https://developer.nvidia.com/content/life-triangle-nvidias-logical-pipeline

1、程序通过图形API(DX、GL、WEBGL)发出drawcall指令,指令会被推送到驱动程序,驱动会检查指令的合法性,然后会把指令放到GPU可以读取的Pushbuffer中。
2、经过一段时间或者显式调用flush指令后,驱动程序把Pushbuffer的内容发送给GPU,GPU通过主机接口(Host Interface)接受这些命令,并通过前端(Front End)处理这些命令。
3、在图元分配器(Primitive Distributor)中开始工作分配,处理indexbuffer中的顶点产生三角形分成批次(batches),然后发送给多个PGCs。这一步的理解就是提交上来n个三角形,分配给这几个PGC同时处理。
4、在GPC中,每个SM中的Poly Morph Engine负责通过三角形索引(triangle indices)取出三角形的数据(vertex data),即图中的Vertex Fetch模块。
5、在获取数据之后,在SM中以32个线程为一组的线程束(Warp)来调度,来开始处理顶点数据。Warp是典型的单指令多线程(SIMT,SIMD单指令多数据的升级)的实现,也就是32个线程同时执行的指令是一模一样的,只是线程数据不一样,这样的好处就是一个warp只需要一个套逻辑对指令进行解码和执行就可以了,芯片可以做的更小更快,之所以可以这么做是由于GPU需要处理的任务是天然并行的。
6、SM的warp调度器会按照顺序分发指令给整个warp,单个warp中的线程会锁步(lock-step)执行各自的指令,如果线程碰到不激活执行的情况也会被遮掩(be masked out)。被遮掩的原因有很多,例如当前的指令是if(true)的分支,但是当前线程的数据的条件是false,或者循环的次数不一样(比如for循环次数n不是常量,或被break提前终止了但是别的还在走),因此在shader中的分支会显著增加时间消耗,在一个warp中的分支除非32个线程都走到if或者else里面,否则相当于所有的分支都走了一遍,线程不能独立执行指令而是以warp为单位,而这些warp之间才是独立的。
7、warp中的指令可以被一次完成,也可能经过多次调度,例如通常SM中的LD/ST(加载存取)单元数量明显少于基础数学操作单元。

8、由于某些指令比其他指令需要更长的时间才能完成,特别是内存加载,warp调度器可能会简单地切换到另一个没有内存等待的warp,这是GPU如何克服内存读取延迟的关键,只是简单地切换活动线程组。为了使这种切换非常快,调度器管理的所有warp在寄存器文件中都有自己的寄存器。这里就会有个矛盾产生,shader需要越多的寄存器,就会给warp留下越少的空间,就会产生越少的warp,这时候在碰到内存延迟的时候就会只是等待,而没有可以运行的warp可以切换。
9、一旦warp完成了vertex-shader的所有指令,运算结果会被Viewport Transform模块处理,三角形会被裁剪然后准备栅格化,GPU会使用L1和L2缓存来进行vertex-shader和pixel-shader的数据通信。
10、接下来这些三角形将被分割,再分配给多个GPC,三角形的范围决定着它将被分配到哪个光栅引擎(raster engines),每个raster engines覆盖了多个屏幕上的tile,这等于把三角形的渲染分配到多个tile上面。也就是像素阶段就把按三角形划分变成了按显示的像素划分了。
11、SM上的Attribute Setup保证了从vertex-shader来的数据经过插值后是pixel-shade是可读的。

12、GPC上的光栅引擎(raster engines)在它接收到的三角形上工作,来负责这些这些三角形的像素信息的生成(同时会处理裁剪Clipping、背面剔除和Early-Z剔除)。

13、32个像素线程将被分成一组,或者说8个2x2的像素块,这是在像素着色器上面的最小工作单元,在这个像素线程内,如果没有被三角形覆盖就会被遮掩,SM中的warp调度器会管理像素着色器的任务。

14、接下来的阶段就和vertex-shader中的逻辑步骤完全一样,但是变成了在像素着色器线程中执行。 由于不耗费任何性能可以获取一个像素内的值,导致锁步执行非常便利,所有的线程可以保证所有的指令可以在同一点。
15、最后一步,现在像素着色器已经完成了颜色的计算还有深度值的计算,在这个点上,我们必须考虑三角形的原始api顺序,然后才将数据移交给ROP(render output unit,渲染输入单元),一个ROP内部有很多ROP单元,在ROP单元中处理深度测试,和framebuffer的混合,深度和颜色的设置必须是原子操作,否则两个不同的三角形在同一个像素点就会有冲突和错误。