GPU煉金試驗(yàn)室 揭秘HD7800強(qiáng)勁性能之謎

    ● shader靈活度測(cè)試：矩陣乘法

    矩陣乘法是線性代數(shù)的基本構(gòu)成之一，它是各種通用計(jì)算以及shader處理過(guò)程中非常常見(jiàn)的數(shù)學(xué)操作方式，矩陣乘法的過(guò)程可以將許多非常復(fù)雜的模型轉(zhuǎn)換成相對(duì)簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式，因此被廣泛應(yīng)用在了光柵化（坐標(biāo)變換）、光照（亮度直方操作）、陰影邊緣平滑（針對(duì)像素塊的切比雪夫不等式群）等幾乎所有圖形處理過(guò)程中。可以說(shuō)只要進(jìn)行圖形處理過(guò)程，GPU就必定會(huì)進(jìn)行大量的矩陣乘法操作。

    矩陣乘法可以被解離成大量的存在一階或者多階弱關(guān)聯(lián)度的行列式運(yùn)算，并行化的處理這些行列式，同時(shí)為操作過(guò)程提供合理的緩沖空間來(lái)釋放臨時(shí)結(jié)果勢(shì)必會(huì)極大地加快矩陣乘法操作的效率，進(jìn)而加快整個(gè)圖形過(guò)程的進(jìn)度。因此，對(duì)于矩陣乘法效率的測(cè)試，不僅可以讓我們獲得構(gòu)架并行度以及緩沖資源情況的信息，更能在趨勢(shì)上反映GPU執(zhí)行shader尤其是靈活shader的執(zhí)行效率。所以，無(wú)論是之前已經(jīng)進(jìn)行過(guò)的HD7970/7950效能測(cè)試還是本次的GCN體系對(duì)比測(cè)試，我們都將矩陣乘法測(cè)試作為構(gòu)架延展測(cè)試的第一個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)它將Tahiti以及Pitcairn構(gòu)架的ALU團(tuán)簇部分剝離出來(lái)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的性能測(cè)試。

    矩陣乘法需要構(gòu)架擁有良好的線程仲裁分配機(jī)制以及充足的緩沖體系，而這正是Tahiti構(gòu)架與Pitcairn，甚至是Tahiti構(gòu)架內(nèi)部最核心的差異。Tahiti與Pitcairn同樣擁有2組并行的ACE引擎，同樣的2組ACE引擎在HD7970上需要應(yīng)對(duì)32組CU共計(jì)2048個(gè)Vector ALU的需求，HD7950的運(yùn)算單元規(guī)模比HD7970縮減了12.5%，所以同樣的2組ACE引擎在一級(jí)線程隊(duì)列仲裁及管理壓力方面也要低于HD7970。HD7870及HD7850的ACE引擎與HD7900并無(wú)區(qū)別，但同樣的2組ACE引擎在Pitcairn中只需要管理20/16組CU，合計(jì)1280/1024個(gè)Vector ALU。不難看出，HD7800的CU可以輕松的獲得比HD7900更加充盈的線程塊供給，這對(duì)于提升單元復(fù)用率有著極大的貢獻(xiàn)。

    測(cè)試結(jié)果支撐了我們的分析，盡管Pitcairn的運(yùn)算規(guī)模只有Tahiti的62.5%，但HD7800卻取得了超越HD7900的矩陣乘法性能，同時(shí)并完全沒(méi)有表現(xiàn)出HD7900資源匱乏從而重度依賴(lài)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化所導(dǎo)致的矩陣操作性能起伏問(wèn)題。而在Tahiti構(gòu)架內(nèi)部，HD7950亦表現(xiàn)出了優(yōu)于HD7970的性能增長(zhǎng)趨勢(shì)。