作者：轩辕志瑜

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1. 架构概述

1.1 设计定位

GPU 子系统是一个面向商用级图形渲染与并行计算的 GPU RTL 实现，采用 Chisel3 硬件描述语言开发，参考 NVIDIA Ampere / Ada Lovelace 架构、AMD RDNA 3 架构、Intel Xe HPG 架构设计理念。

核心特征 :

  • 96 个硬件模块，9 大功能类别

  • SIMT 执行模型 (32-lane Warp)

  • 11 阶段固定功能图形管线 + 2 个可编程着色器阶段

  • 8 个 ISA 扩展 (GBase/GFP/GTensor/GRT/GAI/GVideo/GCompute/GGeometry)

  • 多核可扩展架构 (1..16 核)

  • 三路显示输出 (HDMI 2.1 + DP 2.1 + VGA)

  • 8K × 8K 最大分辨率 (7680×4320@60Hz)

  • 4 级存储层次 (RegFile → SharedMem → L1 → L2)

  • 8×8 NoC Mesh 互连

  • Tensor Core (16×16 矩阵乘累加)

  • RT Core (光线追踪，64 光线并行)

  • 完整可靠性 (ECC + DFT + DVFS + JTAG Debug)

1.2 总体评级

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12. 性能指标

12.1 图形管线性能

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12.2 计算性能

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12.3 实测性能 (SDL3 + Verilator 仿真)

  • 20 Demo 全部通过 (100%)
  • 双核 IPC: 3.6049
  • 核平衡度: 0.8961
  • VGA 吞吐: 0.46 pixels/cycle
  • 8K 分辨率: 全部通过
  • 多接口输出: 2 HDMI + 2 DP + 2 VGA 全部通过

4. 图形管线架构

4.1 管线阶段实现 11 阶段固定功能 + 2 阶段可编程图形管线：

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4.2 API 兼容性硬件管线功能兼容(非软件 API 实现):

  • Vulkan 1.3 Pipeline Specification

  • OpenGL 4.6 Pipeline

  • DirectX 12 Pipeline

支持的图形特性:

  • 8 MRT (Multiple Render Targets)

  • MSAA 1×/2×/4×/8×/16×

  • 8 深度比较函数 + Early-Z

  • 10 混合因子 + 5 混合方程

  • 模板测试 (8 ops)

  • NDC [-1,1] (OpenGL) / [0,1] (DirectX) Z 范围

  • 最大视口 8K × 8K (7680×4320)

4. GpuTop 黑盒验证 (15/15 PASS)4.1 DUT 信息

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4.2 测试用例

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4.3 仿真结果
=== GpuTop Black-Box Test: 15 PASS, 0 FAIL ===
=== Total cycles: 502 ===
=== ALL PASS ===
$finish called at time : 5196 ns

GPU 子系统框架图与工程表 在 楼

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附件：GPU.zip（约 1020.96 KB）

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