AMD Radeon HD 7970显卡深度评测

历史总是惊人地相似，AMD在推出首款DirectX 11显卡以后，再次领先NVIDIA推出首款DirectX 11.1显卡—Radeon HD 7970。这款产品对AMD来说具有划时代的意义，因为它和之前HD 2000～HD 6000系列的任何一款显卡都不同，采用了革命性的GCN图形架构，给出了未来AMD显卡的发展方向。再加上它是第一款采用28nm工艺和支持PCI-E 3.0的显卡，这使得它想不火都难。

架构演变：HD 7970的革命之路

从HD 2000系列开始，一直到HD 5000系列，AMD（ATI）显卡在架构上一直没有本质性的改变，始终采用的是VLIW5设计。新产品只是在上一代产品上小幅修改，并没有实质性的突破。到了Cayman核心的HD 6900系列，AMD意识到既有的架构在DirectX 11游戏和不少应用中出现了瓶颈，一味堆砌核心规格并不能显著提升显卡的性能。于是我们看到，HD 6900系列首次作出了尝试。它将VLIW 5改进到VLIW 4，去掉了一个较大的ALU.trans单元，实现了四个对等的流处理单元，计算效率得到了提升。这样的设计，曾被我们称之为“自R600以来大的架构变革”。不过就在我们以为AMD将会遵循Cayman的“VLIW 4改革步伐”，对下一代产品进行改良和突破时，AMD却悄然推出了采用GCN（Graphics Core Next）全新架构、代号为Tahiti核心设计的HD 7900系列显卡，实现了华丽的转身。

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从今天来看，AMD推出Cayman更像是一次在改革路上的投石问路之举，真正的革命则是在Tahiti上。Tahiti的革命之处在于将AMD长久以来坚持的VLIW架构彻底抛弃，为AMD打开了迈向未来通用计算的大门。从目前的计算趋势来看，通用计算在游戏中被大量使用后，将成为显卡性能的约束性因素。对通用计算支持不好的显卡，在遇到需要进行通用计算处理的任务时，如多光源等较复杂的计算时性能会明显下降。目前DirectX 11游戏越来越多，需要应用到通用计算的场合也越来越多，因此AMD选择在这个时候彻底改革架构是相当明智的。另一方面，GPU计算蓬勃发展的时代已经来临，GPU将在高性能计算领域发挥更重要的作用。而AMD过去的VLIW 5、VLIW 4架构的产品在这方面的表现并不好，远远不如NVIDIA。因此AMD欲搭上GPU计算这班高速列车的话，就势必对图形架构进行大刀阔斧的变革。

GCN图形架构解读

目前，采用Tahiti核心的主要有HD 7970和HD 7950。AMD首先发布的是HD 7970，定位于AMD单核心显卡中的旗舰产品，将接替之前的Radeon HD 6970。它在国内的官方定价为4299元，内建2048个流处理算术逻辑单元、32个CU阵列、128个纹理单元以及32个ROP（光栅处理单元），大浮点计算能力达到了3.79TFLOPs。该卡搭载3GB/GDDR5/384bit显存，核心频率和显存频率分别为925MHz和5500MHz。根据AMD给出的数据，HD 7970在PowerTune大满载功耗下是250W，一般游戏满载功耗是210W，低功耗只有3W，需要8pin+6pin的外接供电。

HD 7950作为采用Tahiti核心的另一款产品，并没有随HD 7970一起发布。目前的消息是，AMD将在1月底或者2月初发布HD 7950。其流处理算数逻辑单元从2048个缩减到1792个，也就是屏蔽了4个CU单元。不过好在它的显存位宽依旧维持在384bit，显存容量保持在3GB不变（下游厂商也可以缩减到1.5GB）。接下来，就让我们从图形架构层面来看看Tahiti的革命性变化吧。

CU单元：基于SIMD阵列的MIMD架构

AMD称GCN在架构设计上为“基于SIMD阵列的MIMD架构（GCN is a MIMD architecture with a SIMD array）”。从AMD的官方表态上我们可以看出，GCN本身并没有彻底地转向MIMD，而是保留了SIMD的特征。那么AMD是如何在保留SIMD特征的基础上采用MIMD架构的呢？

Tahiti拥有32组CU单元

为了解释这个问题，我们先抛开GCN架构的外围部分，从AMD宣称的CU单元，也就是“Compute Unit”计算单元开始了解。在AMD公布的架构图中，CU单元被表示成32组黑色的、命名为GCN的块。这32组CU单元占据了架构图的绝大部分面积。从单个CU单元来看，每个CU单元中有64个ALU（算术逻辑）单元，Radeon HD 7970标称的2048个流处理算术逻辑单元就是这样来的（32×64=2048个）。也就是说，这2048个ALU单元就是GCN架构的基础运算单元。

