2007年05月01日
明日にも発表されると言う噂のある、AMD+ATIの「R600」に搭載される統合型シェーダーユニットについて予想してみました。
まずは、この記事に記載されている内容に関してはあくまでも予想である為、実際の仕様とは異なっている可能性があります。この事を十分にご理解頂いた上でご覧ください。なお、この記事の中で紹介する「R600」と「G80」の仕様は、『Radeon HD 2900 XT(と噂されているもの)』と『GeForce 8800 GTX』のものとなっています。
まずは、この記事に記載されている内容に関してはあくまでも予想である為、実際の仕様とは異なっている可能性があります。この事を十分にご理解頂いた上でご覧ください。なお、この記事の中で紹介する「R600」と「G80」の仕様は、『Radeon HD 2900 XT(と噂されているもの)』と『GeForce 8800 GTX』のものとなっています。
◆ 統合シェーダーユニット数は320基相当なのか？
最近の情報では、「『Radeon HD 2900 XT』に搭載される統合シェーダーユニット数は64基で、これは「4vector+1」である為、(G80換算では)合計320基(相当)である」という情報があるようです。
設計に同じ統合型シェーダーを採用しているものの、「4vector+1」というシェーダーを導入しているあたり、「R600」と「G80」では設計思想がだいぶ違うような気がするのですが、もしG80のStreaming Processor(SP)にR600の「4vector+1」×64基のシェーダーを換算するとすれれば、個人的には128基+α(相当)のように見えます。
◆ R600の統合型シェーダーユニット「4vector+1」とは？
まずは、R600の統合型シェーダーユニットで採用されたといわれる「4vector+1」ですが、これは1つのシェーダーユニット内に4要素ベクトル演算器と1要素スカラ演算器を内包しているという事だと思われます。
ATIが過去にリリースした「R580」などでは「3vector+1」という形式のピクセルシェーダーユニットが採用されており、この「3vector+1」の役割とは最近増えてきているという4要素ベクトル演算以外の演算(1要素スカラー演算や2、3要素スカラー演算)を、より効率よく処理する為のものだったようです。
NVIDIAが「G80」の説明の際に利用したというスライドに、比較対象として「3vector+1」の簡単なイメージが掲載されていたので、これを元に「4vector+1」がどのような働きをするのかを予想してみたのが下の図です。
◆ G80の「Streaming Processor」は効率重視のスカラ演算器
以前、「GeForce 8600 GTSのパフォーマンス」の中でも触れたように、NVIDIAが統合型シェーダーユニットで採用したStreaming Processorはスカラ型演算器となっており、４要素のベクトル演算を行う為には同一シェーダーを４回利用するか、4基のStreaming Processorを利用する必要があります。
その為、「G80」で128基搭載されたStreaming Processorは、4ベクトル演算を実行可能であった従来型シェーダーと比較すると32基相当という事になります。
ただし、現在ではシェーダーで実行される処理の全てが4ベクトル演算ではなく、1要素のスカラ演算から2要素・3要素ベクトル演算なども行われるようになってきており、これを本来4要素のベクトル演算が可能な従来型シェーダー(4要素ベクトル演算器)で行うと、リソースのムダが発生してしまいます。
NVIDIAはこのリソースのムダを、要素単位で自由に割り当て可能なスカラ演算器を採用したことによって排除しており、NVIDIAの統合型シェーダーユニットは可能な限り効率を重視した設計となっていると言えます。
◆ G80「Streaming Processor」 VS R600「4vector+1」
スカラ演算器を採用し可能な限り効率を重視した「G80」に対して、「4要素ベクター演算器+1要素スカラ演算器」をという形をとった「R600」でを比較した場合、シェーダーの処理にどのような差が生じるのかを考えて見ました。
極端な例え話になりますが、もしシェーダーで実行される処理の全てが1要素スカラ演算だった場合、「G80」のStreaming Processorは全て可動して従来型シェーダー128基分の処理をこなす事が出来き、「R600」の「4vector+1」×64基ならば、4要素ベクター演算器とスカラ演算器がそれぞれ従来型シェーダー64基分、合計128基分の処理が行える事になり、効率面では「G80」が優れるものの、実行可能な処理数ではほぼ互角と言うことになります。
しかし、シェーダーで実行される全ての処理が4要素ベクトル演算だった場合、「G80」では128基÷4要素で従来型シェーダー32基分となるのに対し、「R600」では4要素ベクトル演算器全てを利用して処理が行える為、従来型シェーダー64基分の処理が行える事になります。
「R600」の場合2要素および3要素のベクトル演算実行時は64基分の従来型シェーダーに相当する処理が行える為、「G80」とは2要素ベクトル演算までは互角、3要素ベクトル演算以上は「R600」有利という事になります。
