AMD RDNA 4架构深度解析：性能全面提升，AI支持增强

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AMD RDNA 4架构深度解析：性能全面提升，AI支持增强

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网易

https://www.163.com/dy/article/JPI8G6O60511CPMT.html

AMD终于公布了其下一代RDNA 4 GPU架构的完整架构细节，该架构是专为Radeon RX 9000系列构建的。与上一代RDNA 3相比，RDNA 4带来了多项重大改进，包括光栅化性能提升近2倍、光线追踪性能提升近2.5倍等。本文将深入解析RDNA 4架构的核心技术细节。

AMD对RDNA 4带来了以下新变化：

针对高端游戏工作负载进行了高度优化
提高光栅化和计算效率
光线追踪性能的重大改进
全面的高性能ML支持
增强所有工作负载的带宽效率
为游戏玩家和创作者提供多媒体改进

RDNA 4的新核心IP

RDNA 4 GPU架构的核心构建块是计算引擎。

新的计算单元配备双SIMD32矢量单元和增强矩阵运算，其中包括：

2x-16b和4x-8b/4b密集矩阵速率
4:2结构化稀疏性，实现+2倍速率
新的8b浮点数据类型
带转置的矩阵负载

RDNA 4还带来了新的着色改进，RDNA 4着色可以动态分配寄存器。它们可以在需要时从池中请求寄存器。它们可以在完成这项工作后将寄存器释放回池中，并且软件会在分配等待时间时管理条件。这可以更好地处理内存延迟，同时共享核心的整体效率可以显著提高。

在标量单元方面，您可以获得新的Float32操作，同时调度更新包括拆分和命名屏障、加速溢出/填充操作和改进的指令预取。

第三代光线追踪单元

RDNA 4带来了第三代光线追踪单元，提供双倍的光线交叉率、改进的BVH压缩、加速的光线遍历和着色以及定向边界框。这些新的光线追踪核心提供了芯片上最大的性能提升之一。每个光线加速器也得到了改进：

2x盒子和三角形交叉单元
硬件实例转换
改进RT栈管理
BVH8和改进的节点压缩
定向边界框

这些新的光线追踪升级还大大降低了BVH的内存要求。平均而言，得益于8宽设计，RDNA 4可将内存要求降低至RDNA 3的60%以下。但这并不是全部。AMD还实施了一种新的解决方案，通过对每个框进行旋转编码来更紧密地绑定所包含的几何图形，从而降低遍历成本，同时将框与几何图形对齐可以帮助消除大部分空间，并且射线方向在进入框时会进行转换以匹配编码的旋转。这可以减少遍历步骤，通过消除遍历热点来降低峰值成本，并将遍历性能提高10%。

这些变化的结果是，与RDNA 3相比，RDNA 4 CU在相同的时钟速率和带宽下提供了2倍的光线遍历性能。

媒体引擎和显示功能

媒体引擎采用双宽度设计，配备更新的编码/解码引擎，AVC、H.264、H.265质量提升高达25%，AV1吞吐量翻倍，并针对低延迟流媒体进行了优化。最后，还有更新的Radiance显示引擎，它现在支持DisplayPort 2.1a、HDMI 2.1b输出和更新的缩放和锐化引擎。

对于AI，AMD正在利用其第三代矩阵加速引擎，该引擎具有改进的张量密集率、新的8b浮点数据类型、结构化稀疏性支持和基于ML的升级或超分辨率。与RDNA 3相比，RDNA 4 CU在FP16的标准场景中将图像生成性能提高了2倍（SDXL 1.5）。

RDNA 4框图（顶部Navi 48芯片）

接下来，我们转到代表完整Navi 48 GPU SKU的RDNA 4框图。RDNA 4 GPU采用台积电4nm工艺节点制造，具有多达539亿个晶体管，SKU尺寸为356.5mm²。该芯片还完全符合PCIe Gen5标准。

Navi 48 GPU（Radeon RX 9070 XT）由四个着色器引擎组成，每个引擎都包含多个“双计算单元”，而不是WGP。每个双计算单元都有两个计算单元，每个着色器引擎总共有8个DCU或16个CU。芯片本身总共有32个DCU或64个CU，总共有4096个流处理器或着色器单元。

每个DCU都有两个光线加速器引擎，每个着色器引擎总共有16个RA，总共有64个RA，而每个DCU还包含4个矩阵加速引擎，每个着色器引擎总共有32个MA，总共有128个MA。每个着色器引擎还包含四个RB+块、一个光栅化器引擎和一个Prim Unit块。芯片外围有四个第三代无限缓存部分和四个4x16位内存控制器。

L2缓存位于GPU的正中间，其中还包括两个Geometry处理器、两个ACE单元以及HWS和DMA各一个。该芯片使用Infinity Fabric连接。