采用全新设计的CU单元

再进一步分析下去，每一个CU单元中，主要的是矢量计算单元，也就是Vector Unit。这个单元中有4个16路的SIMD计算子模块（每个SIMD模块拥有16个ALU，一共组成16路，可以处理同时并行的16个乘加指令计算），还配备了4个64KB的矢量寄存器（每个SIMD计算子模块各1个）。这4个16路的SIMD计算子模块是CU的数据执行基础。从单个CU的角度来看，1个CU在每个时钟周期内可以执行4个不同的16路矢量线程，可以称为MIMD（多指令多数据流）。而这4个矢量线程在执行时每个线程内都使用的是16路的SIMD计算子模块，因此GCN在底层上采用了单指令多数据流的设计方式。

这样一来，我们就不难理解AMD为什么称自己的产品设计为“基于SIMD阵列的MIMD架构”了。AMD依旧使用了SIMD阵列作为数据执行基础，但在更高一级的层面上采用了四路SIMD单元并行的设计方案。在实际数据操作中，AMD设计的线程调度器会每次派发64粒度的线程给CU单元，CU单元将其直接分配给由4个16路SIMD组成的计算单元计算，在理想的情况下一个CU单元一个周期就可以执行64粒度的线程操作。

相比上一代Cayman采用的VLIW 4架构，虽然它看起来都是每个周期可以执行四次操作，但实际上Cayman这四次操作是有一定的“关联度”的。因为这四次操作必须来自一条指令。如果来的指令只需要3个或者2个ALU计算，那么剩余的ALU只有闲置。但是在GCN这里，如果来的指令需要3个ALU计算，由于底层的四个16路的SIMD单元没有强制的捆绑关系，因此可以自由处理，理论效率接近100%。举个简单例子来说，如果有2个指令，分别同时需要2个ALU计算，在Cayman的单个VLIW 4单元执行时，这2个指令必须分两次执行。但是在GCN的CU上，可以一次执行来自两个指令的4个ALU操作，因此效率大大提升。我们举出这个孤立的例子，仅仅为了说明GCN的数据执行效率的变化，在实际处理中，AMD会采用各种手段来尽量优化分配指令，保证高效率——这并不是本文讨论的重点，我们只需要看到GCN在效率上相对前代产品的超高表现即可。总体而言，GCN与VLIW4（VLIW5）有一定关联，都采用并行运行方式，但两者在执行方式上却截然不同。采用VLIW设计的产品，使用的是提取指令级（ILP）的并行方式，GCN则采用线程级并行（TLP）方式，省略了指令打包、派送、解包的过程。

说完了重要的计算单元，CU中还有一些其它部分值得我们注意。比如除了矢量计算单元外，每个CU中还有一个用于执行整数、媒体指令和浮点原子操作的标量单元。这个标量单元拥有4KB的标量寄存器。此外，还有与数据分支指令有关的分支和信息单元、程序调度管理单元、纹理拾取模块、纹理滤波单元、共享的64KB只读本地数据缓存和16KB可读写L1数据缓存。这些部分在GCN架构的合理调配下，组成了精巧而灵活的CU单元。

缓存：更灵活有效的缓存设计

在之前的Fermi上，我们看到了NVIDIA设计的极为优秀、层级鲜明、灵活可读取的缓存设计，这对通用计算来说帮助相当明显。不过当时AMD的Cayman采用比较保守的VLIW 4架构，缓存设计也基本没有太多亮点。这也是Cayman通用计算能力较差的原因之一。

在新的Tahiti上，AMD彻底改进了GPU的缓存方案，采用了类似Fermi的多级高速缓存搭配。在上一部分对CU的介绍中，我们看到了CU设计了缓存单元。实际上CU中的缓存仅仅是整个GCN架构缓存设计的一部分。除了每个CU中的标量单元和矢量单元都有自己的独立缓存外，每4个CU单元还可以共享16KB的矢量缓存以及32KB的指令缓存。另外每个CU还拥有16KB的L1可读写缓存，所有L1缓存都可以通过全局数据存储进行共享，这样32个CU一共拥有512KB的L1缓存。

除了L1缓存外，GCN还设计了可读写的L2缓存。L2缓存直接连接了显存控制器和L1缓存。每个显存控制器通道上连接的L2缓存都通过64bit位宽的总线和L1相连接，每个通道的L2缓存的容量为128KB。目前GCN架构的Radeon HD 7970拥有6个64bit的显存控制器，组成了384bit的显存带宽，因此L2缓存总量为768KB。

Tahiti使用了丰富的缓存设计

Tahiti如此设计L2缓存还带来了一个优势，那就是它的缓存可以与CPU内存数据同步，这样在通用计算中能大幅度提高GPU和CPU的数据交换能力。除此之外，Tahiti也能够支持X86虚拟内存功能。这个功能的主要作用是将GPU的显存映射为CPU的内存，CPU可以直接读取GPU显存中的数据，速度要比读取调用内存、硬盘中的数据速度快很多，能大幅度降低延迟。

