● 几何处理能力成倍提升

    在过去的几年中，确切说是从Geforce 5800到Geforce GT200的这几年间，GPU的着色器Shader计算能力提升了150倍，这几乎全部是因为大量的顶点和像素处理压力所致。而游戏开发商大都喜欢已经烘焙好的材质不愿意也没有考虑过使用更为真实自由的材质。

    正是在这种思路的指导下，GPU的几何处理能力发展缓慢，在着色器Shader计算能力迅猛提升的前提下，几何处理能力只提升了3倍。并且负责几何处理的GPU单元基本上没有发生什么变化，完全是依赖规模的堆积和频率的提升来被动提高性能。

    在上图的示例中，Farcry女主角的肩膀放大后出现非常生硬粗糙的边缘；皮革质地的枪套竟然如此光滑；头发部分则因为无法运算很多根头发的物理计算而只能用帽子来遮挡，背景则几乎只能线性放大，没有任何变化的材质最终渲染效果非常不理想。

    传统的GPU几何单元设计使用了一个单片前端用来获取、装配和光栅化三角形。这种固定管线模式只能提供性能固定的并行执行内核数量。而随着应用程序的工作量不同，这条几何管线常常瓶颈或利用率不足。单一的几何处理管线在面对复杂的几何需求时，成为GPU性能的主要障碍。

    Fermi具备的光栅并行化是一个重要创新。NVIDIA称Fermi GF100是一个全新架构，不但是通用计算方面，游戏方面它也发生了翻天覆地的变化，几乎每一个原有模块都进行了重组：有的砍掉了，有的转移了，有的增强了，还有新增的光栅引擎（Raster Engine）和多形体引擎（PolyMorph Engine）。

    多形体引擎则要负责顶点拾取（Vertex Fetch）、细分曲面（Tessellation）、视口转换（Viewport Tranorm）、属性设定（Attribute Setup）、流输出（Stream Output）等五个方面的处理工作，DX11中最大的变化之一细分曲面单元（Tessellator）就在这里。Fermi GF100产品中有16个多形体引擎，每个SM一个，或者说每个GPC拥有四个。

GF100芯片的一个SM内部纹理单元和几何引擎的配置

    凭借多形体PolyMorph引擎，Fermi实现了全球首款可扩展几何学流水线，该流水线在单颗GPU中包含了最多16个Tessellation引擎。这些引擎在DirectX 11最重要的全新图形特性GPU加速Tessellation中能够发挥出革命性的性能。通过将更加细腻的几何图形融入到场景当中，Tessellation让开发人员能够打造出视觉清晰度极高、更加复杂的环境。锯齿边缘平滑了，从而使游戏中所渲染出来的人物能够拥有影院般细腻的画质。

    多形体引擎绝非几何单元改头换面、增强15倍而已，它融合了之前的固定功能硬件单元，使之成为一个有机整体。虽然每一个多形体引擎都是简单的顺序设计，但16个作为一体就能像CPU那样进行乱序执行(OoO)了，也就是趋向于并行处理。NVIDIA还特地为这些多形体引擎设置了一个专用通信通道，让它们在任务处理中维持整体性。

    在以前的架构中，固定功能单元只是单一的一条流水线。而在GF100，无论是固定功能单元和可编程操作单元都并行设计，这大大提高图形性能，也解决了GPU长期以来未有重大突破的性能短板。

    多形体PolyMorph引擎的出现，是几何流水线近几年间不断演化的重大突破。特别是细分曲面操作，需要的三角形和光栅能力都异常可怕，传统GPU无法应对。多边形引擎的出现大幅度提高了三角形、细分曲面和流输出能力。通过给每个SM搭载属于自己的细分曲面Tessellation硬件单元，并为每个GPC搭载属于自己的光栅化引擎，GF100最终为我们提供了高达8倍于GT200几何性能。