実際は4要素ベクトル演算から1要素スカラ演算までの様々な処理を実行する事になりますから、「R600」の「4vector+1」64基の方が利用できるシェーダー数的には有利と言えそうです。
◆ R600の「4vector+1」の方が本当に有利なのか
R600の「4vector+1」の方が割り当て可能な処理数でみると有利なようですが、本当にR600の統合型シェーダーがG80の「Streaming Processor」よりも優れているかというと非常に微妙なところです。
なぜなら、R600(Radeon HD 2900 XT)の「4vector+1」がコアクロックと同じ757MHzで動作しているのに対して、G80の「Streaming Processor」はコアクロックと異なるクロックで動作しており、『GeForce 8800 GTX』では1.35GHzで動作しているからです。
この動作クロックの差の影響で、割り当てたシェーダーユニット数が同じ場合は「G80」の方が圧倒的に有利となる為、R600の「4vector+1」が1.35GHzで動作する「Streaming Processor」を上回る為には、それこそ全ての処理が4要素ベクトル演算にでもならない限り厳しそうです。
◆ DirectX 10世代を制するのは果たして…
DirectX 10世代ではこれまで以上にスカラ演算が多用されるようになる事を考えると、「G80」の「Streaming Processor」は実にスマートな性能の上げ方を行っているように見えます。ただし、現行のゲームでの性能を考えると、設計思想の異なる「R600」と「G80」では得意不得意がはっきりと現れてきそうな気がしますね。
もし、Fudzillaで言われている、1つの統合型シェーダーユニットでスカラ演算×5が可能な「Superscalarアーキテクチャ」なるものが本当に採用されているのなら、「R600」がスカラー演算に割り当て可能なシェーダー数は320基と言う事になりますから、ここで紹介した話とは全く違ってくるでしょう。
なんにせよ、これまで待たされ続けた「R600」が期待以上のものであって欲しいものですね。
◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇
冒頭にも書きましたが、ここに記載されている内容は正式発表前の製品に関する情報であり、シェーダーユニットの動作を含めてあくまでも予想であり、実際の製品では仕様が異なっている可能性がある事をご理解ください。
ここに記載したものとは異なる予想をされている方がおられましたら、コメントを頂けると幸いです。
参考記事
・4Gamer.net
…『PC向け世界初となる統合型シェーダ採用GPU ─ 2ページ目』
…『』
・ITmedia
…『“共有するシェーダ”でGPUの新しい時代を──G80の革新性に迫る ─ 2ページ目』
・PC Watch
…『■後藤弘茂のWeekly海外ニュース■ NVIDIAがDirectX 10世代GPUの第2弾「G84」と「G86」を発表』
・マイコミジャーナル
…『徹底解説! GeForce 8800 - DirectX 10世代のアーキテクチャとは ─ 8ページ目』
…『徹底解説! GeForce 8800 - DirectX 10世代のアーキテクチャとは ─ 9ページ目』
・Fudzilla
…『Radeon HD 2000 supports Vec5 superscalar』
● 上田新聞 blog版 さん
…『GeForce 8800 Ultraの3DMark06のスコア』
…『RADEON HD 2900 XTのオーバークロックで3DMark06を14000オーバー』
● The AMD's Cafe さん
…『Radeon HD 2900 XTの最終クロックについて』
…『Radeon HD 2900シリーズは5月2日に前倒し』
最近の情報では、「『Radeon HD 2900 XT』に搭載される統合シェーダーユニット数は64基で、これは「4vector+1」である為、(G80換算では)合計320基(相当)である」という情報があるようです。
設計に同じ統合型シェーダーを採用しているものの、「4vector+1」というシェーダーを導入しているあたり、「R600」と「G80」では設計思想がだいぶ違うような気がするのですが、もしG80のStreaming Processor(SP)にR600の「4vector+1」×64基のシェーダーを換算するとすれれば、個人的には128基+α(相当)のように見えます。
◆ R600の統合型シェーダーユニット「4vector+1」とは？
まずは、R600の統合型シェーダーユニットで採用されたといわれる「4vector+1」ですが、これは1つのシェーダーユニット内に4要素ベクトル演算器と1要素スカラ演算器を内包しているという事だと思われます。
ATIが過去にリリースした「R580」などでは「3vector+1」という形式のピクセルシェーダーユニットが採用されており、この「3vector+1」の役割とは最近増えてきているという4要素ベクトル演算以外の演算(1要素スカラー演算や2、3要素スカラー演算)を、より効率よく処理する為のものだったようです。
