Итоги 2020 года: игровые видеокарты

⇡#NVIDIA GeForce RTX 30: младшие модели

От предшественницы GeForce RTX 3080 отличает, среди прочего, одна важная особенность, которая и лежит в основе ударного роста FPS за доллар стоимости: в 30-м поколении модельный ряд карт NVIDIA сегментирован по-другому, и устройство на 80-й позиции комплектуется флагманским GPU (пусть и урезанным), а 70-й модели выделен чип второго эшелона — GA104. Линейка GeForce 20 была устроена совершенно иначе: напомним, что в основе RTX 2080 лежит графический процессор TU104, а в базовой версии RTX 2070 применяется TU106. Таким образом, два ключевых представителя 30-й серии шагнули наверх в рамках кремниевой базы своего времени по сравнению с их формальными предшественниками.

GeForce RTX 3070 опирается на частично урезанный кристалл GA104, но потери быстродействия в данном случае совершенно незначительны. Новинка почти вдвое превосходит GeForce RTX 2080 SUPER (видеокарту на полностью функциональном кристалле TU104) по расчетной пропускной способности за такт в операциях над 32-битными вещественными числами. Конечно, это лишь теоретические выкладки. Тем не менее в играх RTX 3070 сулит производительность на уровне GeForce RTX 2080 Ti — самой переоцененной модели 20-й серии, которую отдавали за сумму не меньше $999, — по стоимости RTX 2070, то есть всего за $499. А главное, все предварительные оценки RTX 3070 теперь подкреплены независимыми бенчмарками, и перед нами действительно предстал полный аналог GeForce RTX 2080 Ti, который вдобавок ко всему потребляет меньше энергии. А по сравнению с видеокартой, которая занимает 70-ю позицию в продуктовом ряду GeForce 20, — базовой версией RTX 2070, речь идет о приятном бонусе в 43–62 % игрового фреймрейта.

Уязвимое место GeForce RTX 3070 — объем локальной памяти. RTX 3070 радикально превосходит RTX 2070 и RTX 2070 SUPER по игровому быстродействию, не говоря уже о профессиональных задачах, но в распоряжении графического процессора по прежнему есть лишь 8 Гбайт оперативки. Более того, если проследить развитие устройств NVIDIA в данной ценовой нише, начиная с GeForce RTX 1070/1080, то оказывается, что объем видеопамяти не прогрессирует уже четыре года. Современным играм 8 Гбайт еще достаточно, но покупателям хотелось бы иметь запас на будущее. Увы, заложить его в спецификации RTX 3070, сохранив прежнюю стоимость, было бы непросто. 256-битная шина памяти ставит выбор между 8 и 16 Гбайт VRAM: 8 — маловато, а 16 — уже легкий перебор (AMD считает иначе, но это мы обсудим ниже).

Как бы то ни было, в условиях продолжающегося дефицита и завышенных цен, не говоря уже о падающем курсе рубля, даже GeForce RTX 3070 не по карману множеству российских покупателей. Кроме того, большинство геймеров по-прежнему сидит за мониторами с разрешением 1080p. В таком режиме различия между GPU сглаживаются, а потенциал мощного железа раскрывается лишь частично. Младший на данный момент представитель нового поколения, GeForce RTX 3060 Ti, стал первым шагом чипмейкера в бюджетном направлении. При рекомендованной стоимости $399 он выступает прямой заменой GeForce RTX 2060 SUPER, но, подобно своим старшим родственникам, метит на значительно более высокий уровень производительности — в данном случае аналогичный тому, который обеспечивает GeForce RTX 2080 SUPER.

RTX 3060 Ti — вторая видеокарта на чипе GA104 после RTX 3070. Как следствие, графический процессор здесь урезан сильнее, чем в RTX 3070: на чипе осталось чуть больше половины основных вычислительных блоков, если сравнивать с GeForce RTX 3080. Тем не менее GeForce RTX 3060 Ti существенно превосходит видеокарту предыдущего поколения, аналогом которой он должен стать в играх, — RTX 2080 SUPER — по скорости операций над вещественными числами стандартной точности (опять-таки в теории). В свою очередь, формальный предшественник новинки — GeForce RTX 2060 SUPER — обеспечивает лишь половину паспортного быстродействия шейдерных расчетов, свойственного RTX 3060 Ti.

