[情報] Infinity Cache 立大功，RDNA 2 架構詳解

[KotoriCute (Lovelive!)]

Infinity Cache 立大功，應用於 Radeon RX 6000 系列的 RDNA 2 架構詳解

https://benchlife.info/rdna-2-architecture-detailed-with-infinity-cache/

快取就是要大、大才有效！


這次 AMD 推出採用 RDNA 2 架構的 Radeon RX 6000 系列顯示卡，可說是徹底地揚眉吐
氣，該公司不僅是在 x86 處理器效能徹底贏過競爭對手 Intel，Radeon RX 6000 系列相
較 NVIDIA GeForce RTX 3000 系列也是相當具有競爭力，突破過去僅能在中階主流市場
對打的情況。

仔細端詳 RDNA 2 和 RDNA 內部 CU（Compute Unit）差異，除了增加 DXR（DirectX
Raytracing）必須的 Ray Accelerator 光線加速器單元之外，並沒有什麼變化，小修小
改傳輸路徑與快取機制、強化 power gating 省電機制、提升時脈頻率，讓 RDNA 2 的
 IPC 相較 RDNA 僅有個位數的成長。那麼接下來你會問，能夠幹掉 GeForce RTX 3090
的效能是從哪裡來的？

▼ RDNA 2 三大主軸：更高的運作時脈、Infinity Cache、支援最新的 DirectX 12
Ultimate 和 DirectStorge API 功能。
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如同 NVIDIA Ampere 世代，加入浮點數執行功能至原本的 INT 整數執行單元，直接讓
 CUDA/Stream Processor 數量暴增，RDNA 2 世代 Navi 21 晶片設計，同樣也從前一世
代 Navi 10 的 40 個 CU/2560 個 Stream Processor，翻倍暴增到 80 個 CU/5120 個
 Stream Processor（Radeon RX 6900 XT 採用完全體，其餘型號依序遞減數量），這也
讓持續採用 TSMC 7nm 製程的情況之下，晶片面積與電晶體數量，從 251mm2/103 億個成
長至 519mm2/268 億個。

▼ RDNA 2 使用 TSMC 7nm 製程，並添加 AV1 硬體解碼與 8K HEVC 編碼能力。
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▼ 執行單元與快取的細部資訊
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▼ AMD 替每個 CU 均添加 1 個光線加速器單元，因此 RDNA 2 的光線追蹤單元數量跟著
 CU 變動，Radeon RX 6900 XT 為 80 個、Radeon RX 6800 XT 為 72 個、Radeon RX
6800 為 60 個。
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▼ RDNA 2 CU 面對不同類型資料的運算能力，每個時脈能夠遍歷 4 個 bonding box 或
是 1 個光線與三角形的相交檢測。
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▼ 每組 Shader Engine 的 RB+ 為全新設計，單一時脈週期能夠處理 8 個 32bit 色深
像素，並與光柵單元連動提供 2×1、1×2、2×2 取樣支援。
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128MB Infinity Cache

Stream Processor 數量成長，相對而言需要餵給執行單元更多的指令、資料，NVIDIA 採
用與 Micron 合作 GDDR6X 繪圖記憶體加大頻寬。AMD 目前已確立運算、繪圖架構分立路
線，運算交由 CDNA 系列搭配 HBM 類型記憶體負責，消費市場端應該不會再出現
 Radeon VII 這樣的產物，在亟需頻寬的情況之下，直接在 Navi 21 晶片設計高達
 128MB 的 Infinity Cache，Radeon RX 6800/6800 XT/6900 XT 各等級均可享用。

