı, Intel'in aynı yıl duyurduğu Core işlemci ailesiyle birlikte kaybetmeye başlayacaktı. Intel, ürün kodu 80557 olan Conroe kod adlı yeni nesil Core 2 Duo işlemci ailesini adeta gözdağı verircesine AMD/ATi'ın en güçlü olduğu pazarlardan birisi olan Kanada'daki Fragapalooza oyun etkinliğinde lanse ederek pazarın geleceğini şekillendirecek yeni bir dönemin kapısını aralayacaktı. Ondan sonraki hikaye malum; performans liderliğini ele geçiren Intel, aynı saat hızındaki performans avantajını çekirdek sayısını arttırarak pekiştirme yoluna gitmiş ve endüstrinin dört çekirdekli ilk masaüstü işlemci ailesini duyurarak durumunu pekiştirmişti. Intel cephesindeki gelişmeleri özetledik çünkü AMD bir yandan Intel'in adeta nokta atışı yapan tik-tak iş geliştirme modeline yanıt vermeye çalışırken öte taraftan ATi ile entegrasyon sürecinin en yüksek verimlilikte ama aynı zamanda en kısa sürede tamamlayarak geleceğe odaklanmanın planlarını yapıyordu ve bu planlar arasında CPU+GPU konsepti olan Fusion teknolojisini de sık sık dile getiriyordu.
AMD'nin işlemci tarafında yaşadığı tüm bu sıkıntılara rağmen grafik operasyonu zamanla parlamaya başlamış ve Unified Shader tasarımını temel alan R600 GPU'sunun güç verdiği Radeon HD 2900 serisi beklentileri karşılayamasa da HD 2400 ve HD 2600 serisi ekran kartları kendi segmentlerinde daha fazla varlık göstermişlerdi. Daha sonra gelen Radeon HD 3000 serisi ise önemli bir lansman etkinliğinin üç kolundan birisi olacaktı zira Spider platformunu duyuran AMD, işlemci tarafında K10 tabanlı Phenom ailesine geçiş yaparken aynı zamanda 7 serisi yonga setlerini ve Radeon HD 3000 serisi ekran kartlarını esas almıştı. Radeon HD 3000 serisi için ilk etapta pazara sürülen Radeon HD 3870 modeli, GDDR4 bellek desteği ile ses getirmiş daha sonra çıkan çift GPU'lu Radeon HD 3870 X2 (kod adı R680) ise teorik anlamda sahip olduğu muazzam gücü aktarmakta sürücü odaklı sıkıntılar yaşamış, micro-stuttering konusunda yer yer önemli problemlerle karşılaşmıştı. Radeon HD 4800 serisi ise AMD adına ekran kartı arenasında yeni bir dönemin kapısını aralayacaktı. RV770 kod adını taşıyan GPU tasarımının kullanıldığı Radeon HD 4850 ve Radeon HD 4870 modelleri, kendi segmentlerinde önemli başarılar elde etmiş, çift GPU'lu Radeon HD 4870 X2 modeli de AMD'nin performans liderliğini ele almasını sağlamıştı. Radeon HD 5000 serisi içinse fazla söze gerek yok, AMD'nin rakamlarına göre geçtiğimiz yıldan bu yana 25 milyondan fazla satan bu seri, DirectX 11 konusunda ilk olmuş ve Radeon HD 5970 modeli bugün hala zirvedeki yerini koruyarak, grafik işlemci tasarımında yıllardır radikal değişiklikler yapmayan AMD'nin kademeli gelişim sürecinin bir yansıması olmuştu. Zira 2008 yılında harici ekran kartında %30 civarı bir paya sahip olan AMD, araştırma kuruluşlarının son rakamlarına göre bugün %50 civarında paya ulaşmış durumda.
Tüm bu olumlu tablonun yanında AMD'nin benzer sıçramayı gerçekleştiremediği ya da bir başka ifadeyle masaüstü/dizüstü ekran kartı pazarındaki yükselişin bir benzerini tekrarlayamadığı alanlar da yok değil. İş istasyonlarına yönelik profesyonel grafik çözümleri ve bilimsel araştırmalar için GPGPU odaklı hızlandırıcılar noktasında Nvidia'nın Quadro ve Tesla serisi ekran kartlarıyla, ilgili pazarların çok büyük bir kısmını domine ettiğini görüyoruz. Üretim teknolojileri noktasında AMD'nin işlemci geliştirme çalışmalarındaki deneyimi sayesinde, Nvidia ile kıyaslandığında daha agresif bir strateji ile 80nm fabrikasyon sürecinden bu yana GPU pazarında yeni nesil üretim teknolojilerine geçişte ilk firma olmayı başardığını görüyoruz. Ancak tüm bu uzmanlığa rağmen, GPU üretiminde piyasayı domine eden Tayvan merkezli döküm firması TSMC, günün sonunda hem AMD hem de Nvidia için önemli bir sınır teşkil ediyor ve firmaların tasarımlarının yanında TSMC'nin de yeni nesil üretim teknolojilerine hazır olması gerekiyor. Burası önemli zira bu noktadan sonra Radeon HD 6900 serisinin detaylarına geçiş yapmaya başlayacağız. TSMC geçtiğimiz sene Kasım ayında yaptığı açıklamayla 32nm üretim teknolojisiyle ilgili çalışmalarını durdurduğunu ve 28nm için kolları sıvayacağını açıklamıştı. Bu gelişme TSMC'nin 200 kadar müşterisinin önemli bir kısmı için pek sorun teşkil etmeyecekti, birisi hariç! Radeon HD 4770 modelinin yüksek satış başarısı elde edeceğine inanan AMD, TSMC'nin 40nm konusunda sıkıntılar yaşamasından sonra bir kez daha kalesinde gol görüyordu çünkü AMD, Radeon HD 6800 ve 6900 serisi ekran kartlarında kullanacağı grafik yongalarını, 32nm fabrikasyon süreciyle ürettirmek üzerine şekillendiriyordu.TSMC'nin açıklamasından sonra yol haritasını yeniden şekillendiren AMD mevcut tasarımlarını, olgunlaşmış 40nm üretim teknolojisine adapte edebilmek için kolları sıvayarak oldukça yoğun bir takvimsel sürecin içerisine girmişti. Yeniden şekillenen takvimi yetiştirebilmek ve 2010 mali yılı sona ermeden yeni jenerasyonunu pazara sunmak isteyen AMD, bir önceki jenerasyona ait grafik mimarisini bir kez daha değerlendirme yoluna giderek Radeon HD 6800 serisine güç veren Barts GPU'larını hazırlamış, öte taraftan daha yenilikçi Radeon HD 6900 serisi için ciddi derecede sıkışan geliştirme döngüsü çerçevesinde 2011 öncesine yetiştirmenin gayretini göstermişti. 40nm üretim teknolojisiyle hazırlanan Cayman kod adlı yeni grafik işlemci tasarımı, Radeon HD 4800 serisinde kullanılan RV770 GPU'sundan bu yana AMD'nin grafik işlemci mimarisinde yaptığı en büyük güncellemeyi temsil ediyor. 5D ALU tasarımından 4D ALU tasarımına geçilen Cayman GPU'su aynı zamanda grafik ve genel iş yükleri için çok sayıda önemli güncelleme ve yenilik içeriyor.
