تيرا سكيل (بنية دقيقة)

اعتمدت بنى وحدات معالجة الرسومات السابقة على خطوط أنابيب ثابتة، أي وجود معالجات تظليل منفصلة لكل نوع من أنواع التظليل . أما TeraScale، فتستفيد من العديد من معالجات التظليل المرنة التي يمكن جدولتها لمعالجة أنواع مختلفة من التظليل، مما يزيد بشكل ملحوظ من إنتاجية وحدة معالجة الرسومات (بحسب مزيج تعليمات التطبيق كما هو موضح أدناه). تعالج نواة R600 تظليل الرؤوس والهندسة والبكسل وفقًا لمواصفات Direct3D 10.0 لنموذج التظليل 4.0، بالإضافة إلى دعم كامل لـ OpenGL 3.3. ^{[ 8 ]}

تعتمد وظيفة التظليل الموحدة الجديدة على بنية كلمة التعليمات الطويلة جدًا (VLIW) حيث يقوم المعالج بتنفيذ العمليات بالتوازي. ^{[ 9 ]}

تُقسّم مجموعة التظليل إلى 5 وحدات معالجة تدفقية. تستطيع كل وحدة معالجة تدفقية تنفيذ تعليمة واحدة من تعليمات الضرب والجمع والطرح (MAD أو ADD أو MUL) للأعداد العشرية أحادية الدقة لكل دورة ساعة، بالإضافة إلى تعليمة الضرب النقطي (DP، وحالة خاصة عند دمج وحدات الحساب والمنطق)، وتعليمة الجمع للأعداد الصحيحة. ^{[ 10 ]} أما الوحدة الخامسة فهي أكثر تعقيدًا، وتستطيع أيضًا معالجة الدوال المتسامية الخاصة مثل الجيب وجيب التمام . ^{[ 10 ]} تستطيع كل مجموعة تظليل تنفيذ 6 تعليمات لكل دورة ساعة (ذروة)، تتكون من 5 تعليمات تظليل بالإضافة إلى تعليمة تفرع واحدة. ^{[ 10 ]}

تجدر الإشارة إلى أن بنية VLIW تُثير بعض التحديات الكلاسيكية المتأصلة في تصميمات VLIW، وتحديدًا الحفاظ على تدفق التعليمات الأمثل. ^{[ 9 ]} إضافةً إلى ذلك، لا يمكن للشريحة إصدار تعليمات متزامنة عندما تعتمد إحداها على نتائج الأخرى. يعتمد أداء وحدة معالجة الرسومات بشكل كبير على مزيج التعليمات المستخدمة في التطبيق، وعلى مدى كفاءة مُترجم الوقت الحقيقي في برنامج التشغيل في تنظيم هذه التعليمات. ^{[ 10 ]}

تحتوي نواة R600 على 64 مجموعة تظليل، بينما تحتوي نوى RV610 و RV630 على 8 و 24 مجموعة تظليل على التوالي.

تتضمن TeraScale وحدات متعددة قادرة على تنفيذ عملية التجزئة . وهي مشابهة للوحدات القابلة للبرمجة في وحدة معالجة الرسومات Xenos المستخدمة في جهاز Xbox 360.

تم تحديد التجزئة رسميًا في واجهات برمجة التطبيقات الرئيسية بدءًا من DirectX 11 وOpenGL 4.0. تتوافق وحدات معالجة الرسومات TeraScale 1 (سلسلة HD 2000 و3000 و4000) فقط مع Direct3D 10 وOpenGL 3.3، وبالتالي فهي تُطبّق مبدأ تجزئة مختلفًا يستخدم امتدادات واجهة برمجة تطبيقات خاصة بالشركة المصنعة. ^{[ 11 ]} كانت وحدات معالجة الرسومات TeraScale 2 (بدءًا من سلسلة Radeon HD 5000 ) أول من توافق مع تقنيات التجزئة لكل من Direct3D 11 وOpenGL 4.0. ^{[ 12 ]} على الرغم من أن مُجزئ TeraScale 1 أبسط تصميمًا، إلا أن AMD تصفه بأنه مجموعة فرعية من معيار التجزئة الأحدث. ^{[ 13 ]}

تتيح وحدات التجزئة في TeraScale للمطورين تقسيم شبكة مضلعات بسيطة باستخدام دالة تقييم سطح منحني. توجد أشكال تجزئة مختلفة، مثل أسطح بيزير ذات الرقع المتعددة ، وخطوط بي-سبلاين ، وخطوط NURBS ، بالإضافة إلى بعض تقنيات تقسيم السطح، والتي تتضمن عادةً رسم خرائط الإزاحة أو نوعًا من النسيج. ^{[ 14 ]} بشكل أساسي، يسمح هذا بزيادة كثافة المضلعات بشكل كبير في نموذج بسيط منخفض المضلعات في الوقت الفعلي مع تأثير ضئيل جدًا على الأداء. لاحظ سكوت واسون من Tech Report خلال عرض توضيحي لشركة AMD أن النموذج الناتج كان كثيفًا للغاية بملايين المضلعات لدرجة أنه بدا وكأنه جسم صلب. ^{[ 9 ]}

