AMD Radeon HD 7000

本系列第一款產品為Radeon HD 7970，於2012年1月16日發布。全系列顯示核心採用“次世代圖形核心”（Graphics Core Next）架構，針對通用計算而優化。流處理器由4-Ways VLIW SIMD架構（俗稱4D架構）改良，亦提升了曲面細分性能。通過ZeroCore Power技術，顯示核心待機的時候，功耗小於3W。另外，Radeon HD 7000支持PCI-Express 3.0匯流排和Direct X 11.1圖形應用介面。2013年超微推出核心小幅改進的Radeon HD 7790以及雙晶元旗艦型號Radeon HD 7990時，更換了AMD Radeon HD的圖形標識，力圖更新AMD Radeon HD的品牌形象。

從“Southern Islands”南方群島系列開始，超微開始使用新一代名為“Graphics Core Next”(次世代顯示核心，GCN)的顯示核心架構，主要為加強圖形核心的通用計算能力而特別設計。這種設計概念類似於英特爾已經取消的Larrabee專案，但不同的是AMD的專案仍然會重視傳統的圖形處理能力。

模塊化

對比圖形引擎，流處理器的改動相對比較大。

以往的5-Ways VLIW SIMD或4-Ways VLIW SIMD(俗稱5D/4D架構)架構流處理器是針對指令而優化的：自R600顯示核心以來，AMD/ATI顯示核心的流處理單元上是由一個指令發射端+五個“流處理器”(四個矢量運算單元+一個超標量運算單元，後期變更為僅有四個矢量單元)，理論上，通過將幾個短指令組合為一個長的指令，使每個流處理單元可同一時間處理一個5D/4D指令，達到大數據吞吐量的目的。但這樣做的缺點也很明顯：需要依賴指令的恰當組合，而且在指令組合時會出現延時。實際上運行時指令組合往往並非最佳組合，造成有部分流處理器處於閑置狀態，致使運行效率不高，而造成超微顯示核心一直以來給人“理論參數高，實際性能低”的印象。所以AMD放棄以往的VLIW架構，改用稱為GCN的新架構。

而新的GCN架構是針對線程而優化，儘管仍然保留SIMD的設計。GCN架構中，為強化通用處理能力，超微開始引入類似於對手英偉達的“流多處理器”、“GPC”等概念。在GCN架構的顯示核心上，劃分為多個計算單元(Compute Unit，CU，前稱“GCN數組”)，每個CU單元里包含指令獲取/仲裁單元(Instruction Fetch Arbitration)、控制/解碼單元(Control and Decode)、獨享的一級指令/數據高速緩存、65個ALU：一個標量運算單元(Scalar Unit)以及64個矢量運算單元(Vector Unit，即流處理器)，這64個矢量運算單元中，每16個矢量運算單元組成一個16位的SIMD數組並獨享64KB的暫存器，這樣一來，一個CU單元就擁有4組SIMD矢量數組。在運行運算任務時，所有數據都會被拆散為1D數據，每個SIMD矢量數組運行一條線程，由此一組CU單元可運行四條硬體線程，一個GCN架構的顯示核心中包含多個CU單元，因此整個GCN顯示核心可以同時運行多個任務/進程，以一組SIMD數組為一個運算單元的角度看，一個CU單元具備MIMD的特性。超微官方的數據指出，這是一種“基於SIMD數組的MIMD架構”(“Southern Islands is a MIMD architecture with a SIMD array”)。

這樣做的話，只要一直有數據輸入顯示核心，就不會有流處理器閑置。這與NVIDIA的處理方式相似，將所有數據都分解為1D數據。效率的提升，可以彌補額外配套而增加的線路。在某些特定情況，線程可以亂序執行，減少線程之間互相影響。

圖形引擎

核心配備兩個幾何引擎。每一個幾何引擎包含曲面細分單元、幾何裝配器、頂點裝配器各一個，還有可用於卷積運算、傅里葉變換等特殊運算任務以及材質貼圖處理的材質數組。單從數量而言，光柵器和曲面細分單元依然比不上對手NVIDIA。AMD特別針對相關單元的運行效率，聲稱Radeon HD 7970的曲面細分性能最高是上一代Radeon HD 6970的4倍，即使平均下來也有兩倍的性能提升水平。

任務仲裁

新增一級和二級線程調度機制。為此，核心額外新增了一到兩個Asynchronous Compute Engine(非同步運算引擎，ACE)，用作CU單元(包括其內部)/流處理器的任務分配和仲裁，增強顯示核心的亂序執行能力(顯示核心本質上依然是順序執行)，提高几何和通用計算的性能。

存儲器架構

暫存器

GCN架構中，為保證數據快速訪問，暫存器數量驚人。在一個CU單元中，每一組SIMD矢量數組擁有各自的暫存器，容量為每組64KB，一個標量單元獨佔4KB的暫存器，這樣一來一個CU單元里共有5個獨立的暫存器。而對手NVIDIA的Kepler架構的GeForce 600中，每個SMX單元(相當於一個CU單元)僅有1個全局暫存器，即使是早期Fermi架構的GeForce 400上，每組SM單元也是僅有一個全局暫存器。但是，過多的暫存器會使得顯示核心過於龐大，在出於成本考量時還會擠壓運算單元的晶體管使用量，而且還不利於功耗發熱控制以及時鐘頻率的提升，Tahiti XT頂級顯示核心就擁有約43.13億個晶體管。有評論指出如此龐大的暫存器數量，顯示出Radeon HD顯示核心暫存器的使用演演算法不佳。

高速緩存以及存儲器

以往的緩衝存儲器只支持讀取模式。新的緩衝存儲器，可支持讀寫模式，方便交換數據。每一個CU單元擁有64KB的一級高速緩存，被劃分為一個32KB的一級只讀指令高速緩存、一個16KB的一級只讀數據高速緩存和一個16KB一級可讀寫數據高速緩存，全部是連通的，而且可供其它CU單元訪問，以保證數據同步和共享。而且，這種設計更多的是為了日後CPU+GPU協同運算著想。

所有的CU單元和圖形引擎共用容量為768KB的全局二級高速緩存，支持與一級高速緩存、系統存儲器的數據同步。支持X86虛擬內存技術，可將顯示存儲器中的一部分容量映射到系統存儲器上，供中央處理器訪問，以解決紋理生成速率樽頸。

頂級型號Radeon HD 7970GDDR5存儲器控制器位寬為384位。支持PCI-E 3.0匯流排介面。

加速

支持C、C++(及後來的C++ AMP)以及其它高級編程語言

支持CPU和GPU之間統一虛擬定址、支持GPU讀取存儲器數據和存儲器標籤頁除錯、CPU和GPU間存儲器數據同步

支持FP64雙精度浮點運算，和單精度浮點運算的速率比率為1:4

支持ECC存儲器

新增VCE視頻編碼引擎以及SAD媒體處理指令，UVD升級至3.0版本

支持OpenCL 1.2

程序介面

硬體支持Direct X 11.1所有特性，支持OpenGL 4.3。增加Partially Resident Textures(局部存儲紋理)特性。支持光柵作業與Z緩衝單元繼續獨立運作、所有紋理作業支持高速緩存讀寫作業等。

新增Discrete Digital Multi-Point Audio(DDM Audio)。以往的顯示核心只支持一個音頻數據流輸出。Radeon HD 7000則支持多個。如果顯卡接駁了三個集成了揚聲器的顯示屏，以往只可以一個發聲，現在則是三個皆可有聲效輸出。另外，每個顯示屏的音效，都是基於該顯示屏顯示中的圖像。

Eyefinity2.0(寬域技術)：

支持HDMI1.4a 3GHz以及DP1.2 HDR2

不同尺寸的顯示屏都可以組成一個Eyefinity組群。

Eyefinity技術可配合HD3D技術

桌面圖標自定義

自定義解析度

最大支持16K×16K的超高解析度

需要一個支持120Hz刷新率的顯示設備，配合DisplayPort或者HDMI 1.4a輸出。

新增ZeroCore技術，可使顯示核心閑置時進入深度休眠狀態，將功耗降至小於3瓦。在Radeon HD 7970 GHz Edition(使用Tahiti XT2核心)上還新增Boost特性，使顯示核心能自動超頻或在拷機測試時使核心頻率和電壓降至安全值，最大值為1125MHz，Radeon HD 7990推出以後，最低值更低至500MHz。Radeon HD 7790推出時還對電源級別進行了改進，在顯示核心使用中可根據負載需要進行更細膩的電源和時鐘頻率調整。但與對手NVIDIA的GPU Boost相比，此技術仍略顯粗糙。