Graphics Core Next: הגלגול הבא של הליבה הגרפית

AMD מקווה לנצל את היתרון הטכנולוגי שלה, ומציגה ארכיטקטורה חדשה ששמה את הדגש על מחשוב הטרוגני

אחרי שהשיקה את מעבדי ה-Llano באופן רשמי ושפכה מעט אור על מעבדי ה-Trinity, מתפנה AMD לחשוף את הליבה הגרפית העתידית שלה – שמבטיחה להוות מהפיכה אמיתית בתחום העיבוד ההטרוגני (שילוב כוחות העיבוד של ה-CPU וה-GPU לביצוע חישובים באופן מיטבי) – התחום שהפך לחשוב מכל עבור החברה.

מתחילים מהבסיס: VLIW out, SIMD in

גולת הכותרת של הליבה הגרפית העתידית מבית החברה, שמכונה Graphics Core Next או GCN לעת עתה, היא זניחתו של עיצוב ה-VLIW (ר"ת Very Long Instruction Word), עליו התבססו ב-AMD עוד מימי ליבת ה-R600 וכרטיסי סדרת ה-Radeon HD 2xxx, לטובת עיצוב SIMD (ר"ת Single Instruction, Multiple Data).
בדומה ל-VILW, גם שיטת ה-SIMD מאפשרת ניצול איכותי של כח העיבוד המקבילי העצום של כרטיסי המסך, אך עושה זאת יחד עם יכולות של תזמון דינמי שחסרות ב-VILW (וכמה יתרונות מפתח נוספים) – שהופכות אותה לטובה ומתאימה יותר לצורך ביצוע פעולות חישוב כלליות בעזרת הליבה הגרפית.
את ההבדלים בין השיטות ניתן לתאר ולנתח על פני עמודים רבים, אך השורה התחתונה אותה מציגה AMD מספרת כי המעבר ל-SIMD יאפשר ביצועים משופרים משמעותית לליבות הגרפיות העתידיות בעת חישובים כלליים, ללא פגיעה בביצועי החישובים הגרפיים, שכמובן נותרים המאפיין המרכזי והחשוב ביותר עבור הליבות הללו.

CU – היחידה הבסיסית על פיה נגדיר את הליבות הגרפיות של AMD בקרוב

יחידות הבניין הבסיסיות מהן יורכבו ליבות ה-GCN יהיו יחידות SIMD וקטוריות ברוחב 16 יחידות, בעלות זכרון של 64KB. אל ארבע יחידות שכאלו יתווספו זכרון מרמה L1 בנפח 16KB, יחידת עיבוד סקלרית, יחידות שליטה ופענוח ועוד, אשר יצרו יחד את מבנה שמזכיר מעבד מיניאטורי ומכונה Compute Unit או CU – יחידת החישוב הבסיסית בליבה הגרפית העתידית, שאותה מגדירה AMD כשילוב של יכולות MIMD (ר"ת Multiple Instructions, Multiple Data), יכולות SIMD ו-SMT (ר"ת Symmetrical Multi Threading) בעת ובעונה אחת.
יכולות התזמון הדינמי של הארכיטקטורה והעיצוב החדש מסתמכות על חומרה ולא על תוכנה (שהוא המצב בשיטת ה-VLIW), מה שבתורו יאפשר כתיבת תוכניות קלה ואינטואיטיבית יותר עבור המפתחים, שלא יצטרכו לדאוג לתזמון יעיל ונכון של המידע, ופותח את הדלת לשימוש בשפות התכנות המוכרות והפופולריות ביותר כמו C, C++ ואחרות – בהן הליבות הגרפיות החדשות יתמכו באופן מלא, מה שיאפשר גם תכנות של ליבות העיבוד והליבה הגרפית יחד בצורה פשוטה ונגישה.

הליבה הגרפית הופכת לחכמה ומתקדמת יותר

ליבת ה-GCN תציע גם תמיכה בוירטואליזציה של זכרון, בשיטת ה-x86-64 בדומה למעבדים כלליים, שתאפשר שיתוף של נפח זה בידי הרכיבים השונים המרכיבים את הליבה הגראפית.
מאפיין חדש אחר שעתיד להתווסף לליבות הללו הוא יכולת תיקון שגיאות ECC (ר"ת Error Correcting Code), שתצטרף אל יכולות ה-EDC (ר"ת Error Detection and Correction) הקיימות במוצריה של AMD, ותעזור להבטיח מינימום טעויות ושגיאות בעת עבודת הליבה הגרפית.

