Дискретная графика: события 2012 года и итоги всех тестов

Итоговую статью по дискретным видеоадаптерам в 2012 году мы построим по двухчастной схеме. Сначала хотелось бы поделиться соображениями о том, что собой представляет сегодня продукция AMD и NVIDIA (так уж сложилось исторически, что, заводя речь о дискретной графике, нынче приходится говорить всего о двух компаниях), какие перипетии сопровождали переход к новому поколению GPU и новому техпроцессу, погадать о том, каким образом все это будет развиваться в будущем. Благо есть богатая пища для размышлений. Затем — традиционная практическая часть, обобщающая результаты тех обзоров видеокарт, которые мы готовили для вас (порой — тестируя запоздалые семплы без выходных и сна, стараясь успеть ко времени снятия NDA) в течение года.

Итак, подведем итог тому, что произошло за год на рынке видеоадаптеров. В целом можно констатировать тот факт, что дискретная графика за прошедший год совершила мощный рывок к новым вершинам производительности и энергетической эффективности. И это чистая правда, а не какие-нибудь дежурные заздравные слова. Микроархитектура GPU обеих компаний пережила существенный апгрейд, благодаря которому — вместе с переходом на 28-нм техпроцесс — флагманские видеокарты AMD и NVIDIA иной раз в состоянии заменить двухпроцессорные адаптеры предыдущего поколения, а модели попроще могут похвастаться радикально сниженным энергопотреблением по сравнению с их старыми аналогами по производительности.

⇡#Часть первая: упоительные истории

AMD заполнила линейку Southern Islands, готовится к обновлению микроархитектуры

Флагманская карта семейства Southern Islands, Radeon HD 7970, успела появиться на свет в конце 2011 года, но парад остальных карт 7000-й серии пришелся на первый квартал 2012-го. Почти каждый месяц AMD представляла что-то новенькое, а ожидаемый релиз архитектуры Kepler от NVIDIA отступал все дальше в будущее. К тому моменту, когда наконец вышел GeForce GTX 680 (22 марта), все карты линейки Radeon HD 7000 уже были официально представлены и вполне доступны в продаже.

Ранее AMD/ATI еще никогда не приходилось запускать новую серию GPU такими темпами: почти что по одному процессору в месяц. Сначала топовые HD 7970 и HD 7950 на чипе Tahiti, затем карты начального геймерского уровня HD 7750 и HD 7770 на Cape Verde и наконец HD 7850 и HD 7870 — адаптеры класса Performance на GPU Pitcairn. Позднее, когда NVIDIA уже представила первые модели GeForce 600 и потеснила Radeon HD 7950 и HD 7970 в топовом сегменте, AMD пришлось немного обновить спецификации этих видеокарт. Так появился Radeon HD 7970 GHz Edition и новая версия HD 7950, которая не получила отдельной маркировки — она просто заменяет исходный вариант в продаже. Подробнее о них – ниже.

При отсутствии реальной конкуренции в лице видеокарт NVIDIA нового поколения соперниками Radeon HD 7000 поначалу были только старые Radeon HD 6000 и GeForce 500. Благодаря прогрессивной архитектуре Graphics Core Next карты HD 7000 легко превосходили по производительности модели из серии HD 6000, принадлежащие к соответствующим ценовым категориям, а благодаря техпроцессу 28 нм обладали более низким TDP. Над картами NVIDIA серии GeForce 500 не удалось одержать сокрушительных побед по причине того, что Fermi, в общем-то, весьма мощная архитектура даже по сравнению с GCN. AMD могла лишь подобрать спецификации и цену адаптеров таким образом, чтобы побить ближайшие по производительности аналоги более низкой ценой. Но превосходство по энергетической эффективности было колоссальным.

