南島アーキテクチャ

2011年12月22日にRadeon HD 7900(Tahiti)について発表があった。アーキテクチャの概要については、日本語ではPC Watchの以下の記事にまとまっている。

​http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20111222_501138.html

GPUのアーキテクチャ名はSouthern Islandsとなる。ちなみに前世代(Radeon HD 6900: Cayman)はNorthern Islandsと呼ばれている。実際、AMDが12月に公開した文書​AMD Accelerated Parallel Processing OpenCL™ Programming Guide (v1.3f) の4-79ページに、新旧アーキテクチャの比較がまとめられている。

プログラミングの観点からすると、大きな違いはVLIW4と呼ばれるベクトル長4の演算ユニットの塊から、スカラー演算ユニット(言い換えるとベクトル長1)の塊へなったこと。そのためOpenCL用語でCompute Unit(CU)と呼ばれるCPUにおける「コア」に相当するユニットのベクトル長は、北島では4x16=64であったのが、南島では16になった。以下に、上記の文書にある図をコピーして貼り付ける。

北島の図はVLIW4のユニットであり、北島のCUはこれが16個まとまったものになる(そのためこの図は正確ではないことに注意)。南島の図はCU全体である。どこかで見かけたAMDの人のプレゼンテーション(検索中)によると、演算ユニット自体はVLIW4を流用しているとのこと。そのため、南島はベクトル長16のはずなので、図の「VECTOR ALU」はベクトル長4のはずであり、この部分は北島の図の「xyzw」演算器の部分を流用しているようだ。これらの図における演算器の最小単位は32 bit演算器である。VLIW4を流用していることから、浮動小数点単精度演算の性能と倍精度演算の性能比は、新旧で変わらず加算では2:1で、乗算またはFMAでは4:1となる。実際には、これに詳細不明のスカラー演算器の性能分が加わるが、ベクトル演算器とスカラー演算器の個数比は16:1のため、ピーク性能へのインパクトは大きくない。

もう一つ、この文書にはメモリ要素を比べたテーブルがある。

32 bit演算器あたりのレジスタ数は新旧で同じ256ワードであるが、北島はベクトル長4のベクトルレジスタであるのに対し、南島はレジスタもスカラーであるから、完璧にVLIWでベクトル化されているコードを除いて、レジスタの利用効率は南島のほうがよいはずである。それと、CUあたりの1次キャッシュが倍増し、CUあたりのLDS量も倍増して、さらにメモリチャンネルが4から6になったことで、2次キャッシュも増えている。キャッシュは北島では読み出し専用だったのが、読み書き可能になったとのこと。

Tahitiのリファレンス動作周波数は925MHzであり、この時の演算性能は単精度FMAで3788 GFLOPSになる。一方で、海外サイトのソース不明記事によると、オーバークロックされたGPUボードがすでに準備されているらしく、その動作周波数は1.3GHzに達するようだ。この場合の性能は約5.3/1.3 TFLOPS(単精度/倍精度FMA)になる。TSMCの28nmプロセスを待ったかいは非常にあるのかもしれない。