GPU通用计算：ATI向左NVIDIA向右？

    3.G80横空出世 NV谋划通用计算

　　2006年的11月份，NVIDIA首先推出了支持DX10规范的新一代显卡，首批显卡包括定位旗舰的GeForce 8800 Ultra（定价800-1000$）、高端的GeForce 8800 GTX（599$）以及次高端的GeForce 8800 GTS（399-499$），这三款显卡全部基于NVIDIA的G80架构，率先支持了DX10规范（与当前的情景有几分相像）。

　　G80架构的成功是NVIDIA近三年最为得意的资本之一，即便是当前的中低端显卡也受益于G80衍生出的G92/G94架构，由8800 GTX工艺升级而来的9800 GTX再到现在的GTS 250酣战了对手三代显卡，直到现在仍是玩家的最佳选择之一。G80架构能够实现这一切都要归功于当时架构设计的优异，NVIDIA放弃了以往显卡的矢量运算单元，改用复杂但是效率更高的标量运算。

　　前面已经提到AMD与NVIDIA在流处理器设计思路上的不同，DX10规格了统一渲染单元的功能，但是如何具体实现统一渲染功能可由厂商定夺。AMD沿用了传统的SIMD架构，坚持4D+1D的运算方式，每个流处理器的设计方式也很简单，同时也可以大幅提高流处理器单元的数量。G80则革命性地使用了MIMD指令架构，内部单元完全针对1D标量设计，执行1D、2D、3D指令效率很高，代价则是设计复杂，晶体管规模庞大而成本高昂。

G80架构设计图

　　G80架构拥有128个流处理器（以下简称SP）、64个纹理单元和24个光栅单元，由8个阵列组成，NVIDIA定义为线程处理阵列（TPC，Thread Processing Cluster），每个TPC拥有16个sp和8个纹理单元。每阵列中的sp单元也分为两组，每组8个sp，这8个sp也被称为一组streaming multiprocesser（简称SM）单元。每一个阵列都拥有独立的8个纹理过滤单元（Texture filtering unit,TF）、4个纹理寻址单元（Texture address unit,TA）以及L1缓存。详细结构如下：

每阵列的详细结构

　　在有关G80显卡的分析与测试中，大家对其游戏性能更为关注，G80显卡也在这点上交出了满意的答卷。不过游戏应用并非全部，殊不知NVIDIA在推出G80之际也推出了名为CUDA（Compute Unified Device Architecture）的GPU通用计算环境技术，除了最早发布的8800 Ultra/GTX只支持CUDA 1.0，其余衍生出的核心则可以支持CUDA 1.1，以此类推的GT200架构支持CUDA 2.x，最新的Fermi将会支持CUDA 3.x。

　　有关显卡的通用计算并非NVIDIA首创，在此之前已经有许多公司尝试过，就连老对手ATI在Folding@Home项目上都比NVIDIA起步要早，但在DX10统一渲染器出现之前显卡通用计算技术的发展一直处于较低水平，流处理器的出现使其有了充当CPU的可能，而在支持环境上，CUDA的出现解决了软件开发环境的问题。

　　G80架构身上还有另外一个第一一首次支持C语言的显卡架构，而CUDA的核心其实就是一个C语言编译器，程序员无需学习额外的编程语言，直接使用他们熟知的C语言编程，通过CUDA的编译即可直接调用GPU硬件资源，而在此之前的GPU通用计算，程序必须映射到GPU能够处理的DX或者OpenGL这样晦涩难懂的API才能“骗”过GPU执行通用计算。换言之，CUDA的出现降低了GPU开发的门槛，借助GPU强大的浮点运算能力，开发者可以用标准的C语言编程实现CPU也无法企及的大规模并行计算。

　　很快NVIDIA就发布了Tesla品牌，借助G80架构的通用计算能力进军HPC高性能计算机市场，抢占传统CPU服务器的领地。