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计算机组装与维修公选课大作业 学校: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 学院：机电学院 专业: 材料成型及控制工程 班级: XXXXXX 学号: XXXXXXX 姓名: XXXXX 阐述目前市场上主流的ATI显卡主芯片型号的性能一、ATI的历史ATI(Array Technology Industry)是世界著名的显示芯片生产商，和nVIDIA齐名，中文名叫“冶天”。 在1985年至2006年之间是全球重要的显示芯片公司，总部设在加拿大安大略省万锦，直至被美国AMD公司收购后成为该公司的一部份。ATI在美洲、欧洲和亚洲等地曾拥有超过3,700名员工，营业额为22亿美元，是一家专门设计与销售适用于个人电脑的显示卡、图形处理器、芯片组、机顶盒、数字电视、电子游戏机和手提式设备等的无厂半导体公司。在2006年7月24日，ATI被AMD以54亿美元收购。收购后AMD一直保留ATI品牌，作为旗下绘图卡业务的子品牌。直到2010年8月，在发布Radeon HD 6000系列显卡的同时，AMD宣布将放弃ATI品牌。2、 ATI显卡主芯片R600系列详解在2006年中，AMD-ATI发布了自己第一款支持DX10、SM4.0的显卡ATi Radeon HD 2900XT。HD2900XT基于R600核心、80nm制造工艺。此后，R600核心一直运用在ATI显卡之中，直到最近的HD6000系列。2007年11月16 日，AMD-ATi发布了HD3800系列显卡。她是业界第一款55nm工艺制造的显卡，业界首款支持DirectX10.1、Shader Model4.1的显卡。她基于RV670核心，保留了R600核心大部分特性。2008年6月，基于RV770核心的Radeon HD4800系列上市，HD4800拥有1TFlops的浮点运算能力，取得了巨大的成功。在RV7x0 Radeon HD 4000系列大获成功的之后，AMD早已经开始规划下一代桌面显卡RV8x0 Radeon HD 5000系列，其核心为RV870。 其理论浮点性能大约在1.5TFlops左右。 R600的架构论证和底层设计从2003年就已经开始，其最初的规划就是R5XX和Xenos的结合体，R5XX久经考验的快速动态分歧技术、流处理运算、全速联合纹理缓存和Fetch4阴影加速技术都被继承下来。R600集两者之长并且加入Shader Model 4.0规范，改进显存控制器，并使用了Tessellator技术。R600核心架构主要特点包括：1、大规模超标量着色器； 2、新一代超线程分配处理器； 3、第二代统一渲染架构； 4、完整支持DX11，包括SM4.0和几何着色； 5、全新的显存控制器，带宽吞吐量大增。现在，市场上主流的ATI显卡主要是HD6000系列以及上一代的HD5000系列。相对于上一代的HD5000系列，现在的HD6000系列有着如下的优势：1、 更强的单位面积性能，比上代提升最多35； 2、第二代DX11设计，更快的曲面细分和几何吞吐； 3、新的和改进的画质功能，包括抗锯齿和各向异性过滤； 4、增强的多媒体加速，包括UVD3硬件解码引擎、AMD APP并行异构计算技术、蓝光3D立体技术； 5、下一代显示技术，包括Eyefinity+多屏输出、HDMI 1.4a规范、DisplayPort 1.2规范。 两代产品性能大致如下区分： HD6990HD5970HD6970HD6950HD5870HD6870HD5850HD6850HD5770HD5750现在市场上主流的ATI显卡主要是6800系列以及6900系列。上一代的HD5000系列正在被逐步的淘汰。下面，就对两种显卡系列进行详细的剖析。3、 HD6800 Bart1）架构与规格新一代的Radeon HD 6800系列对内核设计做了重新配置，单精度浮点性能最高能够突破2TFlops大关，每秒钟能够处理的像素也能超过240亿，同时曲面细分单元进行了特别增强(第七代)，光栅器(Rasterizer)也配备了两个，Hub部分有PCI-E 2.1总线控制器、UVD3硬件解码引擎、CrossFireX管理引擎、Eyefinity显示控制器等，显存控制器则是四个64-bit，总位宽256-bit，搭配高速GDDR5显存颗粒。 新核心集成了17亿个晶体管，核心面积为255平方毫米。