“开普勒”的望远镜 从传闻看GK104的真实架构

架构：源自GF104还是GF110？

显卡的规格参数也确定了，核心架构也有了准确的消息。Kepler的流处理器单元（NVIDIA也叫CUDA核心，以下统称CUDA核心）也大幅攀升，GK104将拥有1536个CUDA核心，相比GTX 580提高了2倍，NVIDIA如何在芯片面积大降的同时塞入更多的核心呢

回想前两年的情况，对NVIDIA来说开发Fermi架构的过程无疑是艰难的，它太庞大了，但抛开难产的过程不谈，Fermi架构是NVIDIA的得意之作，无论是游戏还是通用计算上都能左右逢源，Kepler显卡的架构不可能重起炉灶，必然是在Fermi架构基础上修改而来。

众所周知，Fermi家族衍生出两大核心，一个是完整版的GF100以及后续的改进型GF110，另外一个就是GF104以及后续优化的GF114（其实GF114=GF104），Kepler更像哪一个架构呢？

GF110架构：高性能、高代价

GF100/GF100架构示意图

首先来看GF110，它分为4组GPC，每组下辖4组SM单元，每组SM单元又有32个CUDA核心，总计有512个CUDA核心，64个纹理单元，48个ROP单元，16个曲面细分单元，搭配6组64bit显存控制器，总计384bit位宽，1536MB显存。

GF110架构中的每组SM单元设计

这些是看得见的参数，实际上Fermi之所以这么设计主要是为了HPC高性能计算，具体到每组SM单元中又是由32个CUDA内核为基础运算单元，每个内核又包括完整功能的整数单元和浮点单元，配备64KB L1缓存，16个LD/ST存储单元以及四个SFU多功能单元。

GF100架构用在通用计算方面的确是最合适的，16组SM意味着16个运算单元（OpenCL计算中是以SM单元数量为计算单位的，GPLBench或者Luxmark中都要看SM单元数量，AMD的现在称为CU单元），GPU通用计算上比前代GT200架构有着质的提高。

当然，GF100的代价也是巨大的，核心面积达到530mm2，发热也很恐怖，第一代GTX 480显卡甚至需要阉割部分CUDA核心才能控制住功耗和发热。

实际上游戏运算跟GPU通用计算并不是一条路，Fermi架构的为了提高数据吞吐量配置了大容量L1、L2缓存对3D游戏用处并不大，所以NVIDIA为Fermi架构准备了B计划，精简规格，提高效率，推出了GF104架构。

GF104:精简，高效

GF114架构示意图

GF104架构首先应用与GTX 460显卡上，GPC只有2组，SM单元数量也从16组减少到8组，但是每组SM单元的CUDA核心数提高到48个，看起来是增加了，不过在其他单元如调度器、寄存器、L1缓存没有增加的情况这意味着资源争抢的情况也多了，对数据计算来说意味着削弱，但是对图形运算来说是增强。

除了CUDA数量变化之外，GF104的L2缓存也减少了，内存控制器减少到4组，位宽256bit，曲面细分单元也减少到8组，但是纹理单元依然维持在64个，ROP单元还有32个，图形性能受损不如规格精简幅度那样大，而功耗与核心面积却大大降低了，无论是GTX 460还是之后的GTX 560 Ti、GTX 560在温度与功耗上反倒比高端显卡还要好。

网上流传的一张GK104架构图，明显更像GF100架构一些

那么Kepler的架构应该源自哪一个？GK104架构确信有1536个流处理器，恰好是GF110的3倍，浴室上个月就有人PS了上面这张图，显示GK104将有16组SM单元，每组SM单元变成96个CUDA核心，恰好符合1536个流处理器的特征。

初看一下似乎也很合理，不过实际情况却不是这样。这么说似乎有些马后炮的感觉，但是GK104并非GF110那样的旗舰定位，而是类似GF114这样的中高端显卡，而且有GF104成功的先例在前，NVIDIA没理由去复制GF110架构设计。

实际上GK104的架构更像GF114

最终的结果就是GK104的架构更像GF104，它的每组SM单元中塞下了192个CUDA核心，是GF110架构的6倍，是GF104架构的4倍，SM单元总数也不是16组，还是8组，这样总计有1536个CUDA核心，1536的数值是这么算出来的，而非GF110乘以3那样。

目前知道的架构设计就是这些，纹理单元未知，不过纹理单元是跟SM中的SFU单元对应的，GF100架构中每组SM单元有4个TA纹理寻址单元、16个TF纹理过滤单元，GF104中每组SM提高到8个TA、32个TF，GK104的纹理单元有说是128个，也有说160个，目前还没有确切消息，需要等到GK104的架构完全公布才能知晓。