Трех разновидностей GPU в линейке HD 7000 хватило для того, чтобы равномерно закрыть все классы производительности. Для каждого адаптера, помимо флагманского HD 7970, можно назвать четкий аналог из линейки GeForce GTX 500, который он достаточно стабильно превосходит в бенчмарках, чтобы можно было застолбить лидерство, при этом безоговорочно побеждая по энергетической эффективности, и стоит сравнимых денег либо дешевле. Только Radeon HD 7770 и HD 7870 поначалу были дороговаты по сравнению с аналогами по производительности из карт предыдущего поколения.

Равнение на серию GeForce 500 было совершенно оправдано тем фактом, что NVIDIA до апреля тянула с выходом Kepler. AMD не в первый раз удается сделать шаг в эволюции GPU раньше, чем NVIDIA, но победы в рамках одного поколения и техпроцесса это не гарантирует. Низкие значения TDP, которыми видеокарты Radeon HD 7000 выгодно отличались от более старых соперников, в сравнении с TDP представителей линейки GeForce 600 уже не впечатляют. И тем не менее переход на архитектуру GCN оказался настолько благотворным для AMD, что даже ценой большего транзисторного бюджета и большего энергопотребления карты Radeon прекрасно выдерживают конкуренцию в любом классе производительности, а ценовая политика привела к тому, что некоторые модели AMD в розничной продаже заходят в диапазон цен заведомо более слабых моделей NVIDIA, что мы продемонстрируем ниже в обзоре видеокарт по классам.

Следующий год вряд ли ознаменуется столь резким прорывом со стороны AMD, каковым стала архитектура GCN и первые продукты на ее основе. По всему видно, что AMD представит в десктопных картах, предположительным кодовым названием которых является Sea Islands, обновленную версию GCN. И первые ласточки уже прилетели в виде неожиданного релиза мобильной графики Radeon HD 8000, которая как раз основана на GCN2. Обсуждать конкретные GPU нового поколения пока можно только в формате предположений. По имеющейся информации, акцент будет сделан на повышении энергетической эффективности, что особенно актуально для флагманских карт AMD. При этом ожидается прирост числа транзисторов в размере около 20% и, скорее всего, не больший прирост быстродействия. Производство останется в рамках техпроцесса 28 нм.

Сложное прошлое и загадочное будущее архитектуры Kepler от NVIDIA

Рассказ о видеокартах AMD был коротким и простым. Компания бодро перешла на новый техпроцесс и новую микроархитектуру, быстро выпустила линейку конкурентоспособных моделей и готовится обновить ее в будущем году. А вот история NVIDIA оказалась более драматичной и непредсказуемой, и по поводу будущих планов компании также нет никакой ясности. Пожалуй, именно NVIDIA и ситуация с архитектурой Kepler была за прошедший год основным источником сюрпризов, поводом для слухов и предположений, относящихся к рынку GPU.

Ожидаемая дата релиза флагманского видеоадаптера на Kepler непрерывно сдвигалась вперед. Но в конце концов 22 марта перед публикой предстал он — GeForce GTX 680. С практической точки зрения новый флагман не подкачал. Обладая умеренным энергопотреблением, GTX 680 в совокупности бенчмарков превосходил по производительности тогдашнего чемпиона AMD — Radeon HD 7970. Вместе с тем GTX 680 не оправдал смелых ожиданий, подогретых слухами о новой архитектуре и линейке GPU. Как следует из номенклатуры графических процессоров NVIDIA, ожидалось, что линейку GeForce 600 возглавит чип GK110, а на деле его место занял более легкий и экономичный GPU GK104. В результате NVIDIA пришлось оставить девиз «Мы делаем чертовски быстрые, но горячие карты» и перенести акцент на соотношение производительности и энергопотребления.

Разработчики сделали немало для того, чтобы действительно выжать из GTX 680 максимум производительности, оставшись в рамках скромного для топовой видеокарты энергетического бюджета в 195 Вт. GK104 в GTX 680 работает на весьма высокой базовой частоте 1006 МГц — спасибо техпроцессу 28 нм, покорение которого далось NVIDIA столь нелегко. Плюс к тому в серии GeForce 600 дебютировала технология GPU Boost, которая динамически повышает частоту и напряжение на GPU, как только энергопотребление карты дает для этого резерв. GPU Boost настолько эффективно собирает крохи потенциальной производительности, что разгон вручную дает сколько-нибудь ощутимый прирост FPS только на картах, заточенных под оверклокинг, где и плата, и отборные процессоры изначально устанавливают высокий частотный потолок.