Radeon HD 6870/6850分别有14个、12个SIMD引擎，每个引擎还是80个流处理器，总共1140个、960个，纹理单元56个、48个，ROP光栅单元都是32个。 Radeon HD 6870被AMD称为“市场甜点的轻松赢家”，核心频率900MHz，单精度浮点性能2.0TFlops，搭载1GB GDDR5显存，等效频率4200MHz，整卡空闲功耗19W、满载功耗151W，使用双插槽散热器和双六针辅助供电接口，输出接口两个DVI、两个mini DisplayPort、一个HDMI。 Radeon HD 6870国内官方建议零售价1899-1999元人民币，直接竞争对手最初被定为GeForce GTX 460 1GB，官方测试数据显示平均超出25-30，最多可超过50，不过在最后关头，AMD将对手提高到了GeForce GTX 470，显示了充足的自信心。 Radeon HD 6850则号称是“DX11性能、功耗和价格的新典范”，核心频率775MHz，单精度浮点性能1.5TFlops，同样搭载1GB GDDR5显存，但是等效频率降至4000MHz，整卡空闲功耗仍是19W，但是满载功耗降低到127W，只需单六针辅助供电，不过公版散热器也是双插槽设计，另外输出接口同为两个DVI、两个mini DP、一个HDMI。 Radeon HD 6850国内官方建议零售价1299-1399元人民币，直接竞争对手最初定为GeForce GTX 460 768MB，官方测试数据显示平均超出也有30左右，最多可超过60，最后时刻又改成了GeForce GTX 460 1GB。 现在我们就对比一下Radeon HD 6870、Radeon HD 5850。后者核心面积和晶体管规模要大不少(334平方毫米和21.5亿个)，流处理器、纹理单元分别多出120个、16个，显存带宽甚至也稍高一些(153.6GB/s和134.4GB/s)，但是根据AMD提供的数据，二者3DMark Vantage得分分别为X7730、X7403，也就是说Radeon HD 6870以更小的核心规模实现了更高的性能，单位面积的性能自然更是高出一大截，而且更喜人的是满载功耗保持在同样的水平(151W)，空闲功耗更是降低了8W，按幅度计算就是30，显然新卡的性能功耗比也要好得多。 另外值得一提的是，重新设计的新核心在几何吞吐能力方面也有显著进步，Radeon HD 6870达到了每秒钟9亿个三角形，Radeon HD 5850则是7.25亿个。 2）、新特性：强化画质 消费级显卡最主要的使命自然是提供更好的3D游戏性能和画面，而提升画质最传统、最广泛的方法当属抗锯齿(AA)和各向异性过滤(AF)。Radeon HD 6800在这两方面都有所革新，还特别简化了相关用户界面，方便使用。 Radeon HD 6800支持新的形态抗锯齿(Morphological Anti-Aliasing)，简称MLAA。该技术由Intel提出，不过此前是基于CPU运算的，AMD则将其移植到了GPU上，使用后期处理过滤技术结合DirectCompute进行加速，全面支持DX9/10/11应用程序。AMD宣称，MLAA可提供全场景抗锯齿，而不限于多边形边缘、Alpha测试表面，速度也要比超级采样，性能上接近于可编程过滤抗锯齿(CFAA)。 MLAA抗锯齿属于一种后期处理效果，换言之就是首先正常渲染每一帧，然后再进行一次着色器处理来执行过滤，这不同于传统的多重采样抗锯齿(MSAA)和超级采样抗锯齿(SSAA)，后者都是在帧渲染的同时执行过滤。事实上，MLAA也能用来消除静态图像的锯齿，只不过用在动态画面上效果更好。 MLAA中，过滤器会首先按照不同的像素尺寸样式检测高对比度边缘(锯齿产生的主要原因)，假设它们应该是与像素边缘不切合的直线，然后消除每个边缘理想线的长度和角度，根据边缘旁边每个像素的较深和较浅颜色确定符合比例的覆盖范围，最终实现抗锯齿。 由于边缘检测步骤需要频繁的对相邻像素颜色进行采样和重采样，数据重新使用的几率很高。AMD使用LDS(本地数据共享)硬件避免冗余数据预取、显著提升性能。 各向异性过滤也有所改进，尤其是算法方面，还保持了全面的性能和角度独立性。 配合新技术，催化剂控制中心的3D部分同样有了变化，可在此开启MLAA抗锯齿，还有全新的Catalyst A.I.滑块，能够直接控制纹理过滤和优化。 3）新特性：高效曲面细分DX11带来了诸多新特性、新技术，曲面细分(Tessellation)按说只是其中的一种，但因为显卡厂商的种种不同宣传而备受关注，也引发了不少争议，比如按照NVIDIA的说法，他们的Fermi架构才是真正的DX11架构，因为设计了专门的曲面细分单元，高负载下性能更好。 