يُذكرنا جهاز TeraScale tessellator بـ ATI TruForm ، وهو الاسم التجاري لوحدة تجزئة الأجهزة المبكرة المستخدمة في البداية في Radeon 8500. ^{[ 15 ]}

لم تحظَ تقنية ATI TruForm باهتمام كبير من مطوري البرامج. بعض الألعاب (مثل Madden NFL 2004 و Serious Sam و Unreal Tournament 2003 و 2004 ، ولعبة Morrowind غير الرسمية) دعمت تقنية التجزئة من ATI. يعود هذا التبني البطيء إلى عدم توفر هذه الميزة في معالجات NVIDIA الرسومية، حيث اعتمدت الأخيرة حلاً منافسًا للتجزئة باستخدام تصحيحات Quintic-RT، ما أدى إلى دعم أقل من مطوري الألعاب الرئيسيين. ^{[ 16 ]} وبما أن معالج Xbox 360 الرسومي مبني على بنية ATI، فقد اعتبرت مايكروسوفت تجزئة الأسطح المُسرّعة بالأجهزة ميزةً رئيسيةً في معالج الرسوميات. وبعد بضع سنوات، أصبحت ميزة التجزئة إلزامية مع إصدار DirectX 11 في عام 2009. ^{[ 14 ] [ 17 ]}

على الرغم من أن مبدأ التجزئة الذي طُرح مع TeraScale لم يكن جزءًا من متطلبات OpenGL 3.3 أو Direct3D 10.0، وأن المنافسين مثل سلسلة GeForce 8 كانوا يفتقرون إلى أجهزة مماثلة، فقد أضافت مايكروسوفت ميزة التجزئة كجزء من خططها المستقبلية لـ DirectX 10.1. ^{[ 17 ]} وأخيرًا، قدمت مايكروسوفت التجزئة كإمكانية مطلوبة ليس مع DirectX 10.1 بل مع DirectX 11. ^{[ 18 ]}

تُعد معالجة GCN الهندسية أحدث حلول AMD (التي استحوذت على أعمال وحدة معالجة الرسومات ATI) لتنفيذ التجزئة باستخدام وحدة معالجة الرسومات.

على الرغم من أن معالج الرسوميات R600 يمثل نقلة نوعية عن التصاميم السابقة، إلا أنه لا يزال يشترك في العديد من الميزات مع سلفه، Radeon R520 . ^{[ 9 ]} يُعد معالج الإرسال فائق الخيوط مكونًا معماريًا رئيسيًا في نواة R600، تمامًا كما كان الحال مع وحدات معالجة الرسومات Radeon X1000. يدير هذا المعالج عددًا كبيرًا من الخيوط قيد التنفيذ من ثلاثة أنواع متميزة (تظليل الرؤوس، والهندسة، والبكسل) ويقوم بالتبديل بينها حسب الحاجة. ^{[ 9 ]} مع إدارة هذا العدد الكبير من الخيوط في وقت واحد، يصبح من الممكن إعادة تنظيم ترتيب الخيوط لتحقيق الاستخدام الأمثل للمظللات. بعبارة أخرى، يُقيّم معالج الإرسال ما يُنفذ في الأجزاء الأخرى من R600 ويحاول الحفاظ على أعلى كفاءة معالجة ممكنة. توجد أيضًا مستويات إدارة أدنى؛ فلكل مصفوفة SIMD مكونة من 80 معالج تدفق مُسلسل ومُحكِّم خاص بها. يُحدد المُحكِّم الخيط الذي سيتم معالجته تاليًا، بينما يحاول المُسلسل إعادة ترتيب التعليمات لتحقيق أفضل أداء ممكن داخل كل خيط. ^{[ 9 ]}

تتشابه عملية معالجة الصور والإخراج النهائي على نواة R600 مع تلك الموجودة في R580، ولكنها تختلف عنها في بعض الجوانب. تُجهز R600 بأربع وحدات معالجة صور منفصلة (مستقلة) عن نواة التظليل، كما هو الحال في وحدات معالجة الرسومات R520 وR580. ^{[ 9 ]} تؤدي وحدات إخراج العرض (ROPs) في سلسلة Radeon HD 2000 الآن مهمة منع التعرج متعدد العينات (MSAA) باستخدام شبكات عينات قابلة للبرمجة بحد أقصى 8 نقاط عينة، بدلاً من استخدام مُظللات البكسل كما في سلسلة Radeon X1000 . ومن الميزات الجديدة أيضًا إمكانية ترشيح صور FP16، الشائعة في إضاءة HDR ، بكامل السرعة. كما يمكن لوحدات ROPs إجراء ترشيح ثلاثي الخطوط وترشيح متباين الخواص على جميع تنسيقات الصور. في R600s، يصل هذا إلى 16 بكسل لكل دورة ساعة لصور FP16، بينما يتم ترشيح صور FP32 عالية الدقة بنصف السرعة (8 بكسل لكل دورة ساعة). ^{[ 9 ]}