AMD'nin güncel grafik işlemci mimarileri, yazılım modelleri açısından iki koldan gelişimlerini sürdürüyorlar ki bunlar; endüstri standardı olan OpenCL ve Microsoft Windows odaklı DirectCompute. Gelişim yolunun başında sayılabilecek API'lardan OpenCL, Kasım 2008 tarihinde lanse edilirken, güncel 1.1 sürümü ise geçtiğimiz Haziran ayında anons edilmişti. Daha yeni olan DirectCompute ise, DirectX 11'in bir parçası olarak Windows 7 işletim sistemiyle birlikte geçtiğimiz sene Ekim ayında duyurulmuştu. Her ne kadar limitli de olsa DirectX 11, paralel işlem birimlerinin, DirectX 10 donanımları üzerinde yürütülmesine de olanak tanıyor. Her iki standarda göre aslında daha yerleşik bir yapıya sahip olan ve son olarak x86 odaklı versiyonu kısa bir süre önce yapılan Grafik Teknolojileri Konferansı'nda lanse edilen Nvidia özelindeki CUDA API'si, bugün itibariyle çoğu yüksek performanslı bilgi-işlem alanında olmakla üzere daha fazla uygulama desteğine sahip ancak endüstri standardı olan OpenCL'in ve Microsoft'un DirectCompute API'ın, gelişim süreci açısından arayı hızla kapatması bekleniyor ancak bu Nvidia adına sorun teşkil edecek bir durum değil zira aynı AMD'de olduğu gibi Nvidia'nın grafik işlem üniteleri de OpenCL ve DirecCompute desteği sunuyorlar. Ancak bu noktada Nvidia'nın yazılım tarafındaki etkinliğine değinmeden geçmeyelim. Zira kendi berimsel uygulama geliştirme ortamı CUDA'nın yanı sıra Nvidia, açık programlama dili olan OpenCL için GPU desteği sunmaya başlayan ilk firma olmuştu. Apple öncülüğünde geliştirilen OpenCL, heterojen yapıda programlama çerçevesi oluşturuyor ve hem görev hem de veri tabanlı paralel işlem yeteneğini, grafik işlem birimine ek olarak CPU ve diğer işlemciler üzerinden yürütebilir hatta bu sayede grafik dışındaki hesapmaların da GPU üzerinden yürütülebilmesine olanak tanıyan OpenCL açık işlem dili, GPGPU uygulamalarına gelecekte temel teşkil etmesi bekleniyor. OpenCL için GPU desteğine ilk adapte olan firma Nvidia olmuş ve firma 2008 yılında bu desteği sunmaya başlamıştı. AMD ise ilk etapta CPU hızlandırmalı OpenCL desteğini göstermiş, bir yıl aradan sonra 2009 yılında, Havok ile birlikte Havok Cloth'un Radeon HD 4000 serisi ekran kartları üzerinde çalışan uygulamasını tanıtmıştı. OpenCL'in geliştirme çalışmaları Khronos Grubu çerçevesinde hızlı bir şekilde devam ettirilse de CUDA en azından bugün için daha geniş bir ekosisteme sahip ve yakın zamanda da momentumunu kaybedecek gibi görünüyor zira bu noktada farklı bir strateji izleyen Nvidia, özellikle üniversiteler ile iş birliğine giderek, grafik işlem birimlerinin yüksek paralel işlem verimliliğini CUDA üzerinden değerlendirilmesi noktasında çok sayıda özel çalışmaya imza atıyor.