事实上，当年ATI在Radeon 8500上就首次试验了这种技术的雏形，使用了固顶功能的PN三角形。虽然当时的技术还极不成熟，游戏应用也未普及，但ATI并未放弃，此后每一代产品都在进行更新和完善，比如Xbox 360 GPU上加入了位移映射和自适应曲面细分，Radeon HD 2000、3000两代产品分别支持DX10、DX10.1，Radeon HD 4000系列又增强了性能，但直到Radeon HD 5000系列上才借着DX11的东风修成正果，成为业界标准规范的一部分。Radeon HD 6000系列针对曲面细分又做了深入优化，重点改进了线程管理和缓冲。 AMD提供的数据显示，Radeon HD 6870相比于Radeon HD 5870在曲面细分性能上有了最多一倍的增加，不过具体取决于曲面细分因子，1-13的时候普遍都能超过50，其中5-10的时候效果是最好的。 AMD还特意讲解了部署曲面细分的正确方法，包括将最重要的细节添加到场景中，同时有效压缩几何；专注于最有效的使用模式，理想情况下每个多边形16个像素，取得画质和性能的最佳平衡；自适应曲面细分非常有效，只有在接近观众的物体、边缘轮廓、高细节区域才使用高级别的曲面细分，反之则使用低级别。 AMD声称，过量使用曲面细分并不会有太好的画质效果，反而会让显卡失去效率，比如阴影过多、抗锯齿处理多边形边缘过多等等，暴力使用只是一种无谓的浪费。 4）、新特性：改进影音多媒体影音播放一贯是A卡的优势，近年来在这方面的投入力度也是越来越强，对HTPC玩家的吸引力也越来越强，源码输出、催化剂画质增强都广为津津乐道。 Radeon HD 6800上又提出了“EyeSpeed”视觉加速技术，包括两大方面：一是GPU并行计算，基于开放的OpenCL、DirectCompute 11标准规范；二是高清视频的解码、输出与播放，支持蓝光3D立体技术，并整合了第三代UVD 3.0视频解码硬件引擎。 UVD 3.0对高清玩家来说尤其诱人。相比前两代，它增加了MPEG-2、MPEG-4 Part 2 (DivX/XviD)、Blu-Ray 3D (MVC)等编码格式的全程硬件解码，用户可以将更多视频解码工作交给GPU处理，进一步减轻CPU负担。篇幅所限，有关UVD3等视频播放新特性日后会专文深入介绍。 AMD还提到了Radeon HD 6800系列精确的色彩校正技术。借助色域映射引擎，AMD可以在广色域液晶面板上精确地再现原始色彩，并在整个管线内保存色彩细节。 先进的硬件技术自然需要广泛的应用软件支持。经过广泛深入的合作，AMD已经拉上了多家知名的多媒体播放与编辑厂商，Radeon HD 6800尚未发布就获得了大量播放器、编辑器的辅佐，包括ArcSoftTotalMedia Theatre、TotalMediaShowBiz，Corel WinDVD Pro 2010、DigitalStudio 2010，CyberLinkPowerDVD 10 Mark II，DDD TriDef (3D)，DivX Plus等等。 5）、新特性：灵活多屏输出Eyefinity+ Eyefinity(宽域)多显输出技术是Radeon HD 5000系列最闪亮的地方之一，只要一块显卡就可以组建最多六屏系统，大大降低了多屏架设的成本，既极大地拓宽了游戏玩家的视野，也非常适合办公、渲染、展示等专业场合。现在，Radeon HD 6000系列又进一步提升，带来了增强版的“Eyefinity+”。 Eyefinity+技术的精髓是DisplayPort 1.2标准规范。相比于此前的1.1a版本，最新的 1.2版本将数据带宽从10.8Gbps翻番到21.6Gbps，视频输出率也从8.64Gbps翻番到17.28Gbps，60Hz 24bpp下的最大分辨率支持提升到25602048之上，而且特别支持多流输出(MTS)。 得益于此，Eyefinity+获得了更高的传输带宽，再加上带内立体3D信号，就为支持3D立体技术打开了方便之门，而且尤其是支持单接口多数据流、多显示输出，通俗地说就是一个接口可以连接多台显示器，因而只需要两个DisplayPort接口就能连接六台显示器。 而此前的Eyefinity只能一个接口对应一台显示器，想组建六屏系统就得同时使用六个接口，所以才有了Radeon HD 5870 Eyefinity 6特别版。 Radeon HD 6800系列公版都配备了多大五个输出接口，包括两个mini DisplayPort、两个DVI、一个HDMI，组建多屏系统的方式也非常灵活。 