揭秘！AMD全新显卡搭载北极星架构＋FinFET工艺

　　2015年12月3日，AMD新成立的Radeon技术事业部(RTG)在美国加州Sonoma举行了一次图形技术峰会，快科技有幸全程参与。

　　在此之前，我们已经先后介绍了此次峰会上的两部分内容，一是图形和视觉技术(《AMD 2016显卡新飞跃：两大显示技术绝了！》)，二是GPUOpen开源计算技术(《开源王道！AMD提出三大革新：欢呼吧》)。

　　接下来是本次峰会的第三部分，也是压轴大戏——AMD GPU的全新架构来了！

　　2015年，AMD推出了R9 Fury系列高端显卡，GPU核心本身在架构和规格上大幅度提升的同时，还首次搭配了HBM高带宽显存，开启了一个新的时代。

　　2016年，AMD显卡带来的将会更多，尤其是全新的“北极星”(Polaris)架构，全新的1xnm FinFET制造工艺，而二者也并不是相互独立的，是一个有机的整体。



【北极星：照亮AMD GPU的前程】

　　“北极星”的名字这几天大家应该已经听说过了，今天我们就来给大家好好聊聊它到底有什么特异功能。

　　AMD GPU近几年的开发代号都是地球上的一些岛屿，而家族代号则是“XX群岛”，怎么一下子突然跑到天上了呢？(虽然笔记本GPU也用过太阳系行星做代号)

　　“北极星”是一个底层架构层次的代号，并非产品层面的。这是AMD GCN架构的第四代，但变化比之前两代都要大得多，是全方位的提升，所以可以称之为GCN 4.0，AMD也为它专门取了一个新名字。



　　关于“北极星”这个名字，AMD是这么解释的：“我们的目标是在每一台设备上高效率地驱动每一个像素。星星是我们宇宙中最高效率的光子生成器。这种效率就是我们生成每一个像素的灵感来源。”



　　AMD指出，GPU现在已经不是单纯的图形技术载体了，而是一系列不同核心、引擎的集合，包括多媒体、显示、缓存、内存控制器、电源管理单元等等，而且必须针对不同工艺进行综合设计。



　　“北极星”是AMD的第四代GCN架构，但不像前两代那样只是细节提升，而是一次全方位的翻新，包括显示核心、计算引擎、指令调度器、几何处理器、多媒体核心、显示引擎、二级缓存、显存控制器等等，几乎每个单元都是焕然一新。

　　AMD也说，这是“Radeon GPU在能耗比方面的一次历史性飞跃”，也就是说不仅性能更好了，功耗控制和能效也更加出色。



　　根据目前已公开的资料，第四代GCN GPU核心主要增加了原语丢弃加速器(Primitive Discard Accelerator)、硬件调度器、指令预取、高效着色器、显存压缩等等，其中最后一个可在不改变显存位宽和频率的前提下，有效提升显存带宽。

　　多媒体方面加入了4K H.265 Main10硬件解码、4K H.265 60FPS硬件编码，完整支持4K超高清体验。

　　而在显示引擎方面，正式支持HDMI 2.0a、DisplayPort 1.3两大最新输出标准，同样为4K体验打好了基础。



　　得益于更高的能耗比，“北极星”家族产品非常适合轻薄笔记本等小型设备，并能带来出色的显示和多媒体功能。

【FinFET工艺：终于等到你了】

　　GPU其实一直是非常喜欢新工艺的，但是由于这年头移动处理器蓬勃发展，代工厂的优先级也变了，尤其是台积电20nm，优先为移动芯片设计，并不适合GPU这样的高性能芯片，所以AMD、NVIDIA同时选择了跳过，继续在28nm上隐忍的同时默默等待。

　　终于，全新的FinFET工艺来了，第一次为GPU带来了立体晶体管技术。台积电发展了16nm FinFET，三星则搞出了14nm FinFET，均已经证明了自己的成功，后者还授权给了GlobalFoundries。



　　AMD到底用哪个呢？GlobalFoundries已经公开宣布成功使用14nm FinFET工艺产出了AMD下一代芯片，经过证实就是新的GPU。

　　AMD RTG事业部负责人Raja Koduri告诉我们，AMD确实是首先用GlobalFoundries 14nm工艺得到了新GPU，至于台积电16nm则还在进程中，不排除下一代GPU不同核心(芯片)使用不同工艺的可能，但不会像苹果A9那样同一核心同时使用两种工艺。

　　Raja Koduri还解释说，14nm、16nm都是非常棒的工艺，都非常非常重要，AMD需要最好的工艺来制造自己的GPU；之前的20nm无论性能、功耗还是成本上都不适合GPU，虽然适合低功耗APU，但因为时机问题即便推出的话也有点晚，所以选择了等待FinFET。



　　GPU的晶体管密度每两年就会翻一番，这就不断需要更新工艺的支持，而随着半导体工艺接近亚纳米时代，静态漏电率也在随之翻番。

　　为此，AMD和代工厂投入了各种技术解决这一问题，包括多重电压岛、后偏置、高级时钟门控电路等等，但却解决不了动态漏电率问题，还会影响性能。



　　这时候，FinFET立体晶体管工艺就是必需的了。它本质上相当于把原本处于2D平面上的晶体管给折叠起来，从而获得更高晶体管密度、更多栅极控制、更低漏电率等等，可比传统工艺大大提升性能和功耗。

　　FinFET技术的研究其实在二十世纪八十年代末就开始了，Intel 2012年第一次在22nm节点上投入商用，不过称之为Tri-Gate，现在行业统一称为FinFET。




　　对比GPU现在普遍使用的28nm平面晶体管工艺，FinFET对性能的提升是极为凶猛的，当然漏电率(功耗)也能大大下降，所以这几年的等待是值得的。




　　AMD全新一代显卡将在2016年中发布上市，也就是下一届台北电脑展时。过几天的CES 2016大展上，AMD也会首次公开展示新卡。