AMD'nin GPU odaklı yazılım modelinde atlanmaması gereken önemli bir detay bulunuyor. AMD de GPU odaklı programlama dili konusunda önemli gayretler sarfetti. Firmanın başlangıçta takip ettiği CTM isimli programlama ortamı, çok düşük seviyede kalması ve pek çok donanımdan maruz kalması, yazılım tarafında daha geniş bir ekosistem yaratılması için engel teşkil ederken, OpenCL ve DirectCompute ile birlikte geniş destekli yeni teknolojiler, bu durumun değişmesini sağladı. Bugün AMD, uygulama geliştiricilere kendi donanımları üzerinden yüksek seviyeli görülebilirlik sağlarken, tescilli CAL yaklaşımının aksine bu, OpenCL ve DirectCompute üzerinden daha yüksek seviyede gerçekleşmektedir. Tabi Nvidia ile kıyaslandığında firmanın yazılım modelindeki farklılık bununla da sınırlı değil elbette. Nvidia'nın aksine AMD'nin GPU odaklı uygulamalar konusunda daha çok grafik tabanlı görevler üzerine yoğunlaştığını görüyoruz ki firmanın GPU satışlarının önemli bir kısmını da zaten Radeon serisi ekran kartları için geliştirdiği tüketici odaklı çözümlerden oluşuyor. Bunun sonucu olarak AMD'nin mimari tercihleri, grafik işlem yongalarının programlanabilirlik tayfının ortasında kalmasıyla tamamlanırken, bu durum Nvidia GPU'ları ile kıyaslandığında programlanabilirlik noktasında aynı esnek ve kolaylığın sunulmamasına neden oluyor. Ancak unutulmaması gereken nokta, AMD ve Nvidia'nın şirket profillerindeki farklılıktır. Fusion jenerasyonuyla başlayacak heterojen bilgi-işlem tabanlı yeni dönemi bir kenara bırakırsak, AMD'nin hem işlemci hem de GPU tarafında farklı çalışmaları olduğunu, Nvidia'nın ise tüm yatırımını GPU hızlandırma üzerine kurguladığını görmekteyiz. Bu önemli çünkü, CPU ve GPU görevleri arasında denge kurma stratejisini benimseyen AMD, Nvidia'nın GPU hızlandırma çözümleri sunduğu yüksek işlem çözümleri için hem CPU hem de GPU çözümleri sağladığından stratejiler farklılıaşıyor, tablonun şu ana kadar geneli ise firmanın o tip çözümlerde daha CPU ürünleriyle varlık gösterdiğini ortaya koyuyor. Cray firması tarafından geliştirilen dünyanın en güçlü süper-bilgisayarlarından XT5 Jaguar'da AMD'nin Opteron işlemcilerine yer verilirken, yakın zamanda lanse edilen Çin'in 2.57 PetaFLOP gücündeki Tianhe-1A isimli dünyanın en güçlü süper-bilgisayarında, Intel'in Xeon işlemcileriyle birlikte Nvidia'nın Tesla serisi GPU'ları kullanılmaktadır. İşte tüm detaylar çerçevesinde AMD'nin yükselen GPGPU trendine rağmen, sahip olduğu ürün yelpazesinin sağlıklı büyüyebilmesi açısından denge politikası izlemesi gerekiyordu. Ancak öte taraftan Fusion ile birlikte bu durum değişecek gibi görünüyor. Zira hem CPU hem de GPU tarafındaki en iyi tasarımlarını bir araya getirdiğini söyleyen AMD, bilgi-işlem dünyasına daha düşük maliyet, daha güç güç tüketimi ve daha az karmaşık düzenlemeler ile daha yüksek işlem gücü sunmayı hedefliyor. Bu gelişim ilk meyvasını düşük güç tüketimi ve enerji verimliliği ekseninde geliştirilen Bobcat mimarisi ile tüketici platformunda verecek olsa da zamanla sunucu ve iş istasyonu odaklı Opteron işlemcilerin için de heterojen tasarıma geçilmesi planlanıyor.
AMD'nin GPU odaklı yazılım geliştirme çalışmalarına geri dönersek, programlama seviyesinin OpenCL'e çok yakın olduğunu görüyoruz. AMD'nin özellikle Radeon HD 6900 serisi ekran kartları ve doğası gereği Cayman GPU tasarımı ile sık sık gündeme gelen VLIW yani Very Long Instruction Word mimari yaklaşımı, çoklu komutları paralel yürütülecek şekilde VLIW içerisine paketleyebiliyor ki bu yaklaşımın temelinde de derleyici ve programlayıcıya geniş ölçekli açık bir destekten söz edilebilir. Bu yaklaşımda çekirdek komut akışı, tercihe bağlı olarak uzun olarak tutulabilse de kontrollü akış komutları ve çok sayıda sınırlı, görece kısa komutlarla derleniyor dolayısıyla çekirdekte yer alan komutlar serbest bir şekilde kaynaşmıyor ve her sınıf tek tip komut içeriyor. Kontrollü akış komutları sınıfları başlatırken, buffer ve bellek geri veri yazımı veya bellek ve kontrol bölümlemesi, döngüleme, altprogram ve genel program akışını kontrol ediyor. Bu noktada öne çıkan beş temel sınıf ise; vertex fetch, texture fetch, memory load, memory export ve ALU. Tahmin edilebileceği üzere texture ve vertex fetching öncelikli olarak grafikler için kullanılırken, diğer üç temel sınıf ise genel amaçlı iş yükleri için kullanılıyor. Tüm bu sınıflar her zaman için tamamlayıcı bir şekilde yürütülür ve hiç bir zaman yarıda kesilmiş bir şekilde bırakılmazlar. Çekirdeğin veri akışı, mimari açısından farklı iş grupları çerçevesinde tanımlanmıştır Örneğin OpenCL iş gruplarını 1024 veya daha az çalışma ögeleriyle sınırlarken, verimlilik odaklı nedenlerden dolayı AMD, sadece 1-256 çalışma ögelerini -daha çok 64-256 arası- iş gruplarıyla sınırlandırmıştır. Bununla birlikte GPU, iş gruplarını dalga grupları şeklinde yürütür, orta dereceli mikromimarisel gruplama ise kontrollü veri akışı şeklinde kurgulanır. AMD'nin şu anki GPU'ları için dalga akımı, 64 çalışma ögesi genişliğinde veri akışı ve 1 komut veya kontrolü akış çerçevesinde iş grupları tipik olarak 1-4 dalga akımına tekabül eder.
Grafik işlemci tasarımında "Sweet Spot" yaklaşımını benimseyen AMD, yazımızın üst kısımlarında da belirttiğimiz gibi yeni teknolojilerle donatılmış performans odaklı kompakt bir GPU ve en yüksek performans segmentinde de bu GPU'nun çiftini kullanma stratejisini uygulamakta. Nvidia'nın devasa boyuttaki GPU tasarımlarının aksine takip ettiği agresif strateji ile özellikle son iki jenerasyonda önemli başarılar kaydederek bu iki jenerasyonun çıktığı iki yılda pazar payını ciddi şekilde arttıran AMD, yüksek verimlilik ve düşük üretim maliyetlerini esas alan bu yaklaşımla fiyat odaklı rekabette de önde olmak ve rakibinin yüksek performans segmenti için sunabileceği daha hızlı ancak daha yüksek maliyetli GPU çözümlerine karşı fiyat indirim kozunu da elinde tutmak istiyor. AMD'nin takip ettiği GPU geliştirme stratejisinin başarısıyla ilgili olarak endüstrinin işaret ettiği en önemli örnek Radeon HD 5970. İki farklı yıla en hızlı ekran kartı olarak girmeyi başaran Hemlock kod adlı Radeon HD 5970, AMD'nin "Sweet Spot" stratejisinin geldiği son noktayı gösteriyor. Zira performans segmenti için hazırlanan görece düşük maliyetli Cypress GPU'sunun çiftini barındıran bu çözüme karşı Nvidia, daha yüksek maliyetin yanında daha yüksek güç tüketimine sahip olan GF1xx serisi grafik yongalarının çiftine sahip yeni bir tasarım hazırlayabilmiş değil. Her ne kadar Galaxy ve Asus, çift GPU'lu Fermi tasarımlarını göstermiş olsalar da mühendislik örneği olan bu kartların ne zaman satışa sunulacağı henüz bilinmiyor. Tabi çift GPU'lu kart tasarımları için önemli bir sorun bulunuyor ki o da uygulama desteği. Hatırlanacağı üzere R680 kod adlı Radeon HD 3870 X2 kağıt üzerinde güçlü değerler sunmakla birlikte yeterli oyun ve uygulama desteği olmadığı için beklenen sıçramayı gerçekleştirememişti. Ancak Radeon HD 4870 X2 ve Radeon HD 5970 ile birlikte uygulama desteğinin geliştiğini, öte yandan Crossfire ve SLI gibi teknolojilerde ölçeklenebilirlik verimliliğinin arttırıldığını görüyoruz. İşte tüm bu gelişmeler ışığında gelin şimdi Cayman GPU'sunun mimarisine yakından bakalım ve AMD'nin gelecek planlarını bu düzlemde ele alalım.
Cayman kod adlı yeni grafik yongasının genel sistem mimarisi, yerini aldığı Cypress ile büyük benzerlikler taşıyor. Tabi yeni grafik yongası, bazı açılardan önemli farklılıklar içeriyor. Frekansı 30MHz arttırılan Cayman GPU'sunda, AMD'nin SIMD olarak adlandırdığı 24 çekirdek bulunuyor ki bu rakam Cypress'te 20 idi. Öte yandan çekirdeklerin temel yapısı ve işleyişinde de bir takım farlılıklar söz konusu. Cayman GPU'sundaki her çekirdek 16 yollu SIMD işlemcisi , her SIMD hattı aynı zamanda 4 yollu VLIW (VLIW4) yani toplamda 64 uygulama birimi bulunuyor ve bu noktada daha önceki pek çok haberimizde belirttiğimiz gibi AMD'nin VLIW5 tabanlı diğer tüm GPU'larına kıyasla önemli bir fark yaratılmış oluyor. 40nm üretim teknolojisiyle hazırlanan Cayman GPU'sunda, SIMD'lerin her birinde 8KB büyüklüğünde Seviye 1 doku belleği ve paylaşımlı 512Kb Seviye 2 doku belleği bulunuyor. Tabi doku belleklerinin eşevreli olmadığını, sadece okuma odaklı bir yapı sergiledliklerini de belirtelim. L2 bellek ise tasarım ve işleyiş açısından önemli farklar içeriyor. 64 Kb büyüklüğünde 8 farklı parçaya bölünen Seviye 2 bellekte, her bellek kanalı için bir parça düşüyor. 256-bit genişliğinde bellek arabirimine sahip olan ve her bellek kontrolcüsünün 5.5GT/saniye hızına kadar iki kanal GDDR5 işlettiği Cayman tasarımında toplam bant genişliği ise 176GB/saniye seviyesine ulaşıyor. Radeon HD 5800 serisinde kullanılan Cypress GPU tasarımııyla kıyaslandığında bellek arabiriminin %12 daha hızlı olduğu Cayman tasarımı, aynı zamanda bellek tasarımında çeşitli iyileştirmeler de içeriyor. Bu iyileştirmelerın belkide en önemlisi GDDR5 çalıştırma algoritmalarındaki güncellemeler. Bellek arabirimdeki eksikleri kompanze eden algoritmalar da önemli geliştirmeler yapıldığı belirtiliyor. AMD'nin bellek tasarımındaki güncellemeleri bunlarla ibaret değil. Cayman GPU'lu ekran kartlarının fiziksel bellek dizilimlerinde de bazı değişiklikler yapan AMD, çift çeneli mod desteği sunan bellek kontrolcüsüyle birlikte tek x32 DRAM yerine iki adet x16 DRAM kullanmaya başlıyor. Cayman GPU'sunun tüketici versiyonu ekran kartlarında 2GB GDDR5 bellek kullanılırken, iş istasyonları için hazırlanacak profesyonel kartlarında ise yüksek yoğunluklu DRAM'lar sayesinde 4GB bellek kapasitesine yer verilmesi bekleniyor. Öte yandan Cayman GPU'sunda, bellek arabirimi CRC ve tekrar deneme mekanizmalarıyla donatıldığından, bellekle ilgili iletim hataları tespit edilerek onarılabiliyor. Konu bellekler olunca, AMD'nin neden 384-bit veya 512-bit bellek veri yolu desteğine geçiş yapmadığı da sık sık gündeme gelen bir soru. Sweet Spot stratejisinden önceki en büyük grafik yongası olan R600'de 512-bit bellek veri yolu desteği sunan firma, daha sonraki diğer tüm tasarımlarında ise 256-bit bellek veri yolu desteği ile devam etmişti. Bunun en büyük nedenlerinden birisi, çift GPU'lu ekran kartları için 512-bit bellek veri yolu desteğinin tasarım anlamında çeşitli zorluklar çıkarması çünkü grafik yongaları ve DRAM yongaları arasındaki yönlendirmenin daha karmaşık bir hal alabiliyor. Öte yandan performans ve maliyet odaklı GPU'lar için üretim maliyetlerinin önemli ölçüde arttığını da unutmamak gerekiyor. Tüm bunlara ek olarak daha yüksek bellek veri yolu desteğinin daha fazla baskılı devre katmanı ihtiyacını ortaya çıkardığı ve bu durumun GPU üretim maliyetlerine ek olarak kart başına maliyetlerini yükselttiği de altı çizilen bir diğer önemli detay.