第一种方法：只使用两个mini DisplayPort接口，其一通过MTS Hub转接来连接三台显示器，其二通过菊花链方式依次连接三台显示器，这就完成了六屏系统。 第二种方法：同样只使用两个mini DisplayPort接口，分别连接一台MTS Hub，再分别接上三台显示器，六屏搞定。 第三种方法：其中一个mini DisplayPort接口连接MST Hub之后扩展四台显示器，另外两个DVI接口分别连接一台，同样是六屏。 MTS Hub还可以连接多种不同分辨率的显示器，全高清、高清、高清+可以并存。 努力拓展产业生态系统支持也是Eyefinity技术的重中之重。迄今为止，DisplayPort接口显示产品在市面上已经超过35款，Eyefinity认证游戏超过45款、兼容游戏数百款，不久前AMD还与显卡厂商合作推出了相对廉价的DisplayPort转单链接DVI适配器。 性能方面，AMD给出的数据是319201080水平模式下，Radeon HD 6850/6850单卡在所有主流游戏中都能获得30FPS以上的稳定帧率，部分还可达到甚至超过60FPS。 配合Eyefinity、CrossFireX技术，AMD双卡互连的执行效率也是越来越搞，号称两块Radeon HD 6850相比单卡的性能提升幅度最高可达惊人的99(Far Cry 2)，少的也能超过80。 319201080三屏模式下，同为双卡的Radeon HD 6870 CrossFireX相比于GeForce GTX 460 1GB SLI的优势也是非常明显，领先幅度少则接近20，多则达到80。当然了，这些都是官方宣传数据，仅供参考。 6）、新特性：3D立体现如今，3D立体已经成为不可阻挡的大势所趋，NVIDIA 3D Vision技术都已经获得了上千件产品的支持，AMD自然也不能落后，此番推出了“HD3D”(高清立体)技术。 不过不同于对手的捆绑式方案，AMD选择了与业界合作的开放态度，灵活提供多种解决方案，给用户自主选择的机会，成本也更低。 AMD的3D立体方案中，自己只提供Radeon HD 6000系列显卡硬件，中间件可选Dynamic Digital Depth(DDD)、iZ3D等供应商合作伙伴的方案(前者的就是TriDef)，视频和蓝光3D播放软件来自ArcSoft、Corel、CyberLink、Roxio，眼镜及发射器来自Bit Cauldron、XpanD、RealD，至于3D电视、投影仪、显示器等显示设备就广泛多了，某些厂商也正在专门针对AMD方案开发和发布相关显示设备。 为了支持3D立体，Radeon HD 6800系列配备的HDMI接口都已经升级支持HDMI 1.4a规范，支持新款3D立体电视和HDMI帧包装格式。 3D游戏方面，AMD Radeon HD 6000支持DX9/10/11四缓冲，配合DDD、iZ3D的转换软件可为400多款游戏带来立体效果，2011年还会有原生的3D立体游戏。 性能上AMD也给出了一些数据。Radeon HD 6870配合iZ3D中间件在优派的120Hz 3D显示器上以1080p全高清分辨率运行3D立体游戏，平均帧率不低于35FPS，高可接近70FPS。4、 HD6900 Cayman 1）、全新内核架构：4D图形与计算无论开发什么新产品，设计人员总要首先设定一些预期目标，然后通过技术上的努力去实现，从而满足市场和用户的需要。可以说，只有合理的目标与顺利的执行有机结合才能诞生一款优秀的产品。 在Cayman Radeon HD 6900系列身上，AMD就提出了四大目标：高效的图形与计算架构、强大的几何性能、新的画质技术、新的能效与功耗管理。下边我们就从这四个方面着手，细细品位Radeon HD 6900的内核架构与技术精髓。 为了实现高效的图形与计算架构，AMD该用了重新定义的VLIW4架构，同时还引入了双图形引擎、更多SIMD引擎与纹理单元、升级的渲染后端、更高的显存带宽、新的GPU计算技术。 VLIW全称为Very Long Instruction Word，意思是超常指令字架构，是一种非常长的指令组合，通过把许多条指令连在一起来增加运算的速度。从第一代DX10 R600内核开始，AMD就一直使用VLIW5方式，又称5D式，也就是五个流处理器编为一组，但并非所有流处理器都是相同的，其中四个较小、较简单，另一个较大、较复杂做为特殊单元。这种架构设计在硬件方面看有着很高的效率和很深的潜力，但是结构比较复杂，对应的软件编程就很困难，始终难以真正发挥全部实力。 