Tahiti使用了丰富的缓存设计

纵观GCN的缓存设计，Tahiti形成了自己多层级的、可读写的缓存存取方案，不但大大改善了GCN架构的通用计算效能，也顺带提升了GCN架构在多种应用环境下的实际表现，让存储成为计算瓶颈的可能性大大降低。

曲面细分、ROP等功能：继续增强

在基本了解了AMD是如何设计GCN的核心部分、CU单元以及缓存设计后，我们从宏观角度来观察这颗芯片的其他方面的设计情况。

首先从架构顶端来看，GCN虽然和之前的Cayman比较类似，但加入了两个被称作ACE的引擎。ACE全称是Asynchronous Compute Engine，异步计算引擎。它的作用是调配管理所有的线程和任务队列，根据任务优先级优化和排序，并终将这些任务发配给CU单元进行计算。这大大增强了Tahiti对任务的优化排序能力，更有效地降低了计算中的无谓浪费和等待时间，同时也提升了缓存的使用效率。从数据处理的本质来看，图形计算依旧是顺序执行，GPU需要按照处理顺序一步一步地执行操作。ACE单元虽然不能像X86的CPU那样做到乱序执行，但至少能在目前有限的操作空间内大幅度提升GPU的效率。从互联角度来看，ACE联系了几乎所有的全局缓存、几何引擎以及指令处理单元。这也说明了其重要性。

AMD显卡的曲面细分能力一直为人所诟病，为此在AMD在Cayman上设计了双几何处理引擎，以加强曲面细分的性能。在Tahiti上，AMD继续沿用了这种设计，并宣称该双几何处理引擎从Cayman的第八代进化到第九代。根据AMD提供的官方数据来看，新的几何处理器引擎在加入了ACE的控制、提高了缓存设计以及强化了相关单元的情况下，相比Cayman至少可以达到1.8倍左右的性能提升（在5级的曲面细分下），多可以达到4倍的提升（在14级曲面细分系数下）。在更高的曲面细分系数如20级以后，至少也有3.5倍的性能提升。

接下来是Tahiti的ROP和显存控制器设计。以Radeon HD 7970为例，这款显卡拥有32个ROP单元，每周期可以执行32个色彩处理以及128个Z/Stencil处理。从参数来看，虽然ROP数量相比上代Cayman的产品没有提升，但和ROP性能有关联的显存带宽得到了提升—这是AMD近年来首次采用384bit显存位宽，相比上代256bit提升了约50%。再加上AMD一贯的高频率显存，采用GCN架构的Radeon HD 7970的显存带宽高达264GB/s。更高的显存带宽，在对显存带宽渴求度比较高的应用如抗锯齿、高分辨率等计算中，会有比较明显的性能提升。

AMD的新功能：全面看HD 7970

在看完有关GCN架构的相关知识后，我们接下来将展示GCN架构目前唯一一款产品——HD 7970的一些新技术和新功能。

28nm加持：晶体管数量多的产品

AMD在工艺上的把握相比NVIDIA要更为激进一些。基本上近年来的新工艺都是AMD抢先使用并推出成品上市，例如早采用40nm工艺的HD 4770。在28nm上，如果单纯从发布时间看，AMD这次至少领先NVIDIA一个季度左右。Radeon HD 7970就是AMD首先尝试了TSMC的28nm HP工艺的代表产品。

TSMC在28nm工艺上首次采用了HKMG（高K金属栅极）和Gate-last两种技术。首先，高K金属栅极之前在英特尔的45nm产品上就开始采用。其主要特点是采用高介电质材料，提高栅极介电常数，可以更好地分隔栅极和晶体管的其他部分，和大幅度降低漏电电流。TSMC是首次使用HKMG材料于晶体管制造中，并且是更为精细的28nm产品，难度可想而知。其次，Gate-last技术和之前技术的不同在于，需要进行高温退火等多个步骤，后才形成金属栅极。这种新技术可以将晶体管的门限电压控制得相当出色，在保持晶体管密度不变外，还能够带来额外的硅应变力。不过这些新技术也有一定问题。主要是新工艺生产的晶体管的产品结构很难实现平整化，必须要在设计端就开始进行调整和改动。在这一点上，AMD肯定没有少花功夫，在产品设计之初就应该和TSMC进行了深入的合作，并且终将这些合作结果反映在实际产品中。目前TSMC的28nm产品分为四种，Tahiti采用的是代号为28HP的High-K金属栅极（HKMG）的高性能工艺。该工艺用于制造高性能处理器和GPU产品，拥有好的每瓦特性能，频率也可以得到2GHz以上，NVIDIA也有可能选择这个工艺制造自己的下一代GPU。