AMD'nin Cayman tasarımı için değişiklik yaptığı bir diğer önemli detay ise DMA kontrolcüsünde gizli. Bilindiği gibi Cayman, PCIe 2.1 spesifikasyonunu destekliyor. PCIe 3.0 standardı çok kısa bir süre önce tamamlandığından ekran kartı üreticilerinin en iyi ihtimalle 28nm ile birlikte yeni teknolojiye adapte olmaları bekleniyor. Grafik işlem birimindeki DMA kontrolcüsünün, PCI Express arabirimi üzerinden sistem haberleşme alt yapısı da gözden geçirilmiş. Cypress GPU'sunda tek yönlü kontrol sağlayan DMA kontrolcülerinin yerini Cayman GPU'sunda çift yönlü DMA kontrolcüleri alıyor ve bu sayede PCI Express hattı için ban genişliğinin en yüksek seviyeye çıkartılması hedefleniyor. AMD'den farklı olarak Nvidia, daha karmaşık bir saat vuruş mimarisi kullanıyor. Fermi tabanlı Tesla GPU'ları dikkate alındığında çekirdek veya SM'ler 1.4GHz'e sahipken, sabit fonksiyon donanımının çalıştığı baz hız ile L2 bellek birimi ve ROP'ların ise 600MHz'de olduğunu görüyoruz. Nvidia'nın takip ettiği çok hızlı domain mimarisi ile paralel işlemci, bellek ve grafik işlemci mimarisi bağımsız olarak kontrol edilebiliyor. Ancak bu tasarımın önemli bir dezavantajı bulunuyor ki o da farklı döngü domainleri arasındaki karmaşık hız dağıtımı. Genel amaçlı işlem birimi olarak GPU'lar, çok çekirdekli CPU'ları andıran bir tasarımı andırırlar ancak iki önemli farklılık bulunur. Bu farklardan ilki, GPU'ların yüksek yoğunlıklu izlek ve güçlü SIMD performansıdır, ikincisi ise CPU ve GPU'ların program izlekleriyle ilgilidir. Geleneksel çok çekirdekli CPU tasarımları, işletim sistemi üzeirnden öncelikli izlek programlamasına sahiptirler ve hazır olan donanım, izleklere atanır. GPU'lar ise genel olarak programlanmış izlekler için işbirliği yapan ayrık donanımlardır. GPU'lar, sürücü ve sistemden gelen emirleri alır ve merkezi işlem birimi ile öndeki bağımsız çekirdekler için izlek ile komut programlasına ayrıştırırlar. GPU'ların içersinde çok sayıda sabit donanım fonskiyonu vardır ve bunlar daha çok 3D iş hattı için atanmışlardır. Örneğin Tessellation donanımı, model veya sahnelerdeki geometrik detayları güçlendirmek için kullanılır ve GPU'ların geometrik işlemlerdeki çıkış gücüne ciddi katkı sağlarlar. Öte taraftan üçgen kurulm motoru ile geometrik primitifler ele alınır ve ek bilgiler ile 3D alandan 2D alan dönüştürürler. Her bir çekirdekte yer alan doku üniteleri özel interpolason donanımına sahiptir ve daha çok bi-linear, tri-linear ve antisotropic gibi gibi filtremeler için kullanılırlar. Bellek kontrolcüleriyle ilişkil olan ROP birimleri ise blending ve multi-sample anti-aliasing için kullanılıyor. Görüldüğü gibi bahsettiğimiz bu özelliklere ek olarak bahsetmediğimiz pek çok yerleşik fonksiyon, grafik işlem biriminin genel amaçlı uygulama hızlandırmadaki işlem yeteneklerine katkı sağlamak için değildir. Ancak diğer taraftam doku ünitesiyle ilişkilendirilebilecek özel amaçlı doku filtreleme donanımı, çok spesifik bazı imaj analiz uygulamalarında yüksek fayda sağlayabiliyor. Kısaca özetlemek gerekirse, GPU tasarımında yer alan sabit fonksiyonlar, aktif bir şekilde kullanıldığı sürece GPU'nun performansını arttıracak ve grafik odaklı yeteneklerin yanı sıra aktif şekilde kullanılan sabit fonksiyonlara gelen desteğe göre işlem performansını geliştirecektir. Cayman tasarımında iki adet dağıtım işlemcisi bulunuyor ve genel amaçlı çekirdekler ile sabit fonksiyonlar üzerinde yürütülen çekirdekler ile programlanan dalga akımlarının yönetiminden sorumlu tutuluyorlar. Her dağıtım işlemcisi SIMD dizisinin yarısından sorumludur ve ayrıca ayrık tessellator, üçgen kurulum motoru ve rasterizer'a sahiptirler. Grafik ağırlıklı iş yükleri için bu işlemcilerin her biri, birer grafik motoruna atanmıştır. Bu işlemcilerde ayrıca 8Kb komut bellek ve 24Kb daimi bellek bulunuyor. Bu işlemciler için çok sayıda, havada iş yükü atanmıştır ve bu sayede yüksek erişim sürelerine karşı bant genişliğinin arttırılması hedeflenmiştir. Cayman'daki dağıtım işlemcileri, görev seviyeli paralellik yetenekleri açısından da çeşitli güncellemeler içermektedir. Çok sayıda uygulama eşzamanlı olarak Cayman GPU'suna emir yollayabilmektedir. Ayrıca her uygulama ayrı adrese sahiptir ve adres alanları birbirlerinden korunmuştur. Daha önceki GPU tasarımlarında çoklu uyglamalar GPU üzerinde yürütülürken, bu tek bir emir akışı çerçevesinde gerçekleşiyor ve uygulamalar bunun içerisinde sıraya konuyordu. Yapılan bu değişiklik sayesinde artık uygulamaların, GPU kaynaklarını daha iyi kullandığı ifade ediliyor. Çoklu uygulama sıraları aynı zamanda tahmin edebileceğinzi üzere OpenCL uygulamaları için görev seviyesindeki paralel işlem yeteneklerine de önemli kazanımlar eklemektedir.