如今AMD终于在内核层面翻新为VLIW4方式(4D式)，每个编组由四个流处理器、一个分支单元、一个通用目的寄存器组成，其中四个流处理器的整数、浮点执行功能完全相同(不再有T-Unit)，可以执行四路并行发射，但是特殊功能占据四个发射位中的三个。 AMD宣称，VLIW4架构有着更好的利用率，能将性能与核心面积比提高10，简化调度与寄存器管理，逻辑核心也可以很好地重复使用。 除了前端，渲染器后端也进行了升级，支持写入操作合并，16位整数操作提速两倍，32位浮点操作也快了两到四倍。 GPU并行计算方面，新内核最大的亮点就是增加了一个全局异步寄存器，从而支持异步分配，可以同时执行多个计算内核，每个内核都有自己的命令队列与受保护虚拟寻址域。此外还有两个双向DMA引擎(更快的系统内存读写速度)、着色器读取操作合并、LDS(本地数据存储)直接预取、流控制改进、更快双精度操作(单精度的1/5提高到1/4)。 2）、全新内核架构：曲面细分性能在NVIDIA所谓真DX11的大肆宣传下，几何性能特别是曲面细分性能的地位被提高到了一个夸张的地步，但事实上AMD在这方面早已经历了多个时代的进化，现在更是发展到了第八代曲面细分单元Radeon HD 6800、5000系列分别是第七代和第六代。 Radeon HD 6900配备了两个独立又合作的图形引擎，每时钟周期内都能处理两个原语(Primitive)，具备基于区块的负载均衡，转换和隐面消除率翻番。每个图形引擎内都有一个光栅器与一个第八代曲面细分单元，前者每时钟周期内可处理最多32个像素，后者结合用于更高曲面细分等级的片外缓冲，可实现最多三倍于Radeon HD 5870的曲面细分性能，至少也会有1.5倍。异形大战铁血战士、地铁2033、失落的星球2、潜行者：普里皮亚季的呼唤、Unigine Heaven等一系列NVIDIA宣传自己曲面细分性能强劲的游戏和测试程序中，Radeon HD 6970相比于Radeon HD 5870能带来30-69的大幅性能提升。 不过我们还是想唠叨一句：曲面细分是个好技术，但终究只是DX11技术群中的一份子而已，并不是唯一，多线程、计算着色器、纹理压缩等技术的重要性丝毫不比它弱。AMD、NVIDIA都完全实现了对DX11技术的支持，只不过因为发展思路和策略不同，具体方式和执行效率有所差异，不存在什么真假之说。3）、全新内核架构：AA/AF增强画质画质增强技术方面，AMD每一代新产品都会加入新功能，此番除了形态抗锯齿(MLAA)之外还有增强画质抗锯齿(EQAA)、增强各向异性过滤与纹理过滤。 EQAA其实并不是全新的抗锯齿技术，而是属于多重采样抗锯齿(MSAA)的一种新模式，每像素最多16个覆盖采样点，双倍于标准的MSAA，而且色彩与覆盖采样点的数量可以独立控制，并能够自定义采样模式与过滤器。有趣的是，EQAA兼容自适应抗锯齿(AAA)、超级采样抗锯齿(SSAA)、MLAA，换言之就是能够同时使用，共同改善画质。 AMD宣称，EQAA可以在同等量的显存消耗下带来更好的画质，对性能的影响也最多不过5左右。 MLAA就不再重复介绍了，只看看AMD举的一个例子，照此说来MLAA、MSAA搭档合作效果最佳。4）、全新内核架构：全新功耗管理说起高端显卡，除了强大的性能之外往往还伴随着恐怖的高功耗，以及随之而来的复杂散热器、烦人噪音、巨额电费。GeForce GTX 580引入了硬件电源监控电路，Radeon HD 6900则在Radeon HD 5000/6800系列的基础上又祭出了全新技术“PowerTune”(电源调节)，灵活性上远胜历史悠久的ATI PowePlay。 首先必须解释一个很常见的名字：TDP(热设计功耗)。和微处理器(CPU)一样，GPU图形核心也会在运行中消耗能量，并将其转换成热量，再散发出去，能量消耗的速度受限于系统提供能量、挥发热量的双重能力。为此GPU厂商就向系统制造商提供了热设计功耗这么一个参数，代表稳定运行所需要的最大能量消耗值，方便他们合理地设计系统，而且该参数受电压、核心频率、工作负载、漏电率、环境温度等多种因素的影响。 ATI PowerPlay只是简单地指定了显卡核心与显存频率的两三个等级，分别对应待机、日常负载、游戏和拷机负载等应用，一旦确定就不可再更改。AMD PowerTune则利用显卡上集成的控制处理器来实时监视GPU负载、内部计算GPU功耗，藉此实时动态调整运行频率，从而在满足热设计功耗限制的前提下带来更高的性能，特别是允许GPU在高负载状态下运行于更高的频率。 换句