What is Fermi?(6)

 

全新的PolyMorph引擎

DX11当中的重大改进莫过于Tessellation（曲面细分）技术了，而转换到GF100核心上之后，就是PolyMorph Engine（多形体引擎）。NVIDIA的PolyMorph引擎的作用有些类似于ATI HD5870显卡当中的Graphics Engine（图形引擎），两者之间的区别在于HD5870显卡上仅有一组Graphics Engine（图形引擎）来进行曲面细分，而GF100当中，每个SM阵列当中均有一组PolyMorph引擎，且每四个PolyMorph引擎还拥有一组Raster Engine（光栅引擎）。

在我们介绍PolyMorph引擎之前，我们有必要先来了解一下GPU在几何运算方面近年来的进展以及PolyMorph引擎与Raster引擎之间的关系。

 

DX11大幅提升几何性能

在DX11之前，GPU几乎很少有对几何处理能力大幅提升的产品，即使从NVIDIA的GeForce FX 5系列产品说起，到GeForce GTX280，GPU的几何性能增长不过3倍。而从GTX280到GTX480，NVIDIA表示将会获得8倍的性能提升。这其中，DX11最新提出的Tessellation技术就是让几何性能成倍增长的关键所在。

Tessellation技术能够允许GPU自行生成三 角形（在一定的条件下），并且部分情况下能够让三角形的密度比普通情况高出数十倍，以达到精细画面的情况。与此同时，光栅化单元的工作压力也就会随之而来，为此NVIDIA特意重新着手GPU整体的设计思路。NVIDIA为了提升Tessellation的效能，避免Tessellation成为整个图形运算的平静，为每组SM阵列当中均加入了一个PolyMorph引擎，同时为了保证光栅单元的效能，在每个GPC中均设有一个光栅引擎（也就是四组PolyMorph引擎共用）。

 

PolyMorph引擎

PolyMorph Engine（多形体引擎）当中包括了五个主要部分，分别为：Vertex Fetch（顶点获取）、Tessellator、Viewport Transform（视口转换）、Attribute Setup（属性设定）以及Stream Output（流输出）。

PolyMorph引擎执行步骤：

1.从一个全局顶点缓冲区中获取顶点，随后发送至SM，以进行顶点着色以及外壳着色。将每个顶点从物体空间转变成了世界空间（本页第一幅图片最左边的形态），而且还算出了Tessellation所需的参数（例如Tessellation系数，简单理解就是：将一个三角形重新划分为多少个三角形）。Tessellation系数（或LOD）被发送至Tessellator。
2.PolyMorph引擎重新在SM当中读取Tessellation系数。Tessellator将修补面（控制点网格所定义的光滑表面）分成三角形并输出许多顶点。修补（u、v）值定义了网格以及形成网格的连接方式。全新的顶点再次发送至SM，域着色器（Domain Shader，简称DS）与几何着色器（Geometry Shader，简称GS）均在这里执行。DS能够根据外壳着色器（Hull Shader，简称HS）与Tessellator的输入来运算每个顶点的最终位置（本页第一幅图片中间的形态）。在本阶段中，通常会附上一个Displacement Mapping（贴图置换）以提升修补面的细节表现。几何着色器能够执行任何后期处理、按需增加或删除顶点以及基元。
3.PolyMorph引擎会执行视口转换以及视角校正。
4.接下来就是属性设置，把后期观察口顶点属性转变成了平面方程，以进行高效的着色器评估。
5.将顶点“流出”至存储器，使其能够用于更多处理。

PolyMorph引擎的执行大致分为这五个阶段，并且每一个步骤完成之后，都会交由SM进行处理，处理完毕，结果将自动进PolyMorph引擎的入下一个流程处理，当五个步骤全部执行完毕，就会交给下面的Raster引擎。