Radeon R9 290X: «большое ядро» от AMD

Большая часть линейки дискретных видеоадаптеров AMD Radeon R7/R9 была представлена единовременно, провожая на пенсию семейство Radeon HD 7000. Не хватало только флагманской модели, и хотя AMD заняла публику громкими анонсами, сопутствующими серии R7/R9, с технологической точки зрения протестированные недавно Radeon R7 260X, R9 270X и R9 280X не очень интересны: это все лишь удачное обновление трех столпов «семитысячной» серии. Radeon R9 290X должен был принести единственный по-настоящему новый GPU под кодовым именем Hawaii, и вот он перед нами.

⇡#Технические характеристики, цена

Итак, насколько велико долгожданное большое ядро от AMD? GPU Hawaii, задействованное в Radeon R9 290X, содержит 6,02 млрд транзисторов, а площадь кристалла – 438 мм², что превышает параметры Tahiti, бывшего до сих пор наиболее сложным чипом AMD, на 40% и 24% соответственно.

Вся вычислительная начинка GPU увеличилась в размерах: если Tahiti включает 2048 потоковых процессоров, 128 блоков фильтрации текстур и 32 ROP, то формула Hawaii – это 2816/176/64.

Вдобавок ко всему Hawaii наградили 512-битной шиной памяти. Напомним, что предыдущим коммерческим GPU с такой особенностью был R600 от AMD (серия Radeon HD 2900), вышедший в свет еще в 2007 году. С тех пор производительность кадрового буфера прирастала более консервативным путем – за счет тактовой частоты микросхем, но в данном случае изменение разрядности с 384 на 512 бит позволило одним махом увеличить пропускную способность шины на 20% по сравнению с показателем Radeon HD 7970, хотя в целях стабильности эквивалентная частота микросхем была понижена до 5 ГГц. Кроме того, AMD утверждает, что контроллеры памяти в совокупности занимают на кристалле на 20% меньшую площадь, чем было в Tahiti.

Тактовая частота самого GPU достигает 1 ГГц, как бы ни настораживали подобные обтекаемые формулировки. Впрочем, забегая вперед рассказа о механизмах энергосбережения R9 290X, подтвердим, что 1 ГГц действительно является для этой карты уверенной рабочей частотой, если пользователь по собственной инициативе не переориентирует логику PowerTune в пользу большей экономичности или акустического комфорта. Судя по частоте и тому факту, что Hawaii выходит в свет с полностью активированным набором вычислительных блоков, AMD мастерски овладела техпроцессом 28 нм. В принципе, два года назад AMD удалось без видимых трудностей перевести производство с нормы 40 нм, причем начиная с крупнейшего (по числу транзисторов) на тот момент ядра в истории компании — Tahiti. Мало кто подозревал, что AMD держит в запасе еще более амбициозный проект, но в конце концов решение отложить запуск по-настоящему крупного чипа с архитектурой GCN на вторую итерацию «кремния» с размером транзистора 20 нм, оправдало себя на 100%. По меньшей мере, дополнителное время на R&D позволило более экономно распорядиться площадью кристалла: несмотря на прирост с 4,3 до 6,02 млрд. транзисторов в абсолютном исчислении, количество элементов на единицу площади увеличилось на 12%.

Различия в пиковой производительности по основным показателям между Radeon R9 290X и предшествующим флагманом AMD – Radeon HD 7970 GHz Edition — колоссальны. Особенно выделяется увеличение филлрейта на 90%. Наличие сразу 64 ROP неплохо подготовили новый Radeon R9 290X для игры в 4К-разрешении.

Есть небольшая путаница с частотами остальных представителей линеек R7/R9. AMD сообщила только максимальные частоты GPU, но из наиболее достоверных источников известно, что все три адаптера имеют PowerTune w/Boost, как Radeon HD 7970 GHz Edition. Кроме того, «верхняя» частота R9 280X составляет 1000, а не 1050 МГц, как мы считали ранее. Что, впрочем, не особо влияет на результаты тестов.

Нельзя удержаться от сравнения Hawaii с конкурирующим GPU столь же невообразимой сложности – GK110. Физически ядро от NVIDIA все-таки покрупнее: 7,1 млрд транзисторов и площадь 551 мм². Хотя до геймерских видеокарт GeForce GTX 780 и GTX TITAN GK110 добрался в несколько урезанном виде, так что часть транзисторного бюджета лежит на нем мертвым грузом.

Сложнее предсказать относительную производительность красного и зеленого гигантов, ведь в силу архитектурных различий нельзя сравнивать в лоб количество потоковых процессоров AMD и ядер CUDA NVIDIA. Проще рассуждать о быстродействии backend’а соперников, а вот здесь преимущество явно на стороне Hawaii, ибо GK110 располагает 48 ROP и шиной памяти разрядностью 384 бит, а значит, флагман AMD лучше приспособлен к рендерингу в разрешениях WQHD (2560x144) и 4К (3840/4096×2160).