По сравнению с ускорителями, которые раньше жили в данной ценовой категории, RTX 3060 Ti действительно располагает совершенно иными возможностями: GeForce RTX 2060 SUPER он превосходит на 32–39 % игрового фреймрейта, Radeon RX 5700 XT — на 24–30 % и действительно является аналогом RTX 2080 SUPER, который в свое время дебютировал по цене $579. Это именно такие количественные изменения, которые переходят в качество, если речь идет о трассированных играх. В передовых проектах с рейтрейсингом младшие представители 20-го семейства уже исчерпали свой потенциал, а путь RTX 3060 Ti только начинается. Единственное, что мы советуем пользователям, которым посчастливилось найти RTX 3060 Ti (как и RTX 3070) по адекватной цене, — это попытать счастья в оверклокинге оперативной памяти. Похоже, новинка испытывает дефицит пропускной способности VRAM, но благодаря новым контроллерам в чипах Ampere память превосходно разгоняется.

GeForce RTX 3060 Ti и RTX 3070 выгодно отличаются от старших «Амперов» умеренной потребляемой мощностью в пределах 200–220 Вт, поэтому довольствуются упрощенной системой охлаждения. Недаром в конструкции младших моделей Founders Edition обошлись без дорогостоящей испарительной камеры, однако, если судить по фирменным устройствам NVIDIA, качественные разновидности RTX 3060 Ti и RTX 3070 гарантируют не только высокое быстродействие, но и по-настоящему низкий уровень шума.

⇡#Radeon RX 6000: AMD снова в седле

После того как AMD с успехом опробовала архитектуру RDNA на ускорителях Radeon 5000-й серии, пришло время вернуть конкуренцию между двумя производителями дискретных GPU в самый престижный, верхний ценовой сегмент. И что особенно важно, AMD не только вновь соревнуется за корону быстродействия, но и стремится восстановить утраченный паритет с NVIDIA в функциях рендеринга, которые открывают современные графические API, в частности в аппаратном ускорении трассировки лучей.

Но как ни крути, визитная карточка большого чипа Navi, который лег в основу «красных» новинок осени 2020 года, — то, что он действительно большой. AMD удвоила массив основных вычислительных блоков по сравнению их числом в процессоре Navi 10 в составе Radeon RX 5700 XT. Полностью функциональный кристалл Navi 21 содержит в общей сложности 5120 шейдерных ALU, благодаря чему (а также высоким тактовым частотам) он стал самым мощным дискретным GPU AMD в отношении сырой пропускной способности операций FP32 на такт. Неспроста и количество транзисторов увеличилось более чем вдвое — с 10,3 млрд у Navi 10 до 26,8 млрд.

Другой, но уже по-настоящему революционной особенностью нового кремния AMD является громадный кеш третьего уровня объемом 128 Мбайт — Infinity Cache, расположенный прямо на чипе Navi 21. Это далеко не новое решение, которое уже не раз использовали — также в виде интегрированного массива памяти или дискретного кристалла — производители SoC для игровых приставок и мобильных ПК. Но все-таки в сфере дискретных GPU компания AMD прибегла к нему впервые. Пропускная способность интерфейса Infinity Fabric, который соединяет Infinity Cache с более глубокими слоями стека памяти, достигает внушительной величины в 1,85 Тбайт/с, а это почти в четыре раза больше, чем у чипов GDDR6 на 256-битной шине. Да, новые ускорители 6000-й серии оборудованы простыми чипами GDDR6 с пропускной способностью 16 Гбит/с и, таким образом, недалеко ушли по совокупной ПСП от Radeon RX 5700 XT, но благодаря Infinity Cache слабая подсистема внешней памяти им совершенно не мешает.

Чего до сих пор остро не хватало «красным» графическим процессорам, так это ускорения трассировки лучей. В чипе Navi 21 наконец-то появились специализированные блоки под названием Ray Accelerators, пускай для AMD это лишь первый — и потому не самый впечатляющий — эксперимент в аппаратном рейтрейсинге. Увы, нет данных для того, чтобы напрямую сравнить быстродействие RA с аналогичными компонентами «зеленых» GPU, но, как показывает практика, продукты на базе Navi 21 пока могут соревноваться на равных лишь с прошлым поколением видеокарт NVIDIA, если речь идет о тайтлах с гибридным рендерингом, и проседают еще сильнее в полностью трассированных играх — таких как Minecraft или Quake II RTX.

