在變成大家看到樣子之前，開發人員所見到的GPU是什麼樣子的

寫在正文開始之前：本文所涉及一切資料皆為網上已公開資料，來源包括並不僅限於Nvidia Blog，ElectronicDesign。

最近工作之餘，看了一些有趣的公開資料。GPU與CPU作為人們日常生活中所能接觸到的最複雜的兩大IC，一定會有很多人和我一樣好奇GPU架構在功能，性能設計完成後，在變成大家所看到的晶元之前在開發人員的的眼中是什麼樣的。

在變成老黃手裡拿著的核彈之前，最完整的Nvidia最新一代GPU架構是運行在標題圖的emulator 上的。

更具體一些是長這樣的，圖為NVIDIA Emulation engineering team 所維護的秘密武器「Indus」——5年前曾是世界上最大的emulator。

作為一個全功能的新架構GPU，自然是可以在PC上的使用及測試的，但是這個龐然大物的功能僅僅是顯卡的GPU晶元，而顯卡上其他配件是沒有的。所以為了將其連接到電腦上需要用特製的線纜把GPU的針腳連接到顯卡上，此時新一代全功能新架構的核彈廠最新初代顯卡就誕生了。

不過別急著高興，即使運行在最新GPU頂配架構上，此時也不能暢玩3A大作。因為emulator是為晶元驗證測試而製作的，工作頻率遠低於已製成顯卡晶元的工作頻率，其用來玩遊戲的性能除了新特性支持更全外，大概遠不如你現在操作的電腦或者手裡的手機。

那能插在顯卡GPU插槽上變身次世代核彈的emulator到底是什麼？

Emulators are designed to provide an exact replica of actual hardware. (Software tools, in comparison, simulate or mimic what a particular piece of hardware will do.) When an emulator is plugged in to a PC, it』s exactly like placing a physical chip on the motherboard. From then on, chip designers can test away.

—— Nvidia Blog

Emulator是設計來提供一個複製品來描述實際硬體是怎樣的。把emulator煉乳計算機就像把一個物理晶元插在母板上一樣。從那之後晶元設計者們就可以開始測試了。

—— Nvidia Blog

隨著晶元集成度的增加，晶元變得愈來愈複雜，驗證的證的重要性逐漸增加。即使不考慮流片的金錢成本，重複流片導致的時間成本也足以讓競爭激烈的IC公司倒閉。所以現在一般在完成設計之後，流片之前有三種主流的模擬測試方式，分別是RTL軟體模擬、FPGA模擬和emulator。

RTL軟體模擬的特點是調試方便，易於使用，但是模擬速度最慢，目前基本在kHz級別。同時因為其本質是串列執行的，並不能真正的完美模擬實際工作情況。

FPGA模擬的速度較快，但是需要數周才能搭建測試環境，調試能見度也差，用來調試的效率低。

Emulator速度比RTL軟體模擬快好幾個量級，同時各種設計使得其調試方便程度遠高於FPGA模擬，唯一美中不足的是其昂貴的價格。

在遊戲玩家絲滑享受3A大作之前，GPU的設計者們要使用巨大且笨重且無比緩慢的模擬器進行開發和測試。所以好好珍惜遊戲中看到的畫面吧，也許僅僅那一幀畫面，NVIDIA的GPU Architect們需要通過等待一周的時間才能看到。

最後打一下廣告，上海深圳北京NVIDIA招人啦，包括ArchitectSoftwareHardware，包括社招應屆實習。可以私信或郵箱找我推薦，lqin@nvidia.com。

最後我們組在招實習生，想搶先體驗最新架構的核彈嗎，都等著你呢。

Reference:

[1]Sneak peek: inside nvidia』s emulation lab, NVIDIA BLOG.

[2]Hardware Emulation: A Weapon of Mass Verification,ElectronicDesign.