Hesaplama yetenekleri açısından Cayman GPU tasarımının merkezinde programlanabilir SIMD dizileri yer almaktadır ve bu çekirdekler çok sayıda kerneli yürütürler. Cayman GPU'sundaki çekirdekler daha önceki jenerasyonlara göre, ciddi şekilde değiştirilmiştir. Her çekirdel, 16-yollu SIMD işlemcisine sahiptir. Cayman'da, 16 yolun her biri aslında simetrik VLIW4 yapıdır ve her yol VLIW4 paketini açar. Bir önceki jenerasyonda ise VLIW5 yolu ekseninde özelleştirilmiş 5. iş hattı, transadantal operasyonları ve bazı matematiksel işlemler için kullanılırdı. VLIW'ler statik olarak programlanmıştır ve SIMD içerisinde, komut programlanmış donanım gerekmez. Nvidia ile kıyaslandığında bu alandaki en büyük fark, Nvidia'da planlayıcı bir lojik'e ihtiyaç duyulmasıdır. Örneğin Fermi mimarisindeki programlayıcı, özel fonksiyon ünitesi ve yürütücü iş hatları için 64-bit komut setlerini kontrol ederken, AMD'nin yaklaşımı daha çok güç, alan verimliliği ve derleyici üzerinde daha fazla yük ile buna bağlı olarak her iş kaleminde önemli komut seviye parallelerini bulmak üzerinedir. Statik programlama daha az esneklik sunar ve GPU'dan en yüksek performansı almayı zorlaştırır ki bu AMD'nin genel amaçlı iş yüklerinde yani profesyonel iş alanlarında, şu ana kadar niçin Nvidia kadar başarıl olamadığının cevabını veren temeldeki teknik açıklamalardan bir tanesidir. Cayman GPU'sunda her SIMD 8 iş grubunu havada tutabilir ve bunların her biri farklı çekirdekten gelir. Bu iş gruplarından her birisi 1 ile 4 dalga akımına sahiptir ve bunlar en çok 32 olarak dönüştürülebilir. SIMD'ler için veri paylaşımı gibi sabit kaynaklar vardır ve bu kaynaklar ile kullanım süreleri azaltılır. AMD'nin Cayman ve Cypress GPU tasarımlarının her ikisi de ayrı komut belleklerine sahiptir. Farklı tiplerdeki komut bellekleri, SIMD'ler hiyerarşik düzenlemeler çerçevesinde arasında paylaştırılır. Örneğin ALU için komut bellekleri 48 Kb ile bundle edilmiştir ve 4 SIMD arasında paylaştırılır. ALU daimi bellekleri 2 SIMD için 4Kb'dır. Buna ek olarak vertex komut belleği her 12 SIMD seti için 6 Kb'dır ve tüm çip için 12Kb olur.
AMD'nin mimarisinde, SIMD hattındaki tüm yürütücü birimleri VLIW formunda düzenlenirken, aslında pek çok şey hala R600 mimarisinden izler taşıyor. Çok sayıda güncelleme, yeni düzenleme, yeni komut setleri, IPC geliştirmeleri vb... Örneğin RV770'te mimariye çift hassasiyetli kayar nokta ve Cypress'ta da çok sayıda DirectX 11 seviyesinde komut seti ekenirken, aynı zamanda çeşitli video yetenekleri kazandırıldı. Cayman ile birlikte VLIW mimarisi temel düzlemde yeniden ele alındı ve artan grafik performansının yanında genel amaçlı iş yüküne yönelik dikkat çekici geliştirmeler yapıldı. Yani Cayman için sadece grafik odaklı iyileştirmelerden ziyade kapsamlı bir planlama yapılarak zayıf olan alanlarda da performans artışı elde edilmesi hedeflendi. Orjinal VLIW5 tasarımında dört adet simetrik XYZW iş hattı ile birlikte transadantal ve data format dönüştürme T-unit odaklı beşinci iş hattına da yer veriliyordu. VLIW4 tasarımı ise T-unit'i aradan çıkartarak XYZW iş hatlarının tüm operasyonları ele alacak şekilde yeniden yapılandırılmasını esas alıyor. AMD'nin VLIW iş hatları çok hassasiyetli bir yapı sergilerler. XYZW ve T iş hatları tam sayı ve kayar nokta operasyonları için yürütme birimleri içerirler. Tüm VLIW tasarımı sadece tek 32-bit tam sayı tam sayı ekleme veya 64-bit kayar nokta operasyonlarını yürütebilirler. Tam sayı yürütme birimleri hem 32-bit hem de daha çok grafik uygulamalarında karşımıza çıkan daha kısa 24-bit tam sayı operasyonları yürütebilir. RV670 GPU'su ile birlikte IEEE uyumluluğunu takip etmeye başlayan AMD cephesinde, Radeon HD 5800 serisine güç veren Cypress GPU'su, tek ve çift hassasiyetli IEEE kayar nokta uyumluluğu için tam destek sunan ilk grafik tasarımıydı. Cayman ve Cypress GPU'larının her ikisi de çift hassasiyetli komut setleri için çoklu operasyon desteği sunabilecek yeteneğe sahipler. Cayman ile gelen VLIW4 tasarımı, T-unit birimi düşürülmüş olsa da benzer performans figürüne sahiptir zira her iki tasarım da 2 çift hassasiyet, 1MLU veya 1 FMA yürütebilir. Transadantal komutların yürütülmesiyle ilgili en büyük farklılık VLIW5 tasarımında T-unit'in kullanılmasıdır. Bu