Единственное, что настораживает относительно R9 290X, так это вероятное энергопотребление карты. Неспроста, ох неспроста AMD опустила этот параметр в слайдах официальной презентации. В конце концов, Hawaii производится по прежней технологии TSMC с нормой 28 нм, и чудес здесь быть не может, несмотря на самые изощренные энергосберегающие технологии: если при сравнимой тактовой частоте в кристалле стало на 40% больше транзисторов, то TDP неминуемо идет вверх. Хотя разумеется, нет никаких сомнений в том, что AMD проделала значительную работу для того, чтобы удержать теплового демона в узде. Вспомним, каким экономичным оказался Radeon HD 7790, энергосберегающие технологии которого легли в основую PowerTune Radeon R9 290X (об этом ниже).

Рекомендованная розничная цена Radeon R9 290X для рынка США составляет $549. Именно в такую сумму был оценен Radeon HD 7970 почти два года тому назад. Сегодня это очень агрессивный ход со стороны AMD, ведь GeForce GTX 780 до сих пор не опустился ниже отметки $650, а он – главная мишень R9 290X. Твердых данных о ценах в России нам пока не предоставили.

⇡#Обновленная архитектура GCN

Чип Hawaii отличается от Tahiti – пионера AMD на техпроцессе 28 нм — не только количеством вычислительных блоков. И даже помимо uncore-компонентов, на которых AMD сделала акцент во время запуска линейки Radeon R7/R9 (TrueAudio, обновленный интерфейс коммуникации с WRM), само ядро GPU претерпело важные структурные изменения. В основе Hawaii по-прежнему лежит архитектура Graphics Core Next, отлично приспособленная как для 3D-рендеринга, так и для неграфических вычислений (GP-GPU). Ее первоначальную реализацию мы подробно описали в обзоре Radeon HD 7970. Читателям, которым внутреннее устройство GPU не менее интересно, чем результаты бенчмарков, рекомендуем освежить знания, а затем посмотрим, что именно принесла новая итерация GCN в ядре Hawaii, а что осталось прежним.

Основным строительным блоком ядра GCN является Compute Unit, сочетающий набор ALU (потоковых процессоров, исполняющих инструкции шейдерных kernel’ов) – 64 штуки — и четыре блока фильтрации текстур. На этом уровне изменения ограничиваются появлением новой операции MQSAD и повышением точности при расчетах логарифма и экспоненты, что может быть интересно только разработчикам. Кроме того, на слайде, описывающем устройство Compute Unit, указана поддержка адресации в «плоском» пространстве архитектуры x86-64, но кажется, что это все-таки уже было в Tahiti два года назад.

Основная перестройка произошла на более высоких уровнях. В архитектуре ядра появилась крупнейшая масштабируемая единица под названием Shader Engine, которая объединяет исполнительные блоки всех типов, имеющие отношение к рендерингу, в порядке продвижения по стадиям конвейера:

1. Геометрический процессор.
2. Вплоть до девяти Compute Unit’ов.
3. Вплоть до 16 ROP’ов.

В состав ядра Hawaii входит четыре Shader Engine, что позволит выпускать на базе того же «кремния» графические процессоры, равномерно урезанные по всем аспектам производительности.

Существенно увеличился объем кеша L2 – с 384 Кбайт до 1 Мбайт. Пропускная способность шины L1–L2 также возросла с 700 Гбайт/с до 1 Тбайт/с.

Появление отдельного блока обработки геометрии в каждом Shader Engine означает, что полнофункциональное ядро Hawaii может подготавливать по четыре примитива за такт против двух у Tahiti. Кроме того, определенные оптимизации схемы позволили поднять производительность при аппаратной тесселяции и исполнении шейдеров, модифицирующих геометрию.

Также GCN продолжает наращивать возможности для неграфических вычислений. Чип Hawaii содержит уже не два, как в Tahiti, а восемь диспетчеров команд (ACE, Asynchronous Command Engine) для нагрузки GP-GPU, которые доступны разработчику как отдельные устройства и работают независимо от диспетчера графического конвейера. Каждый ACE способен управлять восемью очередями команд одновременно.

⇡#Обновленный PowerTune

Для контроля энергопотребления Radeon R9 290X используется в общих чертах та же схема, которая ранее была отработана в Radeon HD 7790 и затем воспроизведена в R7 260X. Напомним основы.

От частоты 300 МГц включительно отложены восемь шагов по 100 МГц, каждому из которых соответствует свой код напряжения питания GPU (VID). В зависимости от нагрузки на GPU PowerTune вычисляет его энергопотребление и устанавливает такую пару частоты/VID, чтобы карта осталась в рамках предписанного TDP и одновременно использовала этот ресурс по максимуму. А поскольку 100 МГц – это весьма крупное расстояние между шагами, они сменяются с периодом 10 мс, образуя некую усредненную частоту.

Нововведение Radeon R9 290X – VID-интерфейс, позволяющий более быстро и точно регулировать напряжение на GPU, а главное – имеющий канал телеметрии, через который может получать данные о реальном токе и напряжении от аналоговых датчиков. Изменилась схема контроля вентилятора системы охлаждения: еще до того, как аналоговый датчик просигнализирует о подъеме температуры, при повышении вычислительной нагрузки начинают увеличиваться обороты. Отсюда более плавный и менее шумный разгон крыльчатки.

Кстати, вопреки ранее распространенной информации, теперь твердо известно, что канал телеметрