[业界动态]发烧友醒目 次世代主机WiiU硬件架构深度剖析

　　●用多核处理器+Shader GPU呈现Wii U的HD画面
　　终于任天堂次世代据置机Wii U 2012年就要投放市场了。这款主机相对Wii来说的确是经历了翻天覆地的大变化。但是对于Wii U本体来说，其硬件之主要芯片组是如何构成的呢?
　　相信各位前不久已经听闻Wii U将会采用Power架构的多核处理器与支持Shader 渲染的可HD(1080P)输出的GPU。也就是说Wii U采用了与PS3/XB360基本相同的构架，也就是“多核处理器+Shader GPU+HD输出”的套路。虽然比起“单核处理器+固定管线GPU+SD输出”的Wii来说是进化了，但是目前看来这种套路仍是本世代高清主机所共同采用的。
　　塞尔达HD技惊四座
　　任天堂在E3发布会上正式公开演示了表现Wii U图像处理性能的DEMO，相信各位还记得那京都寺庙以及庭院周围的小鸟飞翔的画面吧。与任天堂一直以来坚持动漫感、色彩感的DEMO不同，这次的展出莫如说让人感到一丝违和感。究竟为何会这样呢?恐怕也是为了真正展示出这次新GPU的性能水平。在影像当中，我们可以看到一个又一个的Shader之类的特效。所以我们推测可能这次的DEMO很有可能是由开发GPU的AMD公司制作完成。
　　幽灵行动的画面也达到了PS3/360的画面标准
　　在E3上这个DEMO和塞尔达的即使演算一样可以在体验角再次感受。但是重点就来了，任天堂这么做恐怕也是为了表明Wii U所搭载的CPU与GPU核心能够到达什么样的一个程度。那么究竟这个CPU和GPU究竟在什么水平呢?
　　这些在某种程度上可以进行提前预想。另外对于芯片的规程以及耗能也是都可以预测出来的。硬件本体尺寸方面当然也是和芯片处理能力呈一定比例关系的。也就是说任天堂约压榨主机大小、容积，日后的性能表现可能就会因此产生影响。所以，最终硬件消耗以及框体尺寸的设计是要和任天堂的战略紧密连接。
　　●决定出芯片的机能和性能才是任天堂基本战略
　　以往传统的任天堂游戏机当中，对于芯片模具尺寸的压榨是相当苛刻的。特别是Wii主机对于模具尺寸以及耗能可谓“极度”地控制。这也是任天堂Wii战略中的核心——不能成为为家庭带来麻烦的机器，以此为目标进行了彻底的小型化、静音化以及低耗能化。
　　从Wii U身上，我们可以看出任天堂还在进行着相同的战略。也就是说要在小型、静音的基础上，采用多核处理器以及Shader GPU。虽然任天堂表示要夺取核心玩家的份额，但这并非表示其已抛弃了家庭娱乐的路线。在下认为任天堂岩田聪社长的“增多游戏玩家人口”的大战略路线仍然没有发生变化。实际上这次任天堂E3发布会上的Wii U就是要以全体游戏玩家为对象进行编排的。
　　在线看直播时还以为这一段是CG动画
　　出于这个原因，Wii U首先应该对TDP(Thermal Design Power:热设计消耗)进行限制。另外，游戏主机的售价也要限定在一定的水平以下。目前看来，Wii U控制器的成本应该会不小，这样一套下来恐怕成本也就无法抑制。从这一方面考虑，任天堂就必须对芯片的模具尺寸(会对芯片制造成本有影响)以及芯片电能消耗(会对散热以及EMI滤波结构的成本有影响)加以控制。
　　综上所述，由于种种方面对Wii U芯片组的制约，应该可以大致推测出任天堂战略中所想要的芯片的性能水准了。顺便说一句，任天堂采用了以2块芯片构成的CPU处理器与GPU核心的系统芯片的设计。由于2块芯片互以IP关系所以要做成单芯片的话可能无法办到，所以很有可能还是采用2块芯片进行设计。只是目前外部总线的电能小号相对较大，而采用单芯片的话则在节能方面更为有利。
　　●借处理技术进步之东风的任天堂Wii U
　　回想以前的任天堂Wii主机，其采用的“Broadway”采用90nm制程约19平方毫米，在这以下已经临近无法实现小型化的界限。Wii的GPU“Hollywood”的核心“Vegas”采用90nm制程，约72平方毫米，这对于PS3以及360的来说是相当的小了。最早以Vegas的性能推测出来的尺寸可能比预想的尺寸要大很多，所以关于是否隐藏了某些机能还曾引发话题。
　　至于说Vegas太大块了，也是由于Wii芯片架构是在前代主机GC上进化而来的。GC的CPU“Gekko”采用180nm制程，约43平方毫米，GPU“Flipper”也是180nm制程，约109平方毫米。从GC开始任天堂的芯片组就变得相对较小了。从180nm进化到90nm，如果只从芯片尺寸进行计算的话，则缩小到了1/4的水平，所以Vegas就会显得很大了。只是从GC到Wii，GPU的机能也进行了强化。
　　Gekko架构
　　这次Wii U从Wii登场5、6年后采用了新的处理技术来看其实对于PS3以及XB360还是有优势的。PS3/XB360一开始就是以90nm制程登场，与之对应进行了CPU和GPU的架构设计。但对于任天堂来说，2012年的话就有已经有可能使用45/40nm或者说32/28nm制程的处理器了。
　　到那时工厂里恐怕最先进的应该就是32/28nm制程了。只是既然任天堂没有处理芯片技术方面的风险问题，而日本的工厂选择也很多(NEC等)，所以还是有可能使用45/40nm制程处理器。现在相对90nm的处理器，只要1/4的大小就可以达到同样的性能。只是如果任天堂最后使用了32/28nm制程的处理器的话，理论上我们可以计算出这将会使得芯片缩小一半尺寸的结论。
　　●制程缩小以实现成本降低
　　如果以45/40nm制程作为假定制程比较的话，应该就可以大概看出Wii U的程度。比如说XB360 45nm制程的整合XCGPU为3个Power核心和GPU核心统合而成，大约168平方毫米。从降低成本方面考虑，也许任天堂会做到相比较小一圈的程度也说不定。所以在理论上，Wii U可以搭载和XB360相同程度但规模更小的CPU和GPU也是有可能的。
　　百老汇芯片
　　但要从耗能说起的话可能话题就会有所不同了，XCGPU相比初代XB360上的CPU和GPU相比省电60%以上。只是这样等级的功耗对于Wii那种小型主机框体来说就不适用了，如果不计成本的话静音化就会很难。像任天堂已公布的那样如果要做到在小型框体的基础上保证静音处理的话，就要对TDP(Thermal Design Power热设计功耗)加以限制。所以就更要对CPU和GPU在规模上进行一定程度的制约，这便是任天堂在构架选择方面的制约要素之一。
　　实际上XB360的高频率CPU也是导致高功耗的一个原因。任天堂的话回去选择以功耗较小的CPU架构，只需要一定的电力消耗就能获得效率不错的CPU为首选。如果任天堂选择了32/28nm制程的CPU的话，对于降低电流泄漏也是会有不小的帮助。很多可以制作32/28nm制程产品的工厂都会采用High-K/Metal Gate(HKMG)技术，所以对于漏电还是有一定抑制作用的。
　　High-K/Metal Gate(HKMG)技术
　　小知识：铪基High-K(高K)栅电介质+Metal Gate(金属栅)电极叠层技术。可使漏电减少10倍之多，使功耗也能得到很好的控制。而且，如果在相同功耗下，理论上性能可提升20%左右。