采用28nm工艺生产的Tahiti核心

从终产品来看，HD 7970在拥有43亿晶体管的情况下，核心面积比40nm的HD 6970反而更小，仅有365平方毫米（HD 6970是389平方毫米）。这样计算下来，晶体管增加60%，面积缩小了6%。可见TSMC的新工艺相比上代产品有大幅度进步，几乎拥有40nm工艺2倍的晶体管密度。另外，HD 7970不但核心面积更小，功耗更低，超频能力也相当强悍。默认电压下突破1GHz比较轻松，而更高的频率如1.2GHz、1.3GHz也不少见。联想到AMD在HD 7970的PCB上减省了一相供电和GPU核心如此强大的超频潜力，我们有理由相信AMD在未来将推出更高频版本的产品来应对NVIDIA的竞争。

显卡生产工艺的进化

不过新工艺早期毕竟存在一些风险，AMD早在12月底就在国外纸面发布了HD 7970，国内的上市日期则一拖再拖到2011年1月9号，才正式发布和上市。根据一些渠道消息，第一批销售的Radeon HD 7970的数量并不多，可能还存在TSMC良率较低、产能不足的影响在内。

台积电的28nm工艺栅极平面图

加了0.1：首款支持DirectX 11.1的显卡

这次除了架构上的变化外，HD 7970还能够支持新的DirectX 11.1。目前来看，DirectX 11.1暂时没有什么用处，因为它要等到Windows 8发布的时候才会正式面世。不过AMD自从在Radeon X800系列的DirectX支持上吃了亏以后，从此紧跟微软步伐，不但首发了DirectX 11产品，这次也特别首发了DirectX 11.1的产品，足以看出AMD对DirectX的重视程度。

一般来说，DirectX产品中带0.1的版本改进都颇小，基本上是增添一些附加功能。在之前的DirectX 10到DirectX 10.1上，增加了一些对光影处理的内容，而采用它的游戏也屈指可数。这次在DirectX 11.1上，情况也差不多。

DirectX 11.1重要的改进在于3D立体技术被写入D3D API中。这样一来，游戏厂商开发支持3D立体视觉的游戏就更为简单。目前市场上比较流行的3D立体效果，除了NVIDIA的3D Vision外，还有AMD和厂商联合推广的HD3D，这些技术本身都带有一定的厂商倾向性。但DirectX 11.1加入了对3D立体技术的支持，使得业界有了一个统一标准。不过DirectX 11.1对3D立体技术的支持并非是封闭和排他的，DirectX 11.1不排斥第三方3D立体方案，厂商可以自由选择。其他方面，DirectX 11.1比较重要改进的有目标独立光栅化等功能，不过对普通用户来说暂时看不出有太多视觉上的改变，还有如FP64双精度浮点支持等对普通用户来说就更为遥远了。

在更底层方面，DirectX 11.1带来了新的Windows显示驱动模型WDDM 1.2，以及新的DirectX图形基础架构DXGI 1.2。这些新技术和新架构主要在于改善GPU本身的自由度和控制能力。相信很多用户，特别是使用AMD显卡的用户都遇到过这种情况：在GPU失去响应的时候，系统经常会重置整个GPU，带来的是屏幕瞬间黑屏或者短暂地失去响应。虽然很少丢失数据，但也给用户带来了诸多不便。在WDDM 1.2和Windows 8的共同作用下，GPU被分成很多个区域，这些区域在遇到问题的时候会只重启区域本身，而不影响别的区域。这样一来对用户的影响就小很多，甚至完全没有任何感觉就完成了对出现错误的GPU的重置行为。

总的来说，DirectX 11.1的改进很小，本身没有太多在图形优化上的重头内容，只能算是一次功能的增加，因此玩家目前完全不需要在意DirectX 11.1的支持问题。

3.0时代：首款支持PCI-E 3.0的显卡

PCI-E总线也是发展速度相当快的技术标准。从早期的PCI-E 1.0每通道单向250MB/s的第一代产品，到现在PCI-E 3.0每通道单向速度1GB/s。PCI-E用每代翻番的严格要求完成了速度飞跃，Radeon HD 7970就是首款采用了PCI-E 3.0总线的显卡产品。

从技术角度来看，PCI-E 3.0本身除了速度更快、带宽更高外，在功耗、数据传输等方面都作出了相应的改进。对显卡来说，PCI-E 3.0除了提供给单卡更充足的数据带宽外，对多卡系统比如SLI和CrossFireX等也有相当强的实际意义。它大幅降低了数据传输的性能瓶颈，能够支持更多显卡互联，发展前景相当广阔。但就目前来看，PCI-E带宽还没有成为阻碍显卡性能发挥的瓶颈，暂时来说PCI-E 3.0的意义还不大，只有等到未来进一步有新显卡诞生后，PCI-E 3.0高带宽的优势才能逐渐体现出来。

