AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命

不完全的MIMD架構

說了那麼多，那GCN究竟是SIMD還是MIMD架構？答案是MIMD架構但是仍有SIMD的影子。為什麼會這麼說呢？先從常理來判斷，HD 7970的規格是28nm製程、電晶體數量為45億個、ALU是2048個、核心面積大概是380平方公厘。稍微推算一下，假設前代HD 6970的4D架構換算成NVIDIA的1D架構，那ALU數量應該是1536除以4，等於384個1D運算單元。

若HD 7970用的是SIMD的1D架構，不太可能在核心面積相等的情況下，將ALU數量從384個提升到2048個，整整變成5.3倍。即便核心製程精進，這還是不可能的數字。

AMD曾說過「Southern Islands is a MIMD architecture with a SIMD array.」，意思是GCN的確是MIMD架構，不過是基於SIMD陣列而生。簡單來說GCN與之前VLIW體系相比，並非使用SIMD陣列，取而代之的是所謂Compute Unit（簡稱CU）的運算單元。

▲Tahiti是第一款28nm顯卡，同時也是AMD首度踏入MIMD架構的核心。不過雖然具備MIMD特性，但是在核心內仍有SIMD的影子。

CU整合純量與向量

HD 7970內有32個CU，而CU內有Instruction Fetch Arbitration、Control and Decode、對應的快取記憶體，以及最重要的純量運算單元（Scalar Unit）、向量運算單元（Vector Unit）。此外，每個CU包含64個ALU。

先前說到GCN是基於SIMD架構的原因，就在向量運算單元內有4組SIMD陣列，每個陣列由16個ALU所構成。每個CU的SIMD每周期能執行64個FMAD（乘加指令）向量運算，不過CU的4組SIMD在每周期內可執行4個執行緒，因此具備MIMD的特性。

不過GCN的SIMD陣列，存在向量運算單元內，不是整個CU都是SIMD架構。HD 6970的SIMD則是相對於HD 7970的CU，兩者層級應該先搞清楚，後面才不會混淆。

另外，CU內還有1個純量運算單元，不過ALU只支援整數（Integer）運算，且暫存器（Scalar Registers）只有4KB（早期的AMD資料是寫8KB），看起來GCN的改革並不徹底。

▲CU內的核心就是Vector Unit也就是向量運算單元，此單元採用SIMD架構，這也是為什麼GCN被稱為還有SIMD影子的原因。

▲不過GCN的CU每周期可執行4個執行緒，因此被稱為具備MIMD特性。

（後面還有執行方式大改革）