Кроме того, AMD нечем крыть тензорные ядра чипов Turing и Ampere, предназначенные для эксплуатации и тренировки нейронных сетей. А значит, у Radeon отсутствуют настолько же эффективные инструменты масштабирования кадра, как технология DLSS 2.0, которая избавилась от детских болезней ранних версий и во всех новых играх обеспечивает по меньшей мере удовлетворительное качество изображения. Даже новейшие модели GeForce RTX 30-й серии при высоком разрешении с трудом поддерживают комфортный фреймрейт без масштабирования, а игроделы уже привыкают закладывать в требования к железу прибавку быстродействия, которую обеспечивает DLSS. Компания работает над расширением библиотек FidelityFX под названием Super Resolution, которое станет более качественным средством реконструкции деталей, чем существующий алгоритм FidelityFX CAS, но, как и в случае с трассировкой лучей, AMD придется какое-то время наверстывать отставание от первопроходцев.

Зато у видеокарт серии Radeon RX 6000 есть нашумевшая функция Smart Access Memory (которая, кстати, распространяется и на Radeon RX 5000), открывающая центральному процессору прямой доступ к полному объему локальной памяти видеокарты. Небольшая часть VRAM всегда является частью адресного пространства системной памяти, но SAM позволяет целиком отображать VRAM в RAM и за счет этого предотвращает ненужное копирование данных. По усредненным оценкам AMD, SAM дает еще 6 % FPS в популярных играх и вплоть до 11 % в самом лучшем случае. Есть только одно условие — пока SAM официально работает лишь на процессорах Ryzen 5000 и материнских платах с чипсетом B550 или X570.

В действительности адресное пространство шины PCI Express изначально допускает гибкую конфигурацию путем установки базовых адресных регистров (BAR), поэтому довольно скоро — путем обновлений BIOS или в порядке эксперимента — Smart Access Memory запустили на чипсетах 400-й серии и даже на интеловском железе. Над собственным аналогом SAM также работает NVIDIA, и, скорее всего, данная функция рано или поздно распространится на любые комбинации современных CPU и GPU. Но пока, как ни крути, полную совместимость гарантируют только новые видеокарты AMD на «родной» платформе Ryzen 5000. И то и другое является дорогостоящим дефицитным товаром, так что преимущества SAM для большинства пользователей остаются лишь предметом отвлеченных дискуссий.

Ускорители AMD теперь не уступают «зеленым» соперникам по охвату функций рендеринга в рамках последних версий интерфейса Direct3D. К примеру, Navi 21 может воспользоваться совершенно новой моделью программирования геометрии — Mesh Shaders, которая параллелизирует ранние этапы графического конвейера, устраняя бутылочное горлышко при большом количестве полигонных сеток в кадре. А в перспективе новые шейдеры полностью заменят этап тесселяции поверхностей или по крайней мере дополнят его в тех случаях, когда уместно более гибкое решение. Одновременно в Navi 21 появилась поддержка Variable Rate Shading — функции, позволяющей регулировать вычислительные ресурсы, выделенные на шейдинг отдельных фрагментов изображения, в зависимости от того, требуется ли им повышенная точность, или, наоборот, допустимо падение качества. AMD выработала свой подход к имплементации API DirectStorage для прямой загрузки графических ресурсов с твердотельных накопителей в оперативную память графического процессора. Наконец, интерфейс HDMI 2.1 и выделенный ASIC для декодирования видеопотока AV1 — все это теперь тоже есть в железе AMD. Перечисленные и другие нововведения архитектуры RDNA второго поколения мы намного подробнее разбирали в обзоре Radeon RX 6800 и RX 6800 XT.

AMD выпустила сразу три видеокарты на базе чипа Navi 21. Младшие новинки — Radeon RX 6800 и Radeon RX 6800 XT — получили GPU с частично деактивированными вычислительными блоками и нацелены на конфронтацию с GeForce RTX 3070 и RTX 3080. В свою очередь, флагманский ускоритель Radeon RX 6900 XT продемонстрировал всю мощь нетронутого кристалла Navi 21 — он метит в одну категорию производительности с GeForce RTX 3090.

Базовая модель Radeon RX 6800 поступила в продажу по рекомендованной стоимости $579. Чипмейкер твердо уверен в ее превосходстве над GeForce RTX 3070 и назначил более высокую розничную цену. Действительно, в наших игровых тестах без трассировки лучей Radeon RX 6800 оторвался от GeForce RTX 3070 на 5–11 % FPS. Кроме того, AMD не поскупилась на объем оперативной памяти: все три устройства, включая RX 6800, получили 16 Гбайт VRAM. Но не все так просто: потенциальным владельцам RX 6800 нужно сделать поправку на игры с трассировкой лучей, в которых младшей модели приходится бороться с ускорителями прошлого поколения GeForce RTX 2080 и RTX 2080 SUPER. И это в лучшем случае, если речь не идет о полностью трассированной графике.

