AMD Radeon HD 7000系列,是AMD的圖形處理器系列產品,研發代號為Southern Islands(翻譯為南方群島),採用28奈米製程,由台積電代工。本系列第一款產品為Radeon HD 7970,於2012年1月16日發佈。全系列顯示核心採用「次世代圖形核心」(Graphics Core Next)架構,針對通用計算而優化。流處理器由4-Ways VLIW SIMD架構(俗稱4D架構)改良,亦提升了曲面细分性能。透過ZeroCore Power技術,顯示核心待机的時候,功耗小于3W。另外,Radeon HD 7000支援PCI-Express 3.0匯流排和Direct X 11.1。[2]
而新的GCN架構是針對線程而優化,儘管仍然保留SIMD的設計。GCN架構中,為強化通用處理能力,超微開始引入類似於對手輝達的「串流多處理器」、「GPC」等概念。在GCN架構的顯示核心上,劃分為多個計算單元(Compute Unit,CU,前稱「GCN陣列」),每個CU單元裏包含指令獲取/仲裁單元(Instruction Fetch Arbitration)、控制/解碼單元(Control and Decode)、獨享的一級指令/資料快取記憶體、65個ALU:一個純量運算單元(Scalar Unit)以及64個向量運算單元(Vector Unit,即流處理器),這64個矢量運算單元中,每16個矢量運算單元組成一個16位元的SIMD陣列並獨享64KB的暫存器,這樣一來,一個CU單元就擁有4組SIMD矢量陣列。在執行運算任務時,所有資料都會被拆散為1D資料,每個SIMD矢量陣列運行一條線程,由此一組CU單元可運行四條硬體執行緒,一個GCN架構的顯示核心中包含多個CU單元,因此整個GCN顯示核心可以同時運行多個任務/進程,以一組SIMD陣列為一個運算單元的角度看,一個CU單元具備MIMD的特性。超微官方的資料指出,這是一種「基於SIMD陣列的MIMD架構」(「Southern Islands is a MIMD architecture with a SIMD array」)。[9]
核心配備兩個几何引擎。每一個几何引擎包含曲面细分单元、几何装配器、顶点装配器各一個,還有可用於卷積運算、傅里葉變換等特殊運算任務以及材質貼圖處理的材質陣列。單從數量而言,光栅器和曲面细分单元依然比不上對手NVIDIA。AMD特別針對相關單元的執行效率,聲稱Radeon HD 7970的曲面细分效能最高是上一代Radeon HD 6970的4倍,即使平均下來也有兩倍的效能提升水準。[7]
顯示核心配備每通道容量為64KB到128KB的可讀寫二級快取,與各CU的一級快取之間以及與圖形引擎之間以64位元通道連接,以支援它們之間的資料傳送以及同步。二級快取的通道數還與顯示記憶體控制器數量相對應,比如,Radeon HD 7970擁有6個64位元的GDDR5記憶體控制器,每個控制器擁有一個通道的二級快取對應,即7970的二級快取容量為386KB~758KB。支援X86虛擬記憶體技術,可將顯示記憶體中的一部分容量映射到系統記憶體上,供中央處理器存取,以解決紋理生成速率樽頸。[7]
頂級型號Radeon HD 7970擁有6個64位元的GDDR5記憶體控制器,合組384位元,擁有3GB的顯示記憶體容量。系統介面支援PCI-E 3.0匯流排。
硬體支援Direct X 11.1所有特性,支援OpenGL 4.3。增加Partially Resident Textures(局部儲存紋理)特性。支援光柵作業與Z緩衝單元繼續獨立運作、所有紋理作業支援快取讀寫作業等。[7]
獨立多路音訊輸出
新增Discrete Digital Multi-Point Audio(DDM Audio)。以往的顯示核心只支援一個音頻數據流輸出。Radeon HD 7000則支援多個。如果顯示卡接駁三個集成揚聲器的顯示器,以往只可以一個發聲,現在則是三個皆可有聲效輸出。另外,每個顯示器的音效,都是基於該顯示器顯示中的影像。[7]
新增ZeroCore技術,可使顯示核心閒置時进入深度休眠状态,将功耗降至小於3瓦。[7]在Radeon HD 7970 GHz Edition(使用Tahiti XT2核心)上還新增Boost特性,使顯示核心能自動超頻或在拷機測試時使核心頻率和電壓降至安全值,最大值為1125MHz,Radeon HD 7990推出以後,最低值更低至500MHz。Radeon HD 7790推出時還對電源級別進行了改進,在顯示核心使用中可根據負載需要進行更細膩的電源和時脈調整。[17]但与對手NVIDIA的GPU Boost相比,此技术仍略显粗糙。
產品
