Архитектура ГП на примере NVIDIA GeForce 8800

В графическом процессоре NVIDIA GeForce 8800 применяются 128 потоковых унифицированных процессоров, каждый их которых работает на тактовой частоте 1,35 ГГц. Структурная схема GPU NVIDIA GeForce 8800 представлена на Рис. 3.

Рисунок 3 – Архитектура графического профессора NVIDIA GeForce 8800.

Потоковые процессоры сгруппированы в восемь блоков по 16 штук, каждый из которых оснащен четырьмя текстурными модулями и общим L1-кэшем. Каждый блок представляет собой два шейдерных процессора (состоящих из восьми потоковых процессоров каждый), при этом все восемь блоков имеют доступ к любому из шести L2-кэшей и к любому из шести массивов регистров общего назначения. Таким образом, обработанные одним шейдерным процессором данные могут быть использованы другим шейдерным процессором.

На каждые четыре потоковых процессора приходится один текстурный блок, включающий один блок адресации текстур и два блока фильтрации текстур (Рис. 4). Текстурные блоки и кэш работают на частоте 575 МГц.

Рисунок 4 – Организация блоков унифицированных потоковых процессоров.

Графический процессор GeForce 8800 GTX обладает шестью блоками растровых операций. Каждый блок способен обрабатывать четыре пикселя за такт с общей производительностью 24 пикселя за такт с обработкой цвета и Z-обработкой.

Еще одной ключевой особенностью архитектуры графического процессора GeForce 8800 является возможность потоковой циклической обработки данных, что позволяет устранить уже упоминавшийся недостаток классической конвейерной схемы графического процессора — неоптимальное использование ресурсов в случае повторной обработки данных.

В архитектуре GeForce 8800 входные данные поступают на вход одного унифицированного процессора, обрабатываются им, на выходе записываются в регистры, а затем вновь подаются на вход другого процессора для исполнения следующей операции обработки.

Возможность такой циклической потоковой обработки данных одновременно с унифицированными процессорами позволяет решить проблему их повторной обработки, довольно часто встречающуюся в современных играх.

На Рис. 5 показана схема организации потоковой циклической обработки данных в процессоре GeForce 8800.

Рисунок 5 – Организация потоковой циклической обработки данных
в процессоре GeForce 8800.

Потоковая обработка данных, реализованная в GPU GeForce 8800, является составной частью API DirectX. Такая архитектура позволяет отправлять в буфер памяти данные, обработанные вершинным или геометрическим шейдером, а затем вновь использовать их либо для последующей, либо для повторной обработки.

Такая линейная организация конвейера подразумевает равномерное распределение нагрузки между отдельными стадиями конвейера. В то же время в реальных приложениях нагрузка на отдельные блоки графического процессора может быть различной. Отчасти решить проблему оптимизации нагрузки графического процессора позволяет такая архитектура, при которой количество пиксельных процессоров не совпадает с количеством вершинных процессоров. При этом разработчикам приходится искать золотую середину между количеством вершинных и пиксельных процессоров, поскольку необходимо не переборщить с геометрическими характеристиками и в то же время не урезать красоты, получаемые мультитекстурированием и сложными пиксельными шейдерами.