新架构性能如何?HD 7970性能测试

曲面细分性能是HD 7970重点改善的地方

究竟采用号称革命性架构的HD 7970的性能如何？在本章节中，我们将为你呈现HD 7970的各方面性能表现。接下来，我们将组建以英特尔Core i7 3960X处理器为主的平台，对HD 7970及相关显卡进行全方面的测试。

测试平台

我们将选取3DMark 11、3DMark Vantage这两个权威的显卡基准测试软件，对参测显卡的理论基准性能进行测试。同时，会用Unigine Heaven Benchmark 2.5对参测显卡的理论曲面细分性能进行考量，来看看对曲面细分性能进行优化过的HD 7970会有怎样的表现。在游戏选择方面，我们精选了8款有代表性的游戏。有发布不久的《上古卷轴5：天际》，有代表了新的DirectX 11技术的《失落的星球2》、《尘埃3》，也有人气游戏大作《使命召唤：现代战争3》，更有号称“显卡杀手”称号的《地铁2033》、《孤岛危机2》。为了考察HD 7970在通用计算方面的改进，我们选取了GPCBenchmarkOCL和ComputeMark这两款软件对其进行测试。

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HD 7970 VS. HD 6970：压倒性优势

从VLIW 5到VLIW 4，再到GCN，HD 7970完成了华丽的转身。新架构使得它完胜上一代旗舰产品HD 6970，整体领先幅度达到了30%以上。例如在《尘埃3》、《地铁2033》（均运行在1920×1080、高画质）的测试中，HD 7970的领先幅度分别达到了33%和48%。甚至它在一些项目的测试中，领先幅度高达50%以上。例如在3DMark Vantage Extreme和《失落的星球2》的测试中，HD 7970的领先幅度分别为53%和67%。HD 7970领先HD 6970并不意外，HD 7970无论是流处理器算术逻辑单元、核心频率、显存带宽、显存容量等主要影响显卡游戏性能的规格参数都远远领先HD 6970。

HD 7970 VS. GTX 580：优势明显

HD 7970借助新架构所得的优势不仅仅体现在与HD 6970的对比中，它还全面领先了曾经的单核心旗舰王者GTX 580，领先幅度在15%左右，优势比较明显。例如在《尘埃3》、《战地3》、《失落的星球2》、《地铁2033》中，HD 7970的领先幅度分别达到了12%、15%、17%、29%。特别是在《失落的星球2》、《地铁2033》这两款“The Way It's Meant To Be Played”游戏中，HD 7970一改以往AMD显卡不给力的印象，性能大幅领先GTX 580。

出现这样的结果，除了HD 7970采用全新的架构、采用线程级并行（TLP）方式，效率更高，以及加入了丰富的缓存设计之外，还和其采用384bit显存位宽有关。近年来，AMD显卡的顶级显卡无一例外都采用的是256bit显存位宽，导致其显存带宽不敌同档次的NVIDIA显卡（采用384bit显存带宽）。以同为单核心旗舰的HD 6970和GTX 580为例，前者虽然显存频率高达5500MHz，但受限于256bit显存位宽，显存带宽只有176GB/s。而GTX 580的显存频率虽然只有4008MHz，但得益于384bit显存位宽，使得其具备了192.4GB/s的显存带宽。而现在HD 7970采用了384bit位宽，显存带宽达到了264GB/s，远远领先GTX 580，整体性能更强也就在情理之中了。

另外，我们注意到HD 7970在《地铁2033》的领先幅度达到了29%，超出了HD 7970领先GTX 580的平均领先幅度。这是因为《地铁2033》是一款以“高纹理”设计见长的游戏，而HD 7970在HD 6970的基础上增加了32个纹理单元，达到了128个纹理单元，纹理单元数量刚好是GTX 580的一倍。因此，HD 7970能够在这款号称“显卡杀手”的游戏中获得更明显的优势。

HD 7970 VS. HD 6990：性能差距不算大

GCN新架构的采用，使得HD 7970具备了和上一代AMD双核心旗舰HD 6990比拼的能力。整体来看，在总共11个3D性能测试项目中，HD 7970在《失落的星球2》、《上古卷轴5：天际》这两个项目中领先HD6990，领先幅度在10%左右；在《使命召唤：现代战争3》、《孤岛危机2》这两个项目中互有伯仲；在3DMark Vantage Extreme、《地铁2033》等余下的7个测试项目中落后HD 6990，落后幅度在18%左右。

HD 7970 4Way CrossFireX将是玩家冲击记录的利器

虽然我们对采用新架构的HD 7970充满了期待，不过由于规格上的差异较大，其性能仍然不敌双核心的HD 6990。但作为一款单核心的产品，HD 7970已经初步具备了挑战HD 6990的实力，让人不容小觑。 

HD 7950性能预测：落后HD 7970 10%～15%?

虽然HD 7950尚未发布，但这并不影响我们对其进行性能预测。HD 7950和HD 7970相比，主要是流处理算术逻辑单元数量缩减到1792个，被屏蔽了4个CU单元，显存位宽和显存容量保持不变，分别为384bit和3GB。

考虑到HD 7950和HD 7970的规格差异不算大，主要是流处理算术逻辑单元数量被缩减了。结合HD 6970和HD 6950之间的性能差距，以及综合我们过去对AMD顶级单核心显卡和次一级单核心显卡的评测经验，我们大胆预测HD 7950的综合游戏性能将落后HD 7970 10%～15%。

另一方面，结合本次11个3D游戏测试项目来看，HD 7970的性能领先HD 6950 50%左右。再加上上文我们对“HD 7950的综合游戏性能将落后HD 7970 10%～15%”的预判，我们推测HD 7950的综合游戏性能将领先HD 6950 35%～40%。

HD 7970 CrossFireX：效率大爆发

两块HD 7970组成的CrossFireX系统的效率和性能，将是HD 7970的又一个看点。从测试结果来看，我们可以用“惊艳”来形容HD 7970 CrossFireX系统的效率。众所周知，借助DirectX 11的统一渲染架构和AMD自身的优化，AMD HD 5000、HD 6000系列显卡的CrossFireX效率节节攀高，HD 6850（6870）CrossFireX就是典型代表。不过这主要是针对中高端产品而言，而由于种种原因顶级的单核心显卡组建的CrossFireX效率反而没有那么明显。

而HD 7970在采用新的GCN架构、使用线程级并行（TLP）方式以后，可以一次执行来自两个指令的4个ALU操作。而之前采用VLIW 4、VLIW 5架构的AMD显卡则需要分两次来执行上述操作。显然，HD 7970的执行效率得到了大幅提升，这种提升显著反映在CrossFireX的执行效率上。可以看到，HD 7970 CrossFireX在绝大部分测试项目中，相对于HD 7970都保持了90%，甚至100%的性能提升——这样超高的执行效率对单核心的旗舰显卡来说是非常难得的。例如在3DMark 11 Extreme、Unigine Heaven Benchmark 2.5、《尘埃3》、《战地3》、《异形大战铁血战士》、《地铁2033》上，HD 7970 CrossFireX的提升效率都非常接近100%或者已经达到了100%。

HD 7970 3Way CrossFireX、4Way CrossFireX：3DMark 11 Extreme分数破万

对那些发烧玩家和以冲击记录为目的的玩家来说，他们更关心HD 7970 3Way CrossFireX、4Way CrossFireX的性能表现。测试结果表明，HD 7970多路CrossFireX系统的确可以大幅提升3DMark等基准测试软件的性能。在3DMark 11 Extreme测试中，HD 7970 3Way CrossFireX较HD 7970、HD 7970 CrossFireX分别提升了183%和45%；HD 7970 4Way CrossFireX较HD 7970、HD 7970 CrossFireX、HD 7970 3Way CrossFireX分别提升了265%、87%、29%。值得一提的是，HD 79704Way CrossFireX取得了X10037的高分数。同样地，多路CrossFireX在Unigine Heaven Benchmark 2.5测试中亦有上佳的表现。

用HD 7970组建的三屏系统，可以在高分辨率下获得更舒适的游戏体验。

不过在实际游戏中，多路CrossFireX的表现相对就比较差了。这其中，HD 7970 3Way CrossFireX的游戏表现稍好，例如在《尘埃3》测试中，相对HD 7970、HD 7970 CrossFireX，HD 7970 3Way CrossFireX的性能分别提升了121%、20%。而HD 7970 4Way CrossFireX的表现则比较糟糕了，在总共5个游戏测试项目中，除了《异形大战铁血战士》以外，在另外4个测试项目中性能不但没有提升，反而有所下降。这个测试成绩也和过去我们对AMD显卡的多路CrossFireX系统的测试结果基本吻合。这再次说明，如果单纯从提升游戏性能的角度出发，多只需要组建3Way CrossFireX，4Way CrossFireX已经没有实际意义了。4Way CrossFireX的意义在于可以显著提升3DMark的分数，帮助玩家冲击记录。

表3：HD 7970组建多路CrossFireX的成绩

在测试中，我们注意到对A卡进行了特别优化的《异形大战铁血战士》，对多路CrossFireX支持得很好。以HD 7970 3Way CrossFireX为例，它的性能分别领先HD 7970、HD 7970 CrossFireX 198%和49%。即使是HD 7970 4Way CrossFireX，相对HD 7970 3Way CrossFireX亦有22%的性能提升，相对HD 7970则有高达264%的性能提升。不难看出，多路HD 7970系统在该游戏的提升幅度基本和3DMark等基准测试软件的结果相符合。

另一方面，多路CrossFireX在测试中也遇到了一些问题。例如HD 7970 4Way CrossFireX在运行《尘埃3》时，不断出现死机问题，无法获得测试结果；同样的情况也出现在其他游戏中，只是在其他游戏中，我们可以通过重新启动游戏、反复测试等手段来获得测试结果，而《尘埃3》却无法做到。总体而言，我们建议那些打算组建HD 7970 CrossFireX的用户，如果你不是“跑分党”的话，从功耗、效率和价格综合考虑，组建HD 7970 CrossFireX是合适的，HD 7970 3Way CrossFireX 、4Way CrossFireX意义不大。

HD 7970 4Way的3DMark 11 Extreme分数破万

HD 7970（CrossFireX）三屏表现：基本令人满意

Eyefinity作为AMD独有的多屏显示技术，在游戏、金融等许多领域有广泛的应用前景，一些游戏发烧玩家以Eyefinity技术为基础，组建三屏系统，以获得更高的分辨率和更好的游戏体验。因此我们特意组建了三屏系统，来看看HD 7970能否具备在5760×1080超高分辨率下流畅运行游戏的实力。从4个游戏和一个基准测试软件的测试结果来看，HD 7970的性能损失比较严重，普遍在50%以上。例如在《尘埃3》、《孤岛危机2》中，三屏下的HD 7970的性能较单卡性能分别下降了53% 和60%。好在HD 7970的性能足够出色，除了《孤岛危机2》以外，它在余下4个游戏中都保持了40fps的帧率（包括在抗锯齿模式下），基本满足了流畅运行游戏的需求。

表4：HD 7970（CrossFireX）在三屏下的游戏性能

此外我们还组建了HD 7970 CrossFireX系统，在三屏下进行了游戏测试。HD 7970 CrossFireX在三屏下依旧延续了超高的效率，相比HD 7970单卡在三屏下的性能有近100%的性能提升，流畅运行游戏没有任何问题。不过由于驱动优化的问题，在使用CrossFireX系统运行在三屏下时，不时会出现游戏无故退出，或者需要多次启动游戏才能运行的问题。

HD 7970：通用计算能力攀新高

HD 7970除了大幅提升游戏性能之外，其通用计算方面的改进尤其令人关注。究竟在使用了新架构、改进了执行效率，和增加了丰富的缓存设计以后，它的通用计算性能能否有大幅提升呢？我们使用GPCBenchmarkOCL和ComputeMark这两款软件对其进行测试。GPCBenchmarkOCL是一款基于OpenCL的测试软件，可以全面测试和评估GPU在通用计算方面的性能以及底层的性能。例如可以测试出GPU的峰值计算性能，GPU在各种实用算法中的实际性能。ComputeMark在技术上基于由Jan Vlietinck开发的Fluid3D Demo，号称可以“百分之百测试DX11Compute Shader的基准测试工具”。它在一般情况下能够调动99%的GPU资源，可以深度测试HD 7970的通用计算性能。

HD 7970的核心频率可以轻松超频至1000MHz以上，并通过FurMark稳定测试。

两款测试软件的结果都表达出一个明确的信号：HD 7970在新架构和丰富的缓存设计的帮助下，通用计算性能提升到一个令人吃惊的地步。从GPCBenchmarkOCL的测试来看，HD 7970的总分分别领先HD 6970、GTX 580高达176%和58%。

新版的催化剂控制中心拥有更丰富和人性化的界面

例如在全局存储器、局部存储器的子项测试中，HD 7970都有出色的表现。特别是局部存储器的子项测试，HD 7970的多层缓存架构体系使得它在该项测试中获益良多，性能领先HD 6970高达524%。这是因为HD 6970仍然采用的是VLIW 4架构，没有引入缓存设计，测试大幅落后也就在情理之中了。而和同样具备丰富的缓存设计的GTX 580相比，HD 7970也不逞多让，也获得了51%的领先优势，从侧面反映出HD 7970高效的缓存架构设计。

HD 7970 4Way CrossFireX在FurMark拷机时，四颗GPU核心的温度明显提升了不少。

GTX 580唯一占优势的是双精度的实际计算性能。首先是双精度浮点运算子项，HD 7970领先GTX 580达310%，反映出HD 7970优秀的双精度浮点运算性能。但在常用数学方法（双精度）子项上，GTX 580却反而领先HD 7970 20%。这说明虽然GTX 580的双精度浮点运算性能不如HD 7970，但在一些常见应用方面的双精度性能却领先HD 7970。双精度性能主要和高性能计算有关，这个测试结果也和GTX 580在高性能计算领域的地位相吻合。

在ComputeMark测试方面，HD 7970继续着良好的势头，分别领先HD 6970、GTX 580达109%和80%。这说明，HD 7970的Compute Shader性能更强，在加速图形后期处理、随机访问等方面的效率更高。

HD 7970的曲面计算能力：比GTX 580更强

坦白说，HD 7970相对于HD 6970在有关曲面细分性能的硬件规格上并没有作明显的改进和提升，但AMD却宣称HD 7970的曲面细分性能有了长足的进步。我们利用Unigine Heaven Benchmark 2.5对HD 7970进行测试后发现，它的曲面细分性能很强，性能分别领先HD 6970、GTX 580达78%和19%，一改HD 5000、HD 6000系列显卡曲面细分性能低下的局面。

表5：HD 7970与相关显卡在通用计算性能方面的对比

HD 7970在没有明显提升有关曲面细分性能的硬件规格的情况下，仍然大幅提升了其在Unigine Heaven Benchmark 2.5下的性能，主要原因有两个。一则是，HD 7970的硬件规格得到了长足提升，综合3D性能明显得以加强（Unigine Heaven Benchmark 2.5除了侧重曲面细分的测试以外，还有大量其他场景，可以综合测试显卡的3D性能）；二则是，HD 7970使用了全新的GCN架构，优化了执行指令的方式，整体效率更高，从而提升了它的曲面细分性能。

HD 7970的超频表现：上1GHz无压力

28nm工艺究竟会给HD 7970带来怎样的超频表现呢？我们利用催化剂控制中心，轻松将HD 7970超频至1125MHz、6300MHz，3DMark 11 Exreme模式的性能提升了18%。而且此时其GPU满载温度也只有80℃，PC满载功耗为393W。

HD 7970的功耗、温度表现：控制得不错

采用28nm工艺生产的HD 7970的PC待机功耗为为117W，是参测显卡中表现好的。在PC满载功耗方面（使用FurMark进行拷机），HD 7970所在的平台达到了422W，比HD 6970、GTX 580所在的平台分别高了36W和8W。虽然HD 7970采用的是28nm工艺，但考虑到其硬件规格参数有大幅的提升，而且还将PC满载功耗基本控制在和上一代同档次显卡的水平，我们认为它的功耗控制还是基本令人满意的。

温度表现方面，HD 7970借助28nm工艺将待机温度和满载温度分别控制在32℃和79℃上，这个测试结果在同档次显卡中属于很优秀的表现。相对而言，由HD 7970组成的CrossFireX系统的PC功耗就比较高了。以HD 7970 CrossFireX为例，它的PC满载系统功耗达到了690W。好在两颗Tahiti核心的温度并不高，分别为32℃和86℃，在可以接受的范围内。

不过HD 7970 3Way Cros sFi reX、4Way CrossFireX的表现就没有那么好了，它们的PC满载功耗分别达到了988W和1243W。HD 7970 4Way CrossFireX在满载状态下，四颗核心的满载温度更是分别达到了79℃、88℃、87℃、92℃。

首批抵达《微型计算机》评测室的HD 7970显卡一览

迪兰HD7970 3G

蓝宝HD7970 3G

镭风HD7970龙蜥版3072M

HD 7970：自我超越，全面胜利

如果非要用一个字来形容HD 7970的话，“新”是非常合适的：全新的图形架构、全新的游戏性能、全新的曲面细分性能、全新的功耗表现、全新的交火效率、全新的生产工艺。

没错，HD 7970是一款从里到外都是全新的产品，实现了自我超越，是一场全面的胜利。AMD在认识到未来图形发展的趋势和自身的不足后，终于抛弃了沿用多年的VLIW架构。而事实证明，这是卓有成效的。无论是图形计算还是通用计算，它都达到了一个新的高度，单卡卡皇的地位毋庸置疑。特别是通用计算，它设计了丰富的缓存结构，无疑更适合进行这方面的工作，具备了进军高性能计算领域的潜力。虽然该显卡在硬件层面上已经做好了拥抱通用计算的准备，并在一些理论测试软件上获得了不俗的成绩，但要获得市场和行业用户的认可还有一个较长的过程。友商NVIDIA之所以在高性能计算市场上节节开花，除了借助专为通用计算进行优化的Fermi以外（硬件层面），还拥有丰富的、基于CUDA开发的一整套软件。而AMD目前在这方面还无法和NVIDIA相抗衡。另外，据我们所知在整个HD 7000系列产品中，暂时只有高端显卡采用了全新的GCN架构，中低端产品依旧会坚持VLIW 4甚至VLIW 5的架构，更专注于游戏性能。这和NVIDIA在中低端产品上剔除有关高性能计算单元、更注重游戏性能的做法有异曲同工之处。

而HD 7950虽然还没有发布。但据悉，AMD将从它发布伊始就开放非公版授权，届时会有大量非公版涌现。当然，真正的高手是无惧挑战的。HD 7970马上就将遇到挑战者—代号为“开普勒”的NVIDIA下一代产品即将发布。届时又将是一场激动人心的王者之争，预知胜负，敬请关注本刊后续报道。