birimde logaritmalar ve trigonometrik fonksiyonlar gibi grafiklerdeki ortak transadantal işlem fonksiyonları için ayrık arama tablolarının kullanılmasıdır. Cayman GPU'sunun VLIW4 tabanlı tasarımı çok sayıda ufak arama tablosunu, her biri T-unit'in yerini alacak XYZW iş hatlarına dağıtır. Tasarımdaki farklılık yazılım modelinde de kendisin hissettirir. Simetrik VLIW4 tasarımı, asimetrik VLIW5 tasarımı ile kıyaslandığında derleyici ve programlayıcı açısından yönetilmesi daha kolaydır. Cayman GPU'su toplamda etkileyici bir performans ortaya koyar. Her 24'lü SIMD döngü başına 128 tek hassiyetli veya 32 çift hassasiyetli FLOP kapasitesine sahiptir ve 2.7 TeraFLOP tek ve 675 GigaFLOP çift hassasiyet performansı sunar. Bu noktada önemli bir detayın daha altını çizmekte fayda var. AMD cephesinde çift hassasiyetli iş performansı tek hassasiyetli işlem performansının dörtte biri kadardır, buna karşın Nvidia'da ise yarısı kadardır çünkü Nvidia bu noktada ekstra donanım kullanmaktadır.
Cayman tasarımında bellek hiyerarşisi L2 doku belleğini de içerir, depolama yolunun önemli bir kısmı okuma ve yazma bellekleri için kullanılır.Cypress GPU'sunda okuma ve basit/karmaşık yazmalar için için özelleştirilmiş üç farklı yol bulunuyordu. Cayman genel olarak bu tasarımı korurken, hemen göze çarpmayan bir takım iyileştirmelere sahip. AMD GPU'lardaki son seviye okuma belleği, birleşik 512Kb L2'dir ve tüm SIMD'ler tarafından paylaşılır. Seviye 2 bellek, 8 GDDR5 bellek kanalı için 64Kb'lık parçalara bölünmüştür. L2 parçaları her döngüde 64Kb belek parçalarını okur ve toplamda L1 için 450GB/saniyelik bir genişlik oluşturulur. Yazma bellekleri ise ROP birimlerine yakın çalışır. Her bellek kanalı için WCC olarak bilinen yazma kombinasyon belleği bulunur ve çoklu yazmaların tek bellek hattına bir dönüştürmede eritilmesini sağlar. Hem Cayman hem de Cypress GPU'larında WCC'lerin her biri 4Kb büyüklüğünde olup toplam bellek 32Kb. Nvidia Fermi mimarisinin daha iyi programlanabilen bellek hiyerarşisinde 32B satırlar hem okuma hem de yazma için kullanılırlar. L2 bellek ayrıca ROP birimleri tarafından grafik ve hesaplama odaklı iş yüklerinde yürütme birimleri tarafından kullanılırlar. Grafik ürünlerinde bu blok, sabit fonksiyon donanımı tarafından kullanılan grafik frekansında çalışırken, işlem odaklı profesyonel çözümlerde ise aynı Nvidia'nın Tesla tabanlı çözümlerinde olduğu gibi ayrı bir frekansta görev yapabilir.
Bir GPU'nun tasarımında sonra onunla ilgili aşılması gereken bir diğer önemli konu ise ürünlere uygulanabilirliğidir. Zira Nvidia'nın Fermi mimarisi oldukça güçlü özelliklere sahip olmasına rağmen, üretim verimliliği ve uygulanabilirlik konusundaki sıkıntılar, ürünlerin piyasaya çıkışını geciktirmiştir. AMD'nin Cayman GPU tasarımı 2.64 milyar transistör içermektedir ve TSMC'nin yüksek performanslı 40nm fabrikasyon süreciyle üretilmektedir. Artan transistör sayısına bağlı olarak Cayman GPU'sunda zar boyutu önemli ölçüde artış göstermiştir ki bunu rakamlara dökmek gerekirse, Cypress'ta 336mm2 olan zar boyutu, Cayman'da 389mm2'ye çıkmıştır. Bu noktada açıkça görülebileceği üzere AMD'nin GPU'ları zar boyutu açısından yeniden büyüme eğilimine girmiştir ve son 2-3 yıldaki gelişime baktığımızda her jenerasyonda bu %20+ seviyesinde gerçekleşmiştir. Bu noktada AMD adına bazı önemli sınırlar vardır. Bunlardan ilki Nvidia'nın daha büyük boyutlu GPU tasarımlarına karşı rekabetçi ürün gamını koruyacak daha kompakt GPU tasarımlarının sürdürülebilmesidir. GPU tasarımındaki bir diğer önemli detay ise güç tüketimidir. Bugün yüksek performanslı modern GPU tasarımlarında güç tüketimi 300 Watt'a dayanmıştır ki bu seviye sınır olarak kabul edilmektedir. Ancak güç tüketiminin sürekli artması beklenemez. Yıllar önce benzer bir durum CPU'lar için de söz konusuyken bugün artık aynı veya daha düşük güç tüketim seviyesinde daha yüksek performanslı işlemciler sunulduğunu görüyoruz. Yani kısaca özetlemek gerekirse, modern GPU tasarımları güç yönetim teknikleri açısından modern CPU tasarımlarının gerisindedirler ancak bu değişmeye başlıyor. Soğutma için vapor chamber gibi yenilikçi çözümler sunmaya başlayan firmalar, yeni güç yönetim teknolojileriyle güç verimliliğini de arttırıyorlar.
