Uma Arquitetura de Suporte a Interações 3D ... - DCA - Unicamp

2.4 Arquitetura das GPUs programáveis 29
ponto-flutuante e precisão numérica capaz de armazenar valores de luminância com faixa dinâmica
estendida e maior qualidade de filtragem de textura.
2.4 Arquitetura das GPUs programáveis
Nesta seção descrevemos os detalhes da arquitetura das GPUs programáveis sobre a qual a ar-
quitetura de suporte a tarefas de interação 3D é construída. Também mostramos como as atuais
GPUs podem ser utilizadas como processadores de fluxo de propósito geral, uma vez que esse tipo
de processamento também é utilizado nos estágios de processamento de nossa arquitetura.
Em geral, as atuais GPUs são equipadas com dois processadores programáveis: o processador
de vértices, segundo uma arquitetura MIMD (Multiple Instruction Multiple Data), e o processador
de fragmentos, segundo uma arquitetura SIMD (Single Instruction Multiple Data). Recentemente
surgiram placas gráficas equipadas com uma arquitetura SIMD unificada de multiprocessamento de
primitivas, vértices e fragmentos, como as placas da série GeForce 8, da NVIDIA [NVIDIA, 2007a],
e Radeon R600 [ATI, 2007b], da ATI. Entretanto, para melhor compreensão da evolução das placas
gráficas programáveis, detalharemos neste texto apenas a arquitetura tradicional especificada pelas
APIs gráficas GL, composta de um estágio de processamento de vértices e outro de processamento
de fragmentos.
Os processadores de vértices e fragmentos não substituem completamente as funcionalidades do
chamado fluxo de função fixa de renderização, que é o fluxo de renderização descrito pelo OpenGL
para as gerações anteriores de hardware gráfico não programável. Em vez disso, o processamento
realizado por esses processadores pode substituir apenas as tarefas de transformação geométrica,
avaliação do modelo de iluminação para cada vértice, e texturização com definição de modos de
combinação de texturas. Essa escolha de arquitetura tem sido adequada para manter a compatibili-
dade com aplicações gráficas até agora desenvolvidas para hardware gráfico de gerações anteriores e
que utilizam APIs como OpenGL e Direct3D. Se a aplicação optar por não programar nenhum dos
processadores, o hardware gráfico se comportará como um equipamento de terceira geração (ainda
que, internamente, shaders sejam utilizados para simular o fluxo de função fixa).
Para propósitos de comparação, a figura 2.2 mostra um diagrama de blocos descrevendo o fluxo
de função fixa de renderização utilizado em hardware gráfico a partir da terceira geração. O hardware
recebe como entrada um conjunto de atributos de vértices e um conjunto de informações descrevendo
que primitivas devem ser construídas com tais vértices. Esses dados passam inicialmente por um
estágio de montagem de vértices (estágio 1 na figura 2.2), no qual os atributos de cada vértice são
reunidos para processamento. Após esta etapa, cada vértice é processado por um fluxo de transfor-
mação geométrica (estágio 2). Em particular, a posição de cada vértice é modificada segundo uma