עבודת הזכרון של ה-GCN – כמעט כמו CPU

AMD חשפה מעט מאוד פרטים על היכולות הגרפיות של ה-GCN, אך ציינה כי הליבה תשלב צינורות עיבוד פרימיטיביים (Primitive Pipelines, אשר ביכולתם ליצור צורות דו מימדיות ותלת מימדיות בסיסיות) שניתן להגדיל את מספרם בהתאם לקנה המידה הדרוש – מה שאמור לאפשר ביצועים טובים משמעותית בעת חישובים גיאומטריים, חישובי טסלציה וחישובים מתקדמים נוספים.
AMD הזכירה גם את היכולת (המכונה Partly Resident Textures – PRT) ליצור ולעבוד עם טקסטורות גדולות במיוחד – "מגה-טקסטורות" שיהיו גדולות מדי לזכרון הזמני של הליבה הגרפית (Buffer) יוכלו להיות מאוחסנות בזכרון הוירטואלי, אופציה שתהיה יעילה ומהירה משמעותית מאחסון בכונן הקשיח של המערכת, כפי שהיה מקובל עד עתה.

למה כל זה טוב בכלל?

ארכיטקטורת ה-GCN עתידה להפוך לסטנדרט עבור הליבות הגרפיות של AMD – הן בכרטיסי המסך הייעודיים והן בליבות המובנות במעבדי ה-APU, כשהמטרה היא ברורה – הרצון לנצל את הטכנולוגיה המתקדמת של החברה בתחום לא רק בעיבוד גראפי, אלא גם בעיבוד כללי, מה שבהחלט עשוי להיות יתרון ממשי במאבק הבלתי נגמר מול אינטל.

מגוון יכולות חדשות עבור המתכנתים, וגם עבור הצרכנים, יש לקוות

כעת, עם חשיפתה של הליבה הגרפית החדשה שלה, מצטרפת למעשה AMD אל NVIDIA, אשר השיקה את ארכיטקטורת ה-Fermi, ששמה לעצמה מטרה להקל ולשפר את ביצועי העיבוד הכללי של הליבות הגרפיות שלה, כבר לפני כשנה וחצי.
הצעד הנוכחי של AMD מהווה המשכיות הגיונית וטבעית להצהרותיה ונסיונותיה להפוך את העיבוד ההטרוגני לפופולרי ומקובל יותר, שהחלו עם הצגתם של מעבדי ה-Fusion לראשונה.
למעשה, גם לצלע השלישית במשוואה הזו, אינטל, יש אינטרס לראות את העיבוד ההטרוגני הופך למיינסטרים, שכן גם מעבדיה מציעים ליבות HD Graphics מובנות שיוכלו להנות מניצול טוב יותר של יכולות ה-GPGPU.
פרוייקט Larrabee השאפתני של אינטל הכיל כמה וכמה מרכיבים ואספקטים שדומים למה ש-AMD תציע עם ליבות ה-GCN, וחרף ביטולו של הפרוייקט, חלק מאותם מרכיבים מצאו את דרכם אל הליבות הגרפיות המובנות במעבדי החברה, ועל כן התפתחות המחשוב ההטרוגני תועיל לא רק לצד אחד, אלא לכל החברות בעסק.
מדובר בניתוח פשטני למדי של המצב, אך קשה להתעלם מהעובדה שלמחשוב ההטרוגני ול-GPGPU ישנם נתוני פתיחה טובים מאוד, שמביאים אותנו להעריך כי התקופה הקרובה תביא פריחה משמעותית עבור טכנולוגיות אלו.

מתי נראה את ה-GCN אצלנו במחשב?

לכל אורך הצגתה של ליבת ה-GCN דאגו ב-AMD שלא להצהיר על מסגרת זמן או מוצר ספציפי שיעשה בה שימוש. מקורות רבים ברשת מעריכים שנראה את הארכיטקטורה החדשה כבר בדור כרטיסי המסך הבא של החברה, ממשפחת ה-Southern Islands שעתידה להגיע לשוק עוד השנה, אך לנו ההערכה הזו נראית די חפוזה בהתחשב בעובדה שייצור דוגמאות של כרטיסים אלו החל כבר לפני כמה חודשים, בנוסף לידיעה שדור מעבדי ה-Fusion הבא, מעבדי ה-Trinity, יתבססו על שיטת ה-VLIW4 – מה שמחזק את ההנחה שלליבות ה-GCN יש עוד לא מעט זמן עד שיהיו מוכנות לאור הזרקורים. היכן מסתתרת האמת? עד שלא נקבל עדכונים נוספים מ-AMD, נוכל רק לנחש.

Fusion System Architecture: העתיד על פי AMD

ומה בנוגע למשתמש הביתי? כיצד תשפיע הארכיטקטורה החדשה והשונה על הביצועים להם יזכו הצרכנים? כל מי שמצפה למהפיכה מיידית שתשנה את עולם המחשבים עשוי להתאכזב, אך בטווח הארוך אין ספק כי ה"שידרוג" הזה יאפשר את יצירתן של תוכנות שיוכלו לנצל את מלוא הפוטנציאל של ליבות ה-GCN, בצורה שתביא לשיפור במכלול הביצועים השונים.