　　但是话说回来制程的不断缩小还是有负面影响的。那就是电能密度(Power Density)的上升。制程技术每进步一代，电子半导体的尺寸就会缩小50%。另一方面，功耗是电容x电压的2次方的比例关系，但现在电压很难压低下来。所以，在同一代产品中电容只能降低到70%、驱动电压也只能降低几个百分点从而来削减功耗。这样电子半导体的电力消耗只能下降到6x%，根据面积得不同，功耗还会有所上升。
　　好莱坞芯片
　　现在的制程的技术每一代都是根据面积电力密度会随之上升，为了抑制这种情况的出现，CPU和GPU的架构就要受到制约。具体来说，增加逻辑电路会很难，SRAM之类的也必须增添散热装置，在热量集中上升较快的地方就要进行特别设计。举例来说，NVIDIA和IBM都会对自己的处理器的电力密度进行设定到一定值。对于小型主机框体散热也会成为研究课题周一，电力密度也是个很棘手的问题，所以无法一味地缩小芯片尺寸。
　　●关于GPU核心
　　但是具体来说究竟可以搭载什么程度的核心呢?采用的AMD架构的GPU核心，可以大概探知其产品的程度。
　　举例来说，AMD 40nm制程APU(Accelerated Processing Unit)“Zacate/Ontario”面积75平方毫米，CPU以外的模具面具约58平方毫米(除去PHY后GPU核心为35平方毫米)。这里有AMD 在10年发售的低端独立显卡“Radeon HD 5450(Ceder)”几乎同等的80处理器(实际上有16个VLIW架构处理器)包含其中。算上双核x86的CPU，TDP应该是在9到18W。这样的话便是小型框体主机可以接受的TDP值。Radeon HD 6450为40nm，月70平方毫米，搭载了5450数倍的160处理器(32 VLIW)。
　　PC用Radeon HD 5450显卡
　　任天堂Wii U采用的AMD架构是否是与PC平台相同则暂未可知。但是AMD采取根据面积增加处理单元的可能性很高，这样就可以根据AMD的GPU处理器的密度进行一定程度上的参考。如果任天堂的GPU核心和内存控制的TDP每台10W进行控制的话，又有80到160处理器的话恐怕还是很难达到这个程度的GPU规模的。32/28nm的话，采用PC上泛用稍低端显卡提升一些然后提升到主流等级的可能性也非常高。对于游戏主机来说因为不能单纯依靠低电压即可运行这一点选择，做到像笔记本电脑那种低电压工作的移动桌面GPU也很难。
　　会否采用DirectX10而不是11呢?
　　顺便提一句，Wii U的GPU架构选择DirectX 10的可能性很高。正是因为在E3的DEMO当中看到其对多边形的数量进行了控制，并使用Pixel Shading进行渲染成与DirectX 10相等的图像。这和近期所用DirectX 11的一些高规格GPU的DEMO那样使用大量多边形作图是不同的。
　　DirectX11特效曲面细分
　　如果任天堂没有装载Tessellator细分曲面的话，估计也是考虑到电力消耗的问题。Tessellator本身虽然消费功耗并不多，但是AMD架构中搭载Tessellator的话，就会对存储器方面产生压力，一但到了完全压榨机能的场景，处理量就会大增，恐怕他们是不会这么做的。
　　●与Wii的互换性打算如何实现
　　Wii U在GPU上实现多屏幕画面的可能性很高。抛开在电视上进行HD渲染不提，手柄控制器上的画面渲染也要考虑。如果要支持触摸屏的话，负荷就会变得很高。而且实际上在控制器上的画面渲染可能会受到制约。对于多显示输出也是AMD的强项所在。
　　任天堂Wii主机的传奇能否复制?
