Hallo,
das ist ja sehr interessant, aber an welchen Komponenten hängt die Größe der Shader ab?
Und inwiefern hat Nvidia es geschafft diese bei Pascal um 5-10% "effizienter" (ich weiß das ist ein falscher Begriff) zu gestalten als Maxwell wenn alle technischen Komponenten gleich sind?
Was ich halt ursprünglich gemeint habe, ist dass Pascal in der Regel 5-10% weniger Flops braucht um die selbe Performance zu erreichen wie Maxwell.
Ich unterteile das mal in zwei Bereiche:
1. Der grundlegende Bauplan der Shader
2. Die Umsetzung des Bauplans
1.) Beim grundlegenden Bauplan der Shader ist das ganze noch relativ einfach nachzuvollziehen, da man für viele Details die Kenndaten von den Unternehmen bekommt und wie ein Großteil des Chips funktioniert.
Allerdings liefert nicht jedes Unternehmen wirklich alle Eckdaten und neben den Shadern an sich gibt es natürlich unzählige weitere Bestandteile, wie das ganze Front-End und Back-End und die Memory-Controller usw.
Bei AMD wird ein GCN-Shader (Gen 1-2) vom logischen Schaubild so aufgebaut:
Hier kümmern sich Schaltungen darum Instruktionen zu holen, Arbeitspakete zusammenzufassen, zu adressieren, zu übersetzen und zu verteilen.
Diese werden dann von den SIMDs (Shader-Array) berechnet und die Daten mit denen gerechnet wird, werden in Register geschrieben, den LDS (Local Data Share) und weiter zu den L1$, L2$ und ganz zum Schluss auch in den VRAM.
Als Laie sieht man beim Schaubild immerhin, wie viele grundsätzliche Blöcke (aber nicht wie komplex/groß) sich um etwas kümmern, wie groß die Register der Einheiten sind und wie groß die unterschiedlichen Caches ausfallen.
Das ganze ist im Detail aber natürlich viel komplexer, weil jeder Hersteller definiert eine Maschinensprache mit den nötigen Funktionen, die komplexer oder simpler ausfallen kann.
Jeder Hersteller verteilt und übersetzt die Befehle unterschiedlich, mit Vor- und Nachteilen, wie eben die ganze Compute-Unit an sich, wie viele Register man bereitstellt, wie groß die Caches ausfallen, wie viele Verteiler (Scheduler) sich um die Shader kümmern und wie fein diese ganze Apparatur arbeitet.
All die Blöcke werden innerhalb und außerhalb verknüpft und die Leitungen liefern Daten, man kann die Leitungen also schmaler oder breiter ausfallen lassen, dass ganze muss auch balanciert werden.
2. Umsetzung des Bauplans
Die grundlegende Aufbau ist die eine Sache, die Umsetzung bzw. physische Implementierung die andere.
Jetzt muss das mit Transistoren aufgebaut und verknüpft werden und hier arbeitet man mit vielen unterschiedlichen Werkzeugen und automatischen Layoutprogrammen.
Wichtig ist es natürlich das ganze robust zu gestalten und die kritischen Pfade ungefähr gleichmäßig zu designen.
Hier kann man bezüglich der Dichte optimieren oder Richtung Takt.
Man schlägt sich hier natürlich auch mit all den physikalischen Effekten herum, wie Interferenzen, Leckströme usw.
Am Ende sieht das wie ein Auto-Highway aus, aus zig verschiedenen Ebenen und Verknüpfungen:
AMAZING PICS: How a chip is made - APC
Zu Nvidia, Toms Hardware hat ein Vergleich zwischen Pascal (1070 GTX) und Maxwell angestellt (980 Ti):
Detaillierte Effizienzbetrachtung - GTX 1070/1080 vs. GTX 980 Ti: Effizienzanalyse & Leistungsaufnahme
Die fällt praktisch gleich aus, wenn man die Leistung durch die Shader-Einheiten teilt, wobei das natürlich auch ein ungenauer Vergleich ist, da die anderen Bestandteile der GPU auch wichtig sind, aber keine davon scheinen einen ausgeprägten Einfluss bei Metro zu besitzen, außer bei den GTX 1080 Karten, die skalieren etwas schlechter, hängen auch etwas mehr an der Bandbreite.
So ist übrigens Cayman (6970) aufgebaut (Bei googel einfach RX 480 oder 1080 GTX architecture googeln für andere Schaubilder):
Bei der TFLOP-Rechnung ziehen wir nur die SIMD-Engines in Betracht (rote Blöcke), der Rest vom Chip wird bei so einem Vergleich völlig ignoriert, dabei hat das Front-End (Command-Processor, Rasterizer, Vertex/Geometry-Assembler) und Back-End mit den ROPs natürlich großen Einfluss auf die Endperformance unter Spielen.
Edit: Mephisto hat natürlichen auch einen sehr wichtigen Punkt eingebracht, der Treiber.
Es hängt nicht nur von der Hardware ab, die nicht absolut automatisch abläuft, sondern auch wie die Software am Ende die Maschine füttert.
AMD verliert alleine aufgrund ihres Treibers teilweise Performance.
