对于GPU爱好者来说，这是一个漫长的等待。 英伟达将Turing产品线维持了两年，然后在2020年9月用Ampere取代了它。AMD更友善一点，他们的新设计间隔了15个月，但大多数人对此并不感兴趣。他们希望看到的是AMD推出一款高端机型，与英伟达(Nvidia)最优秀的产品展开正面竞争。他们做到了，现在我们已经看到了结果，在花钱买最好的图形卡时，PC游戏玩家现在有了很多选择。

但是驱动它们的芯片呢，从根本上来说比另一个好吗？继续看看Ampere和RDNA 2如何博弈。

Nvidia衰退，AMD成长

1、节点和die尺寸

多年来，高端GPU一直比CPU大得多，而且它们的尺寸一直在稳步增长。AMD最新推出的Navi芯片面积约为520mm2，是之前Navi芯片的两倍多。不过，这并不是他们最大的——这项荣誉颁给了他们的Instinct MI100加速器（约750 mm2）中的GPU。

上一次AMD制造的接近Navi 21大小的游戏处理器是为Radeon R9 Fury和Nano显卡设计的，这两款产品在Fiji芯片上采用了GCN 3.0架构。它的裸片面积为596 mm2，但它是在台积电的28HP工艺节点上生产的。

自2018年以来，AMD一直在使用台积电更小的N7工艺，该生产线生产的最大芯片是Vega 20 (Radeon VII)，面积为331mm2。他们所有的Navi gpu都是在略微升级的N7P处理器上制作的，所以可以比较这些产品。

但纯粹的die尺寸，英伟达拿下了王冠，并不是说这一定是件好事。

最新的基于Ampere的芯片，GA102，是628mm2。这实际上比它的前身TU102小了17%——GPU面积达到惊人的754mm2。

与Nvidia巨大的GA100芯片(用于AI和数据中心)相比，这两款芯片的尺寸都相形见绌，其GPU为826 mm2，采用的是台积电的N7芯片。虽然它从来没有被设计用来驱动桌面显卡，但它确实显示了GPU制造的可能规模。

把它们放在一起突出了Nvidia最大的GPU有多大。Navi 21看起来相当苗条，尽管处理器的功能不仅仅是芯片区。GA102封装了283亿个晶体管，而AMD的新芯片减少了5%，达到268亿个。

我们不知道每个GPU构建多少层，因此能比较的是晶体管与die面积的比率，即die密度。Navi 21的晶体管约为每平方毫米5150万个晶体管，但GA102明显低于41.1，这可能是Nvidia的芯片堆叠程度比AMD的略高，但它更可能表示工艺节点。

Navi 21是由台积电生产的，采用N7P生产方法，性能比N7略有提高;但在新产品GA102上，英伟达求助于三星来完成生产任务。这家韩国半导体巨头正在使用他们所谓的8nm节点(标记为8N或8NN)的改良版本，专门为Nvidia设计。

这些节点值7和8只是市场营销术语，用于区分不同的生产技术。也就是说，即使GA102比Navi 21有更多的层，die尺寸确实有一个特殊的影响。

微处理器和其他芯片是由高度精炼的硅和其他材料制成的大圆盘，称为晶圆。台积电和三星为AMD和Nvidia使用的是300毫米晶圆，相对于更大的die，使用更小的die，每块晶圆将产生更多的芯片。

这种差异不可能很大，但是在降低制造成本方面，当每片晶圆的生产成本达到数千美元时，AMD相对于Nvidia而言优势较小。 当然，这是假设三星或台积电没有与AMD / Nvidia进行某种财务交易。

如果芯片本身不能很好地完成设计工作，那么所有这些die尺寸和晶体管数量都将是徒劳的。

2、Ampere GA102和RDNA 2 Navi 21总体架构

图表不一定向我们展示所有的物理布局，但它们给出了处理器有多少组件的明确指示。

这两种情况的布局都是非常熟悉的，因为它们都是其前身的扩展版本。在处理指令中添加更多的单元将始终提高GPU的性能，因为在最新的3D大片中，在高分辨率下，渲染工作量涉及大量的并行计算。

以下AMD的Navi 21和Nvidia的GA102 die的伪彩色图像， 它们只显示了芯片中的一层；但它们确实给我们提供了一个现代GPU内部的极好视图。

两种设计最明显的区别在于，Nvidia在芯片布局上没有遵循集中化的方法——所有的系统控制器和主缓存都在底部，逻辑单元以长列形式运行。他们过去也这样做过，但只针对中低端机型。

例如，Pascal GP106（用于GeForce GTX 1060等）实际上是GP104（来自GeForce GTX 1070）的一半。 后者是较大的芯片，其缓存和控制器位于中间。 这些都移到了它的兄弟姐妹那一边，但这只是因为设计已经被拆分了。

Pascal GP104和GP106资料来源：Fritzchens Fritz

对于之前所有的高端GPU布局，Nvidia都使用了经典的集中式结构。为什么这里会有变化呢?

这也不是出于热学原因，因为即使die的缓存/控制器部分比逻辑部分的温度更高，仍然希望在其中间具有更多的硅以帮助吸收和散热。尽管我们不能完全确定更改的原因，但我们怀疑这与Nvidia对芯片中ROP（渲染输出）单元实施的更改有关。

策略不同：为计算而生，还是为游戏而生?

如今的游戏并不是以渲染需求为架构定下基调，GPU产业已经扩展到的市场领域才是引领方向。在撰写本文时，Nvidia有三种使用Ampere技术的芯片。尽管英伟达凭借Quadro和特斯拉(Tesla)等在专业市场占据了主导地位，但Navi 21之类的产品并非旨在与之抗衡，而是进行了相应的设计。

这是否会使RDNA 2成为更好的结构体系; Ampere适应多种市场的要求是否在限制了它的发展？

当查看证据后的答案是：不。

AMD将很快发布Radeon RX 6900 XT，它使用了完整的Navi 21(没有禁用CUs)，其性能可能与GeForce RTX 3090或更好。但是那张卡上的GA102也没有被完全释放，所以Nvidia总是可以选择升级到一个“超级”版本，就像他们去年对Turing所做的那样。

可能有人会说，因为RDNA 2被用在Xbox系列X/S和PlayStation 5中，游戏开发者会倾向于将这种架构用于他们的游戏引擎。但是，只需要查看在Xbox One和PlayStation 4中使用了GCN的时间，便可以了解这种情况如何发挥作用。

前者在2013年的第一次发布中使用了基于GCN 1.0架构的GPU——这种设计直到第二年才出现在桌面PC图形卡中。2017年发布的Xbox One X使用的是GCN 2.0，这是一个已经使用了3年多的成熟设计。

那么，所有为Xbox One或PS4制作的游戏，只要移植到PC上，就能在AMD显卡上运行得更好吗?实际上，并没有。因此，尽管RDNA 2具有令人印象深刻的功能，但我们不能认为该产品会与RDNA 2有所不同。

但这些最终都无关紧要，因为这两种GPU设计都具有非凡的能力，是半导体制造领域的奇迹。英伟达和AMD带来了不同的工具，因为他们都在试图解决不同的问题;Ampere的目标是面向所有人，RDNA 2主要是关于游戏的。

这一次，战斗陷入了僵局，尽管双方都可以在特定的一两个区域宣告胜利。GPU之战将持续到明年，一个新的竞争者将加入这场战斗：英特尔的Xe系列芯片。在不久的将来，大家将能看到这场战斗的结果。

原标题：英伟达与AMD的巅峰之战

编辑：彭丹妮

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