　　另外，任天堂也必须对Wii的互换性进行规格分割考虑。GPU已经由固定管线的GC和Wii变更为Shader GPU。再加上还是由AMD进行开发(GC也是向AMD买取的ArtX)，所以应该是可以继承的。
　　虽然Shader GPU可以模拟固定管线的工作模式，但是对于游戏主机的硬件来说无法完全做到一致。要想在游戏主机上做到硬件方面完全一致，就必须在新制程制造的GPU里假如一部分旧制程的机能。所以Wii U在某种程度上的部分搭载Wii GPU核心的IP也是有可能的。游戏主机的互换兼容性问题，比起CPU更要考虑GPU。
　　●根据时势选择PowerPC 476FP?
　　CPU核心方面任天堂选择了过去GC/Wii所使用的Power基础的核心。如此一来，搭载Power 核心的Wii U就可以很方便的和上世代主机进行互换。只是任天堂GC的Gekko所采用的PowerPC 750CXe进行了定制化处理。这样的话，Wii CPU核心进行微调然后搭载在Wii U上的可能性就非常高。举例来说，可以做成高性能的Power核心与以前的Power核心做成非对称核心架构。
　　PowerPC 476FP规格
　　新CPU核心可以先假象为PowerPC的新“PowerPC 476FP”核心，和PowerPC 750系相近。采用45nm制程，3.6平方毫米，工作频率最高1.6Ghz，核心功耗1.6W。
　　如果Wii U的CPU和GPU是分离设计的话，CPU就应该可以做成多核的了。CPU核心较小，增加核心数是一个比较不错的选择。耗能方面，多核化之后也可以很好地控制功耗。如果从时间上来看，2009年10月开始初期设计，再加上定制化，现在的时间应该是与之相吻合的。芯片的开发到制作，一般都要2年以上的时间周期。就算短时间开发周期的XB360，CPU的设计核心确立制造位为止也要24个月。反过来说，Wii U的芯片设计，最晚也应该是从2010年中开始进行的。
　　PowerPC 476FP CPU核心架构
　　如果Wii U真的用了PowerPC 476FP等级的双核心设计的话，主机性能会达到怎样的一个水平呢?架构区别太大比较起来还是十分困难的。XB360采用的是略简单的3个 2 In-Order执行管线的、以3.2Ghz驱动的Power核心。PS3则采用了异种混合架构的Cell Broadband Engine(Cell B.E.)，其中有一个和XB360核心相近的核心，另外又有7个SPU(Synergistic Processor Unit)辅助核心，总频率3.2Ghz。相对的Wii U的处理能力应该不会太高，只是在性能/功耗的表现上来看，任天堂的表现应该不俗。
　　●那么现在Wii U的完成状况
　　现在朝着Wii U不断进发的任天堂，Wii U现在的完成状况到底如何了呢?目前Wii U 芯片的样品是否完成暂时无法得知。只是如果实在2012年末发售的话，现在也许暂时还没制作完成。
　　通常来讲，在完成最初样品之后首先要进行验证，不行的话再回厂返工再做样品。处理器的话1四半期是有必要的，但通常来说要两个循环周期也就是2四半期才能由样品转为量产阶段。而且对于游戏主机来说，在正式开卖之前也要准备好一定的实机储备量，芯片的量产开始后到发售前也需要时间来准备。另外伴随游戏主机硬件发售，还必须准备各种游戏作品，所以就要给发布合作伙伴的企业提供样品进行前期开发。如果1年前芯片的样品已经制作完成的话，现在应该刚好对得上。
　　噱头十足的宣传片让我们所有人都把注意力放在控制器上了
　　但是我们在E3上看到的任天堂Wii U的DEMO又是怎么一回事儿呢?其实哪怕实际芯片没有做出来也是可以进行技术演示的。利用PowerPC的样板以及AMD的显卡可以组建出Wii U假定的性能水平。回想XB360那会儿，由于硅的紧张，微软不也照样用了苹果G5为基础的开发包么。
　　总之，现在应该是已经进入到了Wii U 芯片开发的最终阶段之前的一步了。今年秋天，也许我们就会有更具体的下一步消息了。




转自tgbus

解析什么的,等出了才能完全知道

这个还真是专业呢

不是很关注这个