AMD GPU编年史：从ATI R100到RDNA 4，从霸主到追赶者，显卡红色阵营的传奇故事

在半导体历史的长河中，AMD（Advanced Micro Devices）的图形部门是一个充满斗志、屡败屡战却又屡出奇招的传奇。从2006年收购ATI开始，AMD便肩负起了同时对抗Intel（CPU战场）和NVIDIA（GPU战场）的“双线作战”宿命。

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第一章：前传——ATI的辉煌与统一渲染架构的前夜 (2000-2006)

在并入AMD之前，ATI Technologies是图形领域的霸主之一。这一时期的架构奠定了未来Radeon品牌的基石。

1.1 R100 至 R500：从固定管线到可编程着色

• R100 (Radeon 256): 2000年发布。引入HyperZ技术（节省显存带宽），支持Charisma Engine（硬件T&L）。
• R300 (Radeon 9700 Pro): 2002年发布。​历史转折点。它是世界上第一款完全支持DirectX 9.0的GPU，凭借256-bit显存位宽和8条像素管线，彻底击败了NVIDIA当时的GeForce FX系列，确立了ATI的高端地位。
• R520 (X1000系列): 2005年发布。引入了超线程分配器，为统一渲染架构做铺垫。

1.2 Xbox 360与Xenos：统一渲染的雏形

在PC端还在使用像素/顶点分离架构时，ATI为微软Xbox 360定制的Xenos GPU率先实现了​统一渲染架构 (Unified Shader Architecture) 。这一设计理念直接催生了后来的TeraScale架构。

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第二章：TeraScale 架构——超长指令字的豪赌 (2007-2011)

2006年，AMD以54亿美元收购ATI。随后推出的TeraScale架构（VLIW，超长指令字）是AMD时代的第一个重要篇章。

2.1 TeraScale 1 (R600/RV670)

• 发布时间: 2007年5月

• 代表型号: Radeon HD 2900 XT, HD 3870

• 架构特点:

  • VLIW5: 每个着色器核心包含5个ALU（4个简单+1个复杂）。这种架构在理论浮点性能上极其强悍，但极度依赖驱动程序的指令打包效率。
  • 512-bit环形总线 (Ring Bus): HD 2900 XT使用了巨大的位宽，但功耗和发热失控，导致首战失利。

• 升级点: HD 3800系列迅速修正了R600的错误，改用256-bit位宽，率先引入55nm工艺和DX10.1，主打性价比。

2.2 TeraScale 2 (RV770/Cypress)

• 发布时间: 2008年6月

• 代表型号: Radeon HD 4870, HD 5870

• 架构特点:

  • GDDR5的首秀: HD 4870是显卡史上第一款采用GDDR5显存的产品，用较窄的位宽实现了极高的带宽。
  • “小核心”策略: AMD放弃了与NVIDIA争夺“巨型核心”，转而制造面积更小、良率更高、成本更低的GPU（RV770），通过双芯卡（HD 4870 X2）争夺卡皇。
  • Eyefinity (宽域): HD 5000系列引入，支持单卡多屏输出。

• 规格概览 (HD 5870):

  • 流处理器: 1600 (VLIW5)
  • 显存: 1GB GDDR5
  • TDP: 188W
  • 评价: HD 5870是AMD历史上最成功的高端卡之一，在Fermi（GTX 480）延期时独霸市场半年。

2.3 TeraScale 3 (Cayman)

• 发布时间: 2010年12月

• 代表型号: Radeon HD 6970

• 架构变革:

  • VLIW4: 将VLIW5精简为VLIW4（去掉了利用率低的复杂ALU，改为4个对等ALU）。提高了每平方毫米的性能效率。
  • 双图形引擎: 增强了曲面细分（Tessellation）性能，这是此前AMD的弱项。

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第三章：GCN (Graphics Core Next)——通用计算的十年长跑 (2012-2019)

TeraScale虽然图形性能不错，但通用计算（GPGPU）能力极差。随着计算时代到来，AMD推倒重来，发布了革命性的GCN架构。这是一个为计算而生，却在图形领域“战未来”的架构。

3.1 GCN 1.0 (Tahiti/Pitcairn/Cape Verde)

• 发布时间: 2011年12月

• 代表型号: Radeon HD 7970 (Tahiti XT), HD 7850

• 架构详析:

  • SIMD取代VLIW: 放弃指令打包，转向标量设计。由计算单元 (CU) 组成，每个CU包含64个流处理器（分4组SIMD-16）。
  • 异步计算 (Asynchronous Compute): GCN的杀手锏，允许图形和计算任务同时排队执行。这在后来的DX12和Vulkan游戏中成为了“A卡战未来”的物理基础。

• HD 7970 规格:

  • 流处理器: 2048
  • 显存: 3GB GDDR5 (384-bit)
  • 历史地位: 第一款PCIe 3.0显卡，第一款28nm显卡。

3.2 GCN 2.0 (Hawaii) & GCN 3.0 (Fiji)

• 发布时间: 2013年 - 2015年

• 代表型号: R9 290X, R9 Fury X

• 架构升级:

  • Hawaii (R9 290X): 暴力堆料的巅峰。512-bit位宽，温度极高（公版设定95度），但性能足以抗衡GTX 780 Ti。
  • Fiji (Fury X): ​HBM显存的首秀。AMD率先在消费级显卡引入高带宽显存（HBM1），通过中介层（Interposer）封装。虽然显存只有4GB限制了其寿命，但技术极具前瞻性。

3.3 GCN 4.0 (Polaris - 北极星)

• 发布时间: 2016年6月

• 代表型号: Radeon RX 480, RX 580, RX 590

• 战略转移: AMD放弃了与GTX 1080/1070的高端竞争，利用14nm FinFET工艺主攻200-300美元主流市场。

• 规格 (RX 580):

  • 流处理器: 2304
  • 显存: 8GB GDDR5
  • 评价: 一代神卡。由于出色的挖矿性能和长久的驱动支持，至今仍活跃在二手市场。

3.4 GCN 5.0 (Vega - 织女星)

• 发布时间: 2017年8月

• 代表型号: RX Vega 64, RX Vega 56, Radeon VII (Vega 20, 7nm)

• 技术特点:

  • HBCC (高带宽缓存控制器): 允许将系统内存作为显存扩展。
  • HBM2: 解决了容量问题。
  • 瓶颈: GCN架构在扩展到4096个流处理器时遇到了严重的几何瓶颈和功耗墙。Vega是GCN架构的绝唱，证明了该架构已不适合现代高性能游戏。

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第四章：RDNA 架构——为游戏而生的涅槃 (2019-至今)

面对NVIDIA的强势和GCN在游戏效能上的疲态，AMD做出了一个大胆的决定：将架构分叉。CDNA 负责数据中心计算，RDNA 专注游戏图形。

4.1 RDNA 1 (Navi 10)

• 发布时间: 2019年7月

• 代表型号: Radeon RX 5700 XT, RX 5600 XT

• 核心变革:

  • WGP (Work Group Processor): 取代了传统的CU作为基本调度单位。
  • Wave32: 相比GCN的Wave64，RDNA采用Wave32指令执行，更适合游戏这种随机性强、依赖低延迟的负载。
  • IPC提升: 同频性能相比GCN提升约25%。
  • 缺失: 不支持硬件光线追踪。

4.2 RDNA 2 (Navi 21 - Big Navi)

• 发布时间: 2020年11月

• 代表型号: Radeon RX 6900 XT, RX 6800 XT, RX 6600

• 主要突破:

  • Infinity Cache (无限缓存): 这是RDNA 2的灵魂。通过在GPU内部塞入128MB巨大的L3缓存，大幅降低了对显存位宽的依赖（仅需256-bit即可通过缓存命中率通过等效高带宽），极大地提升了能效比。

  • Ray Accelerator (光线加速器): 每个CU配备一个RA单元，实现了硬件光追。

  • 高频设计: 轻松突破2.2GHz - 2.5GHz。

  • RX 6900 XT 规格:

    • 流处理器: 5120
    • 无限缓存: 128MB
    • 显存: 16GB GDDR6
    • 评价: AMD多年来首次在传统光栅化性能上追平NVIDIA旗舰（RTX 3090）。

4.3 RDNA 3 (Navi 31)

• 发布时间: 2022年12月

• 代表型号: Radeon RX 7900 XTX, RX 7900 XT

• 架构创新:

  • Chiplet (小芯片) 设计: 消费级GPU史上首次采用。将计算核心（GCD, 5nm）和显存控制器/缓存（MCD, 6nm）分离。降低了先进制程的成本风险。
  • 双路指令发射: 每个CU包含双倍的SIMD32单元，理论浮点性能翻倍（虽然游戏实测并非线性翻倍）。
  • AI加速器: 引入专用的AI指令单元，虽然不如Tensor Core强大，但在FSR及其他AI应用中提供支持。

• RX 7900 XTX 规格:

  • 流处理器: 6144
  • 显存: 24GB GDDR6 (384-bit)
  • 无限缓存: 96MB (第二代)

4.4 RDNA 4 (Navi 48/44) [2025年视角]

• 发布时间: 2025年Q1 (CES 2025)

• 定位: 放弃旗舰争夺，专注中高端主流市场（甜点级）。

• 技术预期:

  • 光追性能大幅修正: 重点改进RDNA 2/3时代孱弱的光追性能，采用类似PS5 Pro的RT引擎技术。
  • AI算力增强: 为FSR 4 (AI帧生成) 提供硬件基础。
  • 目标: 以RX 8800 XT替代RX 7900 XT的性能，但功耗和价格大幅降低。

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第五章：CDNA 架构——数据中心的AI巨兽

虽然普通消费者接触不到，但CDNA是AMD股价飙升的关键。

• CDNA 1 (MI100): 去除所有图形显示功能（光栅化、渲染管线），专注于FP32/FP64矩阵计算。

• CDNA 2 (MI200): 首个多芯片封装（MCM）GPU，FP64性能在当时是世界第一，主要用于超算（如Frontier）。

• CDNA 3 (MI300系列):

  • MI300A: CPU (Zen 4) + GPU (CDNA 3) 的APU设计，统一内存架构。
  • MI300X: 纯GPU版，拥有192GB HBM3显存，直接对标NVIDIA H100，凭借大显存在LLM推理市场获得一席之地。

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第六章：历代核心规格参数速查表 (部分精选)

为了方便查阅，以下列出各代具有里程碑意义的旗舰/次旗舰型号规格。

架构代号	核心代号	型号	发布年份	工艺	流处理器 (SP)	显存	位宽	典型TDP	备注
TeraScale 1	R600	HD 2900 XT	2007	80nm	320 (VLIW5)	512MB G3	512-bit	215W	环形总线失败作
TeraScale 2	RV770	HD 4870	2008	55nm	800 (VLIW5)	512MB G5	256-bit	150W	GDDR5首秀
TeraScale 2	Cypress	HD 5870	2009	40nm	1600 (VLIW5)	1GB G5	256-bit	188W	DX11霸主
GCN 1.0	Tahiti	HD 7970	2011	28nm	2048	3GB G5	384-bit	250W	GCN首秀
GCN 2.0	Hawaii	R9 290X	2013	28nm	2816	4GB G5	512-bit	290W	高温战神
GCN 3.0	Fiji	R9 Fury X	2015	28nm	4096	4GB HBM	4096-bit	275W	HBM首秀
GCN 4.0	Polaris 10	RX 480	2016	14nm	2304	8GB G5	256-bit	150W	性价比之王
GCN 5.0	Vega 10	RX Vega 64	2017	14nm	4096	8GB HBM2	2048-bit	295W	GCN绝唱
RDNA 1	Navi 10	RX 5700 XT	2019	7nm	2560	8GB G6	256-bit	225W	纯游戏架构
RDNA 2	Navi 21	RX 6900 XT	2020	7nm	5120	16GB G6	256-bit	300W	能效比逆袭
RDNA 3	Navi 31	RX 7900 XTX	2022	5/6nm	6144	24GB G6	384-bit	355W	小芯片设计
RDNA 4	Navi 48	RX 8800 XT	2025	4nm	(预计)	16GB G6	256-bit	<250W	待发布

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结语与未来展望

从Radeon 9700 Pro的惊天一击，到HD 5870的独孤求败，再到GCN时代的漫长蛰伏与RDNA的绝地反击，AMD GPU的历史就是一部以弱胜强、技术豪赌的战史。

进入2025年，随着AI成为科技界的主旋律，AMD的策略再次调整。RDNA 4暂时避开了与NVIDIA旗舰卡的正面锋芒，转而巩固玩家基数最大的中端市场；而CDNA架构则全速冲刺，试图在AI数据中心领域打破CUDA的壁垒。

对于发烧友而言，AMD依然是那个不可或缺的“挑战者”。正因为有了红队的坚持，图形技术的演进才没有陷入垄断的停滞。