Другое технологическое достижение, характеризующее GTX 680, – это доселе невиданная частота памяти, составляющая 6008 МГц, что совершенно необходимо для того, чтобы компенсировать узкую для топового GPU шину с разрядностью 256 бит. Но дело здесь не только и не столько в микросхемах памяти, ибо чипы с такой частотой устанавливали на видеокарты и раньше, сколько в контроллерах. Кстати, при разгоне память на GTX 680 переваливает и за 7 ГГц, что сказывается на производительности самым благотворным образом.

В общем, в противостоянии топовых видеоадаптеров, которое в немалой степени является вопросом «пиара», а не прибыли, NVIDIA удалось перехватить лидерство даже при том, что GPU второй категории по необходимости занял место «большого Кеплера». Еще более эффектной демонстрацией потенциала разработчиков NVIDIA стал GeForce GTX 690 — видеоадаптер с двумя GPU GK104. Такие продукты пользуются ограниченным спросом и являются, прежде всего, имиджевыми штучками как для покупателя, так и для производителя. Идеологизированные читатели, бьющиеся в комментариях к статьям на стороне любимой компании, хорошо знают, что победу на фронте общественного мнения обеспечивают именно самые мощные и дорогие продукты. Пусть основная прибыль делается на таких видеокартах, которые даже геймерскими назвать можно только с натяжкой, их сравнение мало кому интересно, а вот битвы графических монстров неизменно привлекают внимание.

Так вот, энергетическая эффективность GK104 позволила изготовить почти идеальную «двухголовую» графическую карту: GTX 690 практически не уступает паре GTX 680 в SLI по производительности и заметно более выгоден в плане энергопотребления. AMD, с другой стороны, так и не подготовила десктопной графической карты на базе двух чипов Tahiti. Марку Radeon HD 7990 отдали на откуп конечным производителям, которые вольны выпускать свои версии адаптера на платах оригинального дизайна. А референсную карту AMD решила не выпускать. Единственное, что есть, — профессиональный адаптер FirePro S10000, предназначенный для графических рабочих станций и HPC. Эта железка вполне могла бы стать десктопным продуктом, но по каким-то причинам AMD отказалась от такой затеи.

В младших картах семейства GeForce 600 отразилась тенденция, заданная флагманом: они потребляют меньше энергии, чем аналоги по производительности от AMD. Однако же, отсутствие GK110 привело к необходимости строить линейку на трех GPU вместо четырех. В результате GK104 пришлось растянуть сразу на четыре модели, и возникли определенные проблемы с позиционированием младших адаптеров. Подробнее об этом — в разделе с итогами тестов.

А пока попробуем ответить на вопрос, почему, собственно, так задержался выпуск Kepler и где же долгожданная видеокарта на базе GK110. Не секрет, что у NVIDIA возникли проблемы с освоением техпроцесса 28 нм на фабрике TSMC, аналогично ситуации с архитектурой Fermi, когда происходил переход на 40 нм. Даже сама NVIDIA не отрицает, что существует проблема с выходом годных кристаллов по норме 28 нм. Об этом свидетельствуют и скудные поставки GeForce GTX 680, которые продолжались по меньшей мере в течение второго квартала, что как известно по неофициальным данным из каналов продажи, так и было видно по розничным предложениям. В NVIDIA возлагают ответственность за недостаточный выход кристаллов на TSMC, но тут трудно удержаться от ехидства в их адрес, ибо другие компании, которые пользуются производственными мощностями того же подрядчика по норме 28 нм, ни на что не жалуются. В особенности AMD, которая в очередной раз первой и с песней освоила новый техпроцесс.