تتميز إمكانيات منع التعرجات في معالج R600 بقوة أكبر من سلسلة R520. فبالإضافة إلى قدرته على تنفيذ MSAA بمقدار 8×، مقارنةً بـ 6× في معالجات R300 إلى R580، يتميز R600 بوضع جديد لمنع التعرجات باستخدام مرشحات مخصصة (CFAA). يشير CFAA إلى تطبيق مرشحات غير مربعة الشكل، حيث تفحص البكسلات المحيطة بالبكسل المُعالَج لحساب اللون النهائي ومنع التعرجات في الصورة. ^{[ 10 ]} يتم تنفيذ CFAA بواسطة وحدات التظليل (Shaders) بدلاً من وحدات ROPs. يوفر هذا إمكانية برمجة محسّنة بشكل كبير نظرًا لإمكانية تخصيص المرشحات، ولكنه قد يُسبب أيضًا مشكلات في الأداء بسبب استخدام موارد وحدات التظليل. منذ إطلاق R600، يستخدم CFAA مرشحات خيمة واسعة وضيقة. في هذه الحالة، يتم ترجيح العينات من خارج البكسل المُعالَج خطيًا بناءً على بُعدها عن مركز البكسل، مع تعديل الدالة الخطية بناءً على المرشح المُختار (واسع أو ضيق). ^{[ 10 ]}

تتصل وحدات التحكم بالذاكرة عبر ناقل حلقي ثنائي الاتجاه داخلي مُلتف حول المعالج. في بطاقة Radeon HD 2900، يبلغ عرض الناقل الحلقي 1024 بت (512 بت للقراءة و512 بت للكتابة)، مع 8 قنوات ذاكرة 64 بت، ليصبح إجمالي عرض الناقل 512 بت في طراز 2900 XT؛ ^{[ 9 ]} وفي بطاقة Radeon HD 3800، يبلغ عرض الناقل الحلقي 512 بت؛ وفي بطاقتي Radeon HD 2600 وHD 3600، يبلغ عرضه 256 بت؛ أما في بطاقتي Radeon HD 2400 وHD 3400، فلا يوجد ناقل حلقي.

شهدت السلسلة تحديثًا لنصف جيل مع إصدارات مصغّرة (55  نانومتر): RV670 وRV635 وRV620. تدعم جميع الإصدارات PCI Express 2.0 و DirectX 10.1 مع ميزات Shader Model 4.1 وOpenGL 3.3 ووحدة فك تشفير الفيديو الموحدة ATI (UVD) المخصصة لجميع الطرازات ^{[ 19 ]} وتقنية PowerPlay لبطاقات الفيديو المكتبية. ^{[ 20 ]}

باستثناء سلسلة Radeon HD 3800، دعمت جميع الإصدارات مخرجين مدمجين من نوع DisplayPort، يدعمان شاشات 24 و30 بت بدقة تصل إلى 2560×1600. يحتوي كل مخرج على 1 أو 2 أو 4 مسارات، بمعدل بيانات يصل إلى 2.7  جيجابت/ثانية لكل مسار.

زعمت شركة ATI أن دعم DirectX 10.1 سيؤدي إلى تحسين الأداء وكفاءة المعالجة مع تقليل خطأ التقريب (0.5 ULP مقارنة بمتوسط ​​خطأ 1.0 ULP كخطأ مقبول)، وتحسين تفاصيل الصورة وجودتها والإضاءة العالمية (وهي تقنية تستخدم في أفلام الرسوم المتحركة وغيرها، مما يمنح تجربة ألعاب أكثر واقعية ^{[ 21 ]} ).  

• سلسلة Radeon HD 2000
• سلسلة Radeon HD 3000
• سلسلة Radeon HD 4000

يرتبط كل متحكم بالذاكرة بوحدتي ROP رباعيتين ، واحدة لكل قناة 64 بت،  وذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني مخصصة بسعة 512 كيلوبايت. ^{[ 23 ]}

يدعم هذا النظام تقنية AMD PowerPlay، التي تتضمن تغيير تردد التشغيل الديناميكي والعديد من التقنيات الأخرى التي تهدف إلى تقليل استهلاك الطاقة.

• رقائق إيفرغرين:
  • سيدار آر في 810
  • سايبرس RV870
  • هيملوك R800
  • جونيبر RV840
  • ريدوود RV830
• رقائق البطاطس من الجزر الشمالية:
  • بارتس RV940
  • كايكوس RV910
  • Turks RV930
• وحدات المعالجة المساعدة التي تتضمن معالج رسومات مدمج من نوع TeraScale 2:
  • يانو
  • أونتاريو
  • زاكيت

تم تقديم تقنية AMD PowerTune، وهي تقنية لتغيير تردد المعالج الرسومي ديناميكيًا ، مع سلسلة Radeon HD 6900 في 15 ديسمبر 2010، وشهدت تطويرًا مستمرًا، كما هو موثق في بعض مراجعات موقع AnandTech . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

• رقائق البطاطس من الجزر الشمالية:
  • كايمان RV970
  • جزر الأنتيل R900
  • تتضمن ترينيتي وريتشلاند وحدة معالجة بيانات متكاملة من نوع TeraScale 3