▼ Navi 21 晶片設計於 GDDR6 記憶體和 L2 快取之間，添加容量為 128MB 的
 Infinity Cache。
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▼ 快取太小沒意義，太大又會讓晶片過胖，衡量快取命中率與容量的關係式之後，
128MB 是個比較適中的容量。
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Navi 21 仍舊採用 GDDR6 記憶體，匯流排寬度 256bit，搭配 16Gbps 速度版本時，可以
提供 512GB/s 頻寬，Radeon RX 6800/6800 XT/6900 XT 全線均提供 16GB 記憶體容量。
128MB 的 Infinity Cache 在晶片內部的匯流排寬度為 64byte x 16 通道，在最高自動
加速頻率達 1.94GHz 的狀況下，能夠提供將近 2000GB/s 頻寬（基礎頻率則可提供
 1664GB/s），相當驚人！

▼ Infinity Cache 採用動態時脈設定，最高可達 1.94GHz，提供將近 2000GB/s 頻寬。
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由於這個 128MB Infinity Cache 的出現，才能夠餵飽飢腸轆轆的 5120 個 Stream
Processor，也一舉讓 RDNA 2 擁有相當不錯的能源效率比值。除了傳統上的光柵化成像
之外，128MB 容量也能夠擺放光線追蹤所必需的 BVH 樹狀資料結構，有助於加速光線與
三角形的相交檢測，這個極度消耗晶片面積的 Infinity Cache 也算是值得了。

▼ 於圖片最左方能夠觀察到，若是沒有添加 Infinity Cache，其實 RDNA 2 相較於
 RDNA 的 IPC 漲幅並不明顯。
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▼ Infinity Fabric 不僅提供驚人的頻寬，相對而言更能提升能源效率比值、降低存取
延遲。
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RDNA 2 架構也終於加入包含光線追蹤、VRS 可變速率著色（Tier 2）、Mesh Shader 網
格著色器、Sampler Feedback 取樣回饋等 DirectX 12 Ultimate 功能。其實 AMD 這部
分走得相當緩慢，甚至比 Intel 還要慢，Intel 早已在代號 Ice Lake 處理器的 Gen
11 繪圖核心支援 VRS，AMD 直到 RDNA 2 才算是全面導入。

▼ RDNA 2 已全面支援 DirectX 12 Ultimate。
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Smart Access Cahce

另一方面，AMD 終於提供 3A 平台（處理器、主機板的晶片組、顯示卡）合體加速特性，
當支援的硬體相互搭配，能夠開啟所謂的 Smart Access Memory 功能，再次提升遊戲效
能。縱使 AMD 於發表 Radeon RX 6000 系列顯示卡當下並未提供詳細技術資訊，之後輾
轉得知其實就是 Resizable BAR 功能。

PCI 規範當中，需要每個設備自行準備 256Byte 的 Configuration Register Space，前
 64Byte 儲存這個設備的 Device ID、Vender ID 等基礎資訊，後 192Byte 則是描述這
個裝置究竟有什麼功能，到了 PCIe 時代，這個 256Byte 空間擴展至 4KB。處理器無法
直接存取這些額外的 4KB－256Byte 空間，而是透過記憶體位址映射的方式，從高位址往
下映射空間，處理器僅需讀寫這些映射空間，實際 PCIe 設備空間操作則由 PCIe Root
Complex 負責。

BAR 為 Base Address Register 的縮寫，也就是 PCIe 設備空間映射到系統記憶體的基
底位址，一般來說為保持與 32 位元作業系統的相容性，BAR 通常為 256MB（1 個 PCIe
系統最多擁有 256 條 Bus、每條 Bus 最多擁有 32 個設備、每個設備最多擁有 8 個功
能，每個功能對應 1 個 4KB 範圍，256 x 32 x 8 x 4KB＝256MB）。256MB 記憶體映射
通常在 64bit 作業系統當中不會有什麼問題，因為記憶體控制器根本無法完整定址 264
實體記憶體；但在比較老舊的 32bit 作業系統，你可以發現並無法完整用完 232＝4GB
實體記憶體，因為部分位址已拿去作為設備 I/O 或是記憶體空間映射用途。

