流處理器緣何差6倍！A/N GPU架構解析

    到了DX10時代，不再區分像素單元和頂點單元，還加入了新的幾何著色單元，這樣GPU的Shader單元不僅要處理像素和頂點操作，還要負責幾何等其它操作，混合型指令所占比重越來越大，必須放棄傳統的管線式架構。

● G80的標量流處理器架構

    因此，NVIDIA從G80開始架構作了變化，把原來的4D著色單元徹底打散，流處理器不再針對矢量設計，而是統統改成了標量運算單元。每一個ALU都有自己的專屬指令發射器，初代產品擁有128個這樣的1D運算器，稱之為流處理器。這些流處理器可以按照動態流控制智能的執行各種4D/3D/2D/1D指令，無論什么類型的指令執行效率都能接近于100%！

G8X家族核心架構圖

    如此一來，對于依然占據主流的4D矢量操作來說，G80需要讓1個流處理器在4個周期內才能完成，或者是調動4個流處理器在1個周期內完成，那么G80的執行效率豈不是很低？沒錯，所以NVIDIA大幅提升了流處理器工作頻率（兩倍于核心頻率），擴充了流處理器的規模（128個），這樣G80的128個標量流處理器的運算能力就基本相當于傳統的64個（128×2/4）4D矢量ALU。

G8X/G9X系列：8個流處理器為一組，2x8=16個為一簇

    當然這只是在處理4D指令時的情形，隨著圖形畫面越來越復雜，1D、2D、3D指令所占比例正在逐年增多，而G80在遇到這種指令時可說是如魚得水，與4D一樣不會有任何效能損失，指令轉換效率高并且對指令的適應性非常好，這樣G80就將GPU Shader執行效率提升到了新的境界！

MIMD架構示意圖

    與傳統的SIMD架構不同，G80的這種標量流處理器被稱為MIMD（Multiple Instruction Multiple Data，多指令多數據流）架構。G80的架構聽起來很完美，但也存在不可忽視的缺點：根據前面的分析可以得知，4個1D標量ALU和1個4D矢量ALU的運算能力是相當的，但是前者需要4個指令發射端和4個控制單元，而后者只需要1個，如此一來MIMD架構所占用的晶體管數將遠大于SIMD架構！