AMD'nin daha önceki GPU tasarımlarında güç kontrolü, grafik sürücüleri ve donanım tarafından yapılıyordu. Sürücü çok sayıda profil ile konfigüre ediliyor, bu profiller farklı kullanım modları için üç farklı güç modu (düşük, orta, yüksek) içeriyordu. Her biri farklı voltaj ve frekans seviyesinde çalışan bu modlar için sürücü tüm konfigürasyon detaylarını içerir ancak hangi güç modunda çalışacağına karar veren asıl merci donanımın kendisi olurdu. Cayman tasarımı, var olan donanımsal güç kontrolüne bir takım iyileştirmeler getiriyor ve verilen güç modu içerisinde daha dinamik frekans kontrolünü mümkün kılıyor. Kullanılan güç yönetim sisteminin, yeni yılın ikinci yarısında lanse edilecek 32nm Fusion işlemcilerindekinin basite indirgenmiş bir versiyonu olduğu belirtiliyor. Güç kontrol ünitesi, performans seviyesini örneklendirerek oluşturulan geniş çip kapasitansına göre güç tüketim hesaplaması yapıyor. Bu hesaplamara göre GPU belli aralıklarla frekansını ayarlayarak ön tanımlı güç ve termal değerler arasında kalmayı sürdürüyor. Güç ve termal limitler, BIOS ve OverDrive aracı ile yazılım tabanlı konfigüre edilebilebiliyor. AMD'nin Cayman GPU tasarımında, performans, güç ve zar alanına kritik derecede etki eden çip üstü depolama birimlerine yer veriliyor. Her 24 SIMD 256Kb kayıt dosyasına, 32Kb LDS ve 8Kb L1 doku belleğine sahiptir. Tüm çip için 512Kb L2 doku belleği, 64Kb GDS, 32Kb yazma kombinasyon ve 128Kb okuma/yazma belleği bulunur. Tasarımdaki depolama dizileri, TSMC'nin 40nm üretim teknolojisini hedef alan özel bellek derleyicisi kullanılarak dizayn edilmiştir ve Nvidia Fermi'den farklı olarak ECC uygulanmamıştır çünkü ECC hem güç tüketimi hem de zar alanı açısından maliyetleri arttırmakta ancak grafik odaklı uygulamalar açısından bunu karşılayacak faydayı sağlamamakta, avantajını daha çok yoğun iş yükü gerektiren profesyonel uygulamalarda ortaya koymaktadır. AMD harici bellek için ECC kullanan Cayman tabanlı ürün lanse etmedi ancak bununla birlikte bellek kontrolcüsü, GDDR5 DRAM'lar ile ECC emüle etme yeteneği sunmaktadır.
AMD, Cayman GPU'sunu baz alan Radeon HD 6950 ve Radeon HD 6970 modellerini geçtiğimiz günlerde lanse etti. Kartlarla ilgili video inceleme yayınladığımız ve pek çok detaya yer verdiğimiz için bir kez daha baştan ele almaya gerek olmadığını düşünüyoruz. Bu noktada üzerinde durmak istediğimiz önemli bir nokta üretim maliyetleri. Bilindiği gibi, hem AMD hem de Nvidia'nın güncel tüm GPU'ları TSMC tarafından 40nm fabrikasyon süreciyle hazırlanmaktadır. GPU üretim maliyetlerinde temel faktör ise silikon zar alanıdır. Cayman GPU tasarımıyla birlikte "Sweet Spot" stratejisinden hafifçe uzaklaşma eğilimi gösteren AMD, hala önemli ölçüde maliyet avantajına sahiptir. Cayman'da 389mm2 olan zar boyutu, GeForce GTX 570 ve GeForce GTX 580'e güç veren GF110 GPU'sunda ise 529mm2 seviyesindedir. Öte yandan GTX 500 serisi ekran kartlarında 12 kanal GDDR5 bellek kullanılırken, AMD'de ise bu 8 kanaldır ve bu açıdan da maliyet avantajı sedilmektedir. AMD, Cayman ile birlikte Nvidia'nın bir önceki en hızlı grafik yongası olan GF100'ü genel olarak yakalamış gibi görünse de yeni GPU'su GF110 ile şu an için tek GPU ile yarışacak seviyeye ulaşabilmiş değil ancak bu noktada firmanın sahip olduğu maliyet avantajı güçlü bir koz olarak öne çıkıyor. Öte taraftan Radeon HD 5970 ile performans liderliğini sürdüren firmanın elinde, 2011 başında pazara sunacağı Antilles kod adlı yeni çift GPU çözümü Radeon HD 6990 da bulunuyor. Tüm bu gelişmeler ışığında unutulmaması gereken belki de en önemli nokta Radeon HD 4800 veya Radeon HD 5800 serisi için geliştirilen GPU'lardan farklı olarak Radeon HD 6900 serisinde kullanılan Cayman GPU'su ile AMD, grafik haricindeki diğer uygulama ve kullanım modelleri için de şimdiye kadar hazırladığı en gelişmiş GPU tasarımını sunuyor olması. Cayman özellikle iş istasyonları ve bilimsel uygulamalara yönelik te önemli iyileştirmeler sunuyor ve bu pazarlara yönelik FirePro/FireStream serisi Cayman çözümlerinin, daha önceki AMD çözümlerine göre daha yüksek başarı göstereceği tahmin ediliyor.
Bu haberi, mobil uygulamamızı kullanarak indirip,istediğiniz zaman (çevrim dışı bile) okuyabilirsiniz:
1 Kişi Okuyor (0 Üye, 1 Misafir) 1 Masaüstü
GENEL İSTATİSTİKLER
13150 kez okundu.
23 kişi, toplam 30 yorum yazdı.
HABERİN ETİKETLERİ
radeon, amd