Задержка, а то и вероятная отмена GK110 в десктопной версии для нас стала наиболее досадным последствием проблем NVIDIA на TSMC. Ибо давненько мы не видели столь дерзких проектов графического процессора. NVIDIA уже выпустила официальное описание архитектуры GK110, согласно которому чип состоит аж из 7,1 млрд транзисторов. Блок-схема монстра включает 15 потоковых мультипроцессоров (SMX), которые в общей сложности содержат 2880 ядер CUDA одинарной точности (FP32) и 240 текстурных модулей. Шина памяти обладает приличествующей флагманскому продукту разрядностью 384 бит. Для сравнения напомним спецификации GK104 (GeForce GTX 680): 3540 млн. транзисторов, 8 SMX, 128 текстурных блоков, 256-битная шина памяти. Грубо говоря, GK110 получился во всех отношениях вдвое крупнее по сравнению с GK104.

Если бы именно GK110 стал флагманским GPU линейки GeForce 600, то GTX 680 и мокрого места не оставил бы от Radeon HD 7970. Увы, такой рывок по сравнению с продуктами предыдущего поколения пока что оказался невозможен. Лишь в ноябре GK110 скромно показался миру в составе ускорителей вычислений Tesla K20/K20X, растеряв по пути часть своего великолепия. Чипы в Tesla K20X содержат 14 активных SMX, а в K20 — только 13 и пять активных контроллеров памяти, что дает разрядность 256 бит. В принципе, и в такой конфигурации у GK110 достаточно мощи, но вот сам факт того, что даже в составе адаптеров для неграфических вычислений поставляются урезанные GPU, дает повод для дальнейших спекуляций по поводу выхода годных кристаллов и перспектив десктопной графической карты на базе GK110.

Конечно, строить предположения о таких вопросах, как выход кристаллов, да и вообще о грядущих планах NVIDIA в текущей ситуации, дело неблагодарное, но некоторые выводы просто-таки напрашиваются. Посудите сами. В десктопных и профессиональных адаптерах используются одни и те же графические процессоры. И, разумеется, львиная доля кристаллов поступает для десктопных продуктов. Следовательно, если уж возникли проблемы с выходом годных чипов, то есть смысл отобрать полноценные экземпляры для профессиональных, наиболее дорогих адаптеров, а чипы с дефектом отправить на десктоп. И если даже в немногочисленных адаптерах Tesla у GPU вынужденно отключена часть вычислительных блоков, то не значит ли это, что NVIDIA сейчас просто не в состоянии произвести GK110 в таком виде, в каком он был задуман? Другое возможное объяснение состоит в том, что GK110 все-таки не будет использоваться в десктопных видеоадаптерах, и тогда все более-менее годные кристаллы идут на «Теслу », опуская тем самым планку минимально приемлемого числа работоспособных SMX.

А жаль, ведь даже в усеченном варианте GK110 выглядит достаточно привлекательным компонентом для грядущего обновления линейки GeForce. По теоретической оценке производительность GK110 в составе Tesla K20X составляет 3,95 TFLOPS в расчетах FP32, что почти на треть выше показателей GeForce GTX 680 (3,09 TFLOPS), пусть эти числа и нельзя напрямую транслировать в количество FPS в игровой графике. Другое дело, что Tesla K20X имеет TDP 235 Вт — немало для десктопного видеоадаптера, хотя тот же GTX 580 кушал до 244 Вт (да и Radeon HD 7970 не меньше), и ничего.

NVIDIA предстоит нелегкий выбор (который, быть может, уже сделан): либо вернуться к позиции производителя чертовски быстрых и горячих карт, либо подготовить более скромное обновление линейки как по приросту производительности, так и по TDP, сделав выбор в пользу более компактного GPU для грядущего GeForce GTX 780. В качестве такового неофициальные источники называют некий GK114 либо GK114-GX, который якобы является обновленной версией GK104. Вероятная дата релиза приходится на весну. Что же произойдет на самом деле, невозможно сказать с уверенностью, хотя мы скрестили пальцы за GK110 как более интересный продукт.