Radeon RX 6800 XT отличается от «простого» RX 6800 значительно повышенными тактовыми частотами, а главное, количеством активных шейдерных ALU и блоков текстурирования в кристалле GPU. Новинка на $50 дешевле своего 699-долларового соперника (GeForce RTX 3080), невзирая на преимущество в объеме VRAM, и несложно догадаться, почему AMD вновь соблазняет покупателя экономией. В традиционных играх без рейтрейсинга Radeon RX 6800 XT отстает от GeForce RTX 3080 на величину от 3 до 7 % FPS и, разумеется, не выдерживает никакого сравнения в условиях трассировки лучей.

Серию новых ускорителей увенчал Radeon RX 6900 XT с рекомендованной ценой $999. Флагманские ускорители комплектуются полностью активированными кристаллами Navi 21, которые вдобавок проходят отбор по наименьшим требованиям к напряжению питания. Radeon RX 6900 XT, без всяких сомнений, является одной из самых производительных игровых видеокарт современности. Но, как и в случае с GeForce RTX 3090, максимальную пользу из нее могут извлечь только профессиональные приложения, а вовсе не игры. Даже на 4К-экране, когда быстродействие заведомо не ограничено ресурсами центрального процессора, преимущество RX 6900 XT в 8 % FPS по сравнению с RX 6800 XT явно не соответствует наценке в $350. Как следствие, свергнуть GeForce RTX 3090 с пьедестала AMD все-таки не удалось: даже в консервативных тайтлах без рейтрейсинга продукт NVIDIA лидирует в бенчмарках с преимуществом от 7 до 18 % фреймрейта. Что там говорить, даже RTX 3080 уступает RX 6900 XT по игровой производительности лишь при условно-низком разрешении экрана (1080p или 1440p), да и то ненамного — в среднем 5–6 % FPS. Более привлекательно (опять-таки как RTX 3090) Radeon RX 6900 XT смотрится в рабочих приложениях — благодаря внушительному объему VRAM.

И все-таки нельзя не признать, что подобных результатов в сравнении с показателями лучших продуктов NVIDIA мы не видели уже давно. Кроме того, чип Navi 21 поставил точку в многолетнем отставании «красного» кремния по быстродействию на ватт. Оценки энергоэффективности в играх без рейтрейсинга у представителей серии GeForce 30 с одной стороны и у Radeon RX 6000 с другой по большому счету одинаковы. Старшие модели ограничены резервом мощности 300 Вт, в то время как базовой версии RX 6800 достаточно 250. AMD по-прежнему использует конвейер TSMC с нормой 7 нм, но благодаря массе различных оптимизаций чипы Navi второго поколения далеко ушли от своих предшественников.

Стоит похвалить AMD и за то, что компания наконец-то уделила подобающее внимание конструкции референсных видеокарт., пусть даже они рано или поздно уйдут в прошлое, когда партнеры чипмейкера наладят выпуск устройств собственного дизайна. Судя по уровню шума и нагреву эталонных версий Radeon RX 5700 (XT) и Radeon VII, раньше AMD рассчитывала именно на это, но серия Radeon RX 6000 от таких проблем не страдает, особенно старшие модели, которым достался более крупный кулер, чем у RX 6800.

Вместо заключения еще раз акцентируем внимание на том, что все устройства, представленные NVIDIA и AMD осенью 2020 года, включая GeForce RTX 3060 Ti, относятся к устройствам высокопроизводительным и, соответственно, дорогим. А теперь кризис доступности нового железа только усилился в связи с очередным циклом криптовалютного ажиотажа. Как следствие, рядовые покупатели еще не скоро получат доступ к по-настоящему мощным графическим ускорителям по разумной цене, особенно в России. Повод для надежды есть лишь в том, что за моделями для энтузиастов обязательно последуют решения попроще и подешевле. Скорее всего, уже в первом полугодии оба чипмейкера до конца сформируют линейку видеокарт на чипах нового поколения. В среднем и нижнем ценовом сегменте мы по традиции увидим особенно тесную конкуренцию, исход которой решают не только характеристики кремния, но и в значительной степени возможности и цены конкретных реализаций той или иной модели. За всем этим мы будем пристально следить — должно быть интересно.