解讀AMD的“分布式幾何”新專利（GPU的完全小芯片方法）

一周多前，美國專利局公布了一項名為“分布式幾何”的AMD專利，該專利本身是AMD于今年4月提交的。該專利詳細介紹了 GPU 的完全小芯片方法，其中渲染工作負載分布在一組芯片上，而不是讓一個巨大的芯片處理所有處理。當然，沒有跡象表明我們很快就會在 Radeon 顯卡中看到這種技術，但這是我們在 RDNA 3 中已經看到的技術的自然演變。

我從 YouTube 頻道RedGamingTech看到了有關該專利的新聞，讀起來很有趣。盡管該文檔的標題是“分布式幾何”，但它實際上是關于分布式渲染的。以 AMD 當前的 Navi 31 GPU 為例，它是Radeon RX 7900 系列中使用的最大圖形處理器。它確實使用了小芯片，但僅包含兩個 VRAM 接口和一片 L3 Infinity Cache；GPU 的其余部分駐留在單個塊中（稱為 GCD，圖形計算芯片）。

與所有 GPU 一樣，有一個中央工作負載處理器，它將渲染任務發送到芯片內的多個著色器塊之一。每個單元都被賦予一塊幾何體來處理、轉換為像素，然后對它們進行著色。這種做法已經持續了數十年，AMD 和 Nvidia 都在其 GPU 中近乎完善了這一流程。

AMD 的專利詳細介紹了一種方法，即放棄中央處理器，用多個小芯片取代單個硅塊，每個小芯片處理自己的任務。渲染指令以稱為命令列表的長序列發送到 GPU，其中所有內容都稱為繪制調用。

這些是獲取一堆幾何圖形（即頂點和索引集合形式的三角形）的說明，然后經歷移動它、調整它的大小等的整個過程，然后最終將其變成彩色像素塊，存儲在 VRAM 中。

專利中的每個分布式幾何小芯片都會計算出哪些三角形需要著色，然后開始執行。該專利解釋了小芯片可以通過多種方式來跟蹤哪個小芯片正在執行什么幾何圖形，最簡單的方法是循環事務（即每個小芯片輪流處理多邊形列表）。

這聽起來好像只是讓一切變得更加復雜，那么這樣做的潛在好處是什么？正如我們從 AMD 成功轉向使用小芯片的 CPU 中看到的那樣，這主要是為了降低高端硬件的制造成本。制造超大 GPU 的成本效益低于制造較小 GPU，因為每個硅晶圓生產的工作芯片較少。Navi 31 中的內存小芯片非常小，一塊典型的 12 英寸晶圓可以生產出一千多個小芯片，即使其中大量有缺陷，您仍然可以獲得一小堆工作芯片。

AMD 顯然希望對 GPU 的其余部分采取同樣的方法。尖端工藝節點非常昂貴，因此如果可以通過簡單地將一堆微小芯片放在同一個封裝中來制造高端 GPU，那么制造它的總體成本就可以降低。

然而，要成為構建 GPU 的有效方法，還需要克服一些嚴峻的挑戰。首先是內部帶寬和延遲要求。在普通圖形處理器內，每秒可以在緩存之間讀取和寫入多個 TB 的數據，每個事務的發生只需幾納秒。通過切換到小芯片，用于將所有內容連接到共享緩存和內存控制器的系統需要非常硬核。

幸運的是，AMD 在這方面已經擁有豐富的經驗。RX 7900 系列中使用的無限扇出鏈路將 GCD 連接到內存小芯片，提供大量帶寬，并且延遲并不比全芯片 GPU（例如 Navi 21 (RX 6900XT）。這種分布式幾何設計需要比這更進一步，但如果有人能解決這個問題，那一定是 AMD。

它需要解決的另一個問題是確保所有小芯片都盡可能保持忙碌。由于每個單位都確定自己的工作量，因此存在一些單位閑置的風險，因為其他單位可以足夠快地完成所需的工作。還有處理停頓的問題，其中小芯片實際上無法完全完成任務，因為它需要相鄰的幾何信息。

專利中沒有討論這些內容，所以現在我們只能思考這個問題，并想知道 AMD 何時會宣布這項技術（如果他們真的這樣做）。我懷疑這是為 RDNA 5 而不是下一個迭代計劃的，但有很小的可能不是。我上次看到 AMD 的一項激進技術專利是針對其光線追蹤紋理單元的。

該文件于 2019 年 6 月發布，即提交近兩年后，該功能已在 RDNA 2 中實現。AMD 于 2020 年開始推廣該架構，并于同年 11 月推出了首款配備全新 RT-texture 處理器的產品。因此，AMD 明年有可能通過 RDNA 4 為我們帶來一個全新的 GPU 小芯片世界，盡管這種可能性相當小。

事實似乎并非如此，因為一般傳言都指向 AMD專注于 2024 年的主流產品組合。我更樂意等到 2025 年甚至 2026 年才能看到這一點，因為他們會給 AMD有更多時間來解決所有問題。

PC 游戲迫切需要 GPU 市場與 CPU 領域具有同等水平的競爭，而實現這一目標的唯一方法是 Radeon 卡與 GeForce 卡一樣好，但價格要低得多。

當然，AMD 的 GPU 目前比 Nvidia 便宜，但它們仍然非常昂貴。還記得當它將 Zen 推向市場并以低至 329 美元的價格為我們提供八核、16 線程 CPU時，當時英特爾仍在以 370 美元的價格銷售六核型號嗎？現在看看 AMD 的游戲 CPU 處于什么位置：這也是我們對其 GPU 的需求。

附：AMD的專利說明