▼ Smart Access Memory 應該就是 PCIe 規範裡的 Resizable BAR 功能，讓處理器可以
同時存取顯示卡所有的記憶體，而非預設的 256MB。
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為保持相容性，目前在記憶體位址中切給 PCIe BAR 的空間也都保持 256MB，但其實
 BAR 能夠增加它的範圍大小，也就是 AMD 所說的完全存取顯示卡所搭載的記憶體，而非
僅限於 256MB。依據 AMD 內部的實際測試，若是啟用 Smart Access Memory，最高能夠
在 Forza Horizon 4 遊戲獲得 11％ 的效能提升。此舉也讓綠色陣營額外表示，它們的
晶片其實也支援 Resizable BAR 功能，未來會透過軟體更新開放。

▼ RDNA 2 能源效率比值相較 RDNA 提升約 54％，其中 21％ 透過 Infinity Cache 與
微調設計提供、17％ 為強化省電設計、16％ 為提升運作頻率。
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.253.90.243 (臺灣)
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※ 編輯: KotoriCute (111.253.90.243 臺灣), 11/19/2020 01:44:14
推 ltytw       : 打氣加油文
→ KotoriCute  : 這次基本上能摸到30系列屁股都是靠IF cache
→ jior        : 叭叭，到處都沒貨，叭叭
推 qweertyui891: 學老黃搞精簡核心有搞頭嗎? 只有CUDA才辦得到?
→ KotoriCute  : RNDA2已經精簡過了啦
→ KotoriCute  : 已經把偏運算的分到CDNA去了
→ KotoriCute  : 反而是老黃現在的架構功能愈加愈多
推 mmonkeyboyy : 就是這個東西是大招之一
推 kqalea      : memory based computing 要來了
噓 fokchiwai199: 就算6800屌打3090又如何？買不到啊
推 mmonkeyboyy : 那個叫 In-memory computing
→ mmonkeyboyy : 不過  總算是前進了一步
推 BaWanYi     : if cache 怎麼好像兩者之間的電容？
推 kqalea      : 最初的記憶體就是電容啊
推 hcwang1126  : PCI設備報的BAR 就是給cpu直接存取
→ hcwang1126  : 32bit 定址就4gb 導致256mb這個相容的數字
→ hcwang1126  : 現在顯卡上記憶體都gb 起跳當然不夠
→ hcwang1126  : Server用的運算卡也早就報好報滿
→ hcwang1126  : A100 上80gb 至於64bit 但cpu其實沒那麼多位置線 os
→ hcwang1126  :  也沒實作那麼大就另一個故事
推 henry46277  : 就看日後驅動的優化了
推 mmonkeyboyy : 一般就39bit左右了  其他留著  要不然速度有差
推 hcwang1126  : N家以前就有driver存取位址用太高和os 不匹配的問題
→ kuma660224  : 老黃：Bar我也有，但對手給你，我才給
→ Pharmarette : RDNA2 架構的 APU 會有
→ Pharmarette : Infinity Cache 嗎？
→ Pharmarette : 解決記憶體頻寬問題
→ kevin850717 : BAR是在說PCI的規範，樓上哈嘍？
→ kevin850717 : ＊樓上上
推 hcwang1126  : 消費性有相容性迷思 死守256mb 不像server
→ hcwang1126  : 所以再搞個resize 認真說 你買貴貴的3080 然後裝xp
→ hcwang1126  : win7 32bit 沒開玩笑嗎？
→ knml        : 6700xt以下會不會用這個技術？感覺很貴的樣子
推 hcwang1126  : 理論上難度不高 號稱driver值5000的這麼晚才想到 該
→ hcwang1126  : 打屁股
→ friedpig    : 很貴阿  下面應該砍半起跳吧
→ hcwang1126  : 至於n家作完有沒有11% 這就不知道了
推 jk21234     : 沒有這個應該效能七折起啦
→ jzzy        : PPT做到很精美 可以繼續吹一波了
推 bella1815   : 1080P贏1%=幹掉3090