NVIDIAが「G80」の説明の際に利用したというスライドに、比較対象として「3vector+1」の簡単なイメージが掲載されていたので、これを元に「4vector+1」がどのような働きをするのかを予想してみたのが下の図です。
◆ G80の「Streaming Processor」は効率重視のスカラ演算器
以前、「GeForce 8600 GTSのパフォーマンス」の中でも触れたように、NVIDIAが統合型シェーダーユニットで採用したStreaming Processorはスカラ型演算器となっており、４要素のベクトル演算を行う為には同一シェーダーを４回利用するか、4基のStreaming Processorを利用する必要があります。
その為、「G80」で128基搭載されたStreaming Processorは、4ベクトル演算を実行可能であった従来型シェーダーと比較すると32基相当という事になります。
ただし、現在ではシェーダーで実行される処理の全てが4ベクトル演算ではなく、1要素のスカラ演算から2要素・3要素ベクトル演算なども行われるようになってきており、これを本来4要素のベクトル演算が可能な従来型シェーダー(4要素ベクトル演算器)で行うと、リソースのムダが発生してしまいます。
NVIDIAはこのリソースのムダを、要素単位で自由に割り当て可能なスカラ演算器を採用したことによって排除しており、NVIDIAの統合型シェーダーユニットは可能な限り効率を重視した設計となっていると言えます。
◆ G80「Streaming Processor」 VS R600「4vector+1」
スカラ演算器を採用し可能な限り効率を重視した「G80」に対して、「4要素ベクター演算器+1要素スカラ演算器」をという形をとった「R600」でを比較した場合、シェーダーの処理にどのような差が生じるのかを考えて見ました。
極端な例え話になりますが、もしシェーダーで実行される処理の全てが1要素スカラ演算だった場合、「G80」のStreaming Processorは全て可動して従来型シェーダー128基分の処理をこなす事が出来き、「R600」の「4vector+1」×64基ならば、4要素ベクター演算器とスカラ演算器がそれぞれ従来型シェーダー64基分、合計128基分の処理が行える事になり、効率面では「G80」が優れるものの、実行可能な処理数ではほぼ互角と言うことになります。
しかし、シェーダーで実行される全ての処理が4要素ベクトル演算だった場合、「G80」では128基÷4要素で従来型シェーダー32基分となるのに対し、「R600」では4要素ベクトル演算器全てを利用して処理が行える為、従来型シェーダー64基分の処理が行える事になります。
「R600」の場合2要素および3要素のベクトル演算実行時は64基分の従来型シェーダーに相当する処理が行える為、「G80」とは2要素ベクトル演算までは互角、3要素ベクトル演算以上は「R600」有利という事になります。
実際は4要素ベクトル演算から1要素スカラ演算までの様々な処理を実行する事になりますから、「R600」の「4vector+1」64基の方が利用できるシェーダー数的には有利と言えそうです。
◆ R600の「4vector+1」の方が本当に有利なのか
R600の「4vector+1」の方が割り当て可能な処理数でみると有利なようですが、本当にR600の統合型シェーダーがG80の「Streaming Processor」よりも優れているかというと非常に微妙なところです。
なぜなら、R600(Radeon HD 2900 XT)の「4vector+1」がコアクロックと同じ757MHzで動作しているのに対して、G80の「Streaming Processor」はコアクロックと異なるクロックで動作しており、『GeForce 8800 GTX』では1.35GHzで動作しているからです。
この動作クロックの差の影響で、割り当てたシェーダーユニット数が同じ場合は「G80」の方が圧倒的に有利となる為、R600の「4vector+1」が1.35GHzで動作する「Streaming Processor」を上回る為には、それこそ全ての処理が4要素ベクトル演算にでもならない限り厳しそうです。
◆ DirectX 10世代を制するのは果たして…
DirectX 10世代ではこれまで以上にスカラ演算が多用されるようになる事を考えると、「G80」の「Streaming Processor」は実にスマートな性能の上げ方を行っているように見えます。ただし、現行のゲームでの性能を考えると、設計思想の異なる「R600」と「G80」では得意不得意がはっきりと現れてきそうな気がしますね。
もし、Fudzillaで言われている、1つの統合型シェーダーユニットでスカラ演算×5が可能な「Superscalarアーキテクチャ」なるものが本当に採用されているのなら、「R600」がスカラー演算に割り当て可能なシェーダー数は320基と言う事になりますから、ここで紹介した話とは全く違ってくるでしょう。
なんにせよ、これまで待たされ続けた「R600」が期待以上のものであって欲しいものですね。
◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇
冒頭にも書きましたが、ここに記載されている内容は正式発表前の製品に関する情報であり、シェーダーユニットの動作を含めてあくまでも予想であり、実際の製品では仕様が異なっている可能性がある事をご理解ください。
ここに記載したものとは異なる予想をされている方がおられましたら、コメントを頂けると幸いです。
参考記事
・4Gamer.net
…『PC向け世界初となる統合型シェーダ採用GPU ─ 2ページ目』
…『』
・ITmedia
…『“共有するシェーダ”でGPUの新しい時代を──G80の革新性に迫る ─ 2ページ目』
・PC Watch
…『■後藤弘茂のWeekly海外ニュース■ NVIDIAがDirectX 10世代GPUの第2弾「G84」と「G86」を発表』
・マイコミジャーナル
…『徹底解説! GeForce 8800 - DirectX 10世代のアーキテクチャとは ─ 8ページ目』
…『徹底解説! GeForce 8800 - DirectX 10世代のアーキテクチャとは ─ 9ページ目』
・Fudzilla
…『Radeon HD 2000 supports Vec5 superscalar』
● 上田新聞 blog版 さん
…『GeForce 8800 Ultraの3DMark06のスコア』
…『RADEON HD 2900 XTのオーバークロックで3DMark06を14000オーバー』
● The AMD's Cafe さん
…『Radeon HD 2900 XTの最終クロックについて』
…『Radeon HD 2900シリーズは5月2日に前倒し』
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コメント一覧
1. Posted by ita 2007年05月01日 18:13
R600のShaderに関しては既にリークされたスライドがあります。
ttp://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?p=5450755#post5450755
5 way superscalar shader processors
G80のSuper Function Unit相当のALUが1つその他4 ALU
さらに分岐ユニット。
レジスタもShader毎に搭載。
ttp://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?p=5450755#post5450755
5 way superscalar shader processors
G80のSuper Function Unit相当のALUが1つその他4 ALU
さらに分岐ユニット。
レジスタもShader毎に搭載。
2. Posted by 瀬文茶 2007年05月01日 22:45
itaさん、こんにちわ。
あらら、5way superscalar shader processorsですか…。R600のシェーダーが「4vector+1」ではなく、5スカラー演算が可能と判明した時点でこのページの意味はほとんどないかも。(^^;)
あらら、5way superscalar shader processorsですか…。R600のシェーダーが「4vector+1」ではなく、5スカラー演算が可能と判明した時点でこのページの意味はほとんどないかも。(^^;)
3. Posted by 七死 2007年05月02日 00:17
どうでもいいことですが、おっしゃっている構成だと、一般的に「Vector4+1Scalar」と書くと思いますが。
前に数をつけた場合、演算器の数で、後ろに数をつけると、Way数を示すというのが一般的な記載法です。
あと、itaさんのご提示のスライド内容でも、「Vector4+1Scalar」の構成はありえます。
要するにVectorALUが、各wayでそれぞれ別の命令を実行できるようになっていればいい、ということです。
前に数をつけた場合、演算器の数で、後ろに数をつけると、Way数を示すというのが一般的な記載法です。
あと、itaさんのご提示のスライド内容でも、「Vector4+1Scalar」の構成はありえます。
要するにVectorALUが、各wayでそれぞれ別の命令を実行できるようになっていればいい、ということです。
4. Posted by 瀬文茶 2007年05月03日 00:22
七死さん、こんにちわ。
言われて見ればそうですね。今回はこの記事を書こうと思ったきっかけの記事で「4vector+1」とされていたので、特に気にせず書いてしまいました。
うぅ〜ん、たぶん私が勘違いしていると思われるのですが、「vector4」が4スカラー演算可能という事になると、vector4というよりは4scalarのような気がするのですが…。
言われて見ればそうですね。今回はこの記事を書こうと思ったきっかけの記事で「4vector+1」とされていたので、特に気にせず書いてしまいました。
うぅ〜ん、たぶん私が勘違いしていると思われるのですが、「vector4」が4スカラー演算可能という事になると、vector4というよりは4scalarのような気がするのですが…。