28奈米新架構的AMD Radeon HD 7000系列被劃分為三個級別:用於Radeon HD 7900系列的「Tahiti」頂級顯示核心、Radeon HD 7800系列效能級的「Pitcairn」以及Radeon HD 7700系列主流級的「Cape Verde」。以完整的晶片來看,效能級的顯示核心(擁有20組CU)大約擁有旗艦級(擁有32組CU)的一半,或兩倍於主流級(擁有10組CU)的流處理器數量,相對應的是單精度浮點運算和雙精度浮點運算的效能也是如此。消費級產品的旗艦型號Radeon HD 7900系列的雙精度浮點運算的速率大約為單精度浮點運算的四分之一,而效能級的Radeon HD 7800系列和主流級的Radeon HD 7700系列則是十六分之一。[18]每個更大的晶片上有兩個額外的記憶體控制器可擴充128位元的匯流排頻寬,實際效能測試中,「Pitcairn」核心擁有和「Tahiti」核心一樣的一對前端曲面細分單元,使得兩者的重度DirectX 11曲面細分效能得分相近。[18]
Radeon HD 7900系列
首款使用GCN核心,開發代號為「Tahiti」的Radeon HD 7900系列,於2011年12月22日發布。產品系列包括:Radeon HD 7970 GHz Edition、Radeon HD 7970以及Radeon HD 7950。首發顯示卡Radeon HD 7970(核心代號「Tahiti XT」)擁有32組CU共2048個流處理器,核心時脈925MHz;接著的Radeon HD 7950在7970的基礎上削減有瑕疵的4組CU共256個流處理器,擁有28組CU共1792個流處理器,核心代號「Tahiti Pro」,核心時脈800MHz。
後來2012年5月發布的Radeon HD 7970 GHz Edition是採用基於小幅改良過的「Tahiti XT2」,新增Boost動態時脈調節,核心時脈最高可達1050MHz。這三者的公版顯示卡均配備3GB的GDDR5顯示記憶體,核心使用台積電的28奈米 HKMG製程來製造。
發燒級的Radeon HD 7990,最初的核心代號是「New Zealand」,採用兩顆「Tahiti XT」核心。[19]後來因功耗限制,先是改由合作廠商利用「Tahiti XT2」顯示核心組成「7970 ×2」形式並冠名「7990」的名義推出非公版的「Radeon HD 7990」[20][21]。實際上超微已經於2012年第四季度推出過採用兩顆削減過硬體規格「Tahiti」核心的FirePro S10000專業繪圖卡,但直到2013年4月,超微才發布消費級領域的Radeon HD 7990,開發代號「Malta」,採用兩顆「Tahiti XT2」顯示核心,核心最高時脈1GHz,採用6GB的GDDR5顯示記憶體,最大熱設計功耗控制在375瓦。
Radeon HD 7800系列
開發代號為「Pitcairn」的Radeon HD 7800系列於2012年3月5日正式發布,2012年3月29日正式進入零售市場。這一系列包括Radeon HD 7870 GHz Edition以及Radeon HD 7850。Radeon HD 7870採用「Pitcairn XT」顯示核心,擁有20組CU共1280個流處理器,核心時脈1000MHz;Radeon HD 7850則使用「Pitcairn Pro」顯示核心,擁有16組CU共1024個流處理器,核心時脈860MHz。這兩款公版顯示卡使用2GB的GDDR5顯示記憶體,晶片也是由台積電的28奈米製程生產。[22]
2013年,新增Radeon HD 7870 XT(原來是Radeon HD 7890)一員,使用的是「Tahiti」最低階的「Tahiti LE」顯示核心,擁有24組CU共1536個流處理器,但和「Tahiti XT2」一樣擁有動態調頻,最高時脈為970MHz,但仍然是使用2GB的GDDR5顯示記憶體,而且是以非公版型號推出市場。
Radeon HD 7700系列
開發代號為「Cape Verde」的Radeon HD 7700系列於2012年2月15日發布。產品系列有Radeon HD 7770 GHz Edition和Radeon HD 7750。Radeon HD 7770 GHz Edition採用「Cape Verde XT」顯示核心擁有10組CU共640個流處理器,核心時脈1000MHz;Radeon HD 7750採用規格削減的「Cape Verde Pro」擁有8組CU共512個流處理器,核心時脈800MHz。同樣兩款公版顯示卡配備1GB的GDDR5顯示記憶體,晶片也是由台積電的28奈米製程製造。
2013年3月22日,新增Radeon HD 7790,採用基於GCN小幅改良版本GCN 1.1的「Bonaire XT」顯示核心,效能高於Radeon HD 7770而弱於Radeon HD 7850。超微也準備推出基於GCN架構的新入門級產品Radeon HD 7730,儘管是入門級產品,但根據工程樣品的效能測試表明其仍然擁有兩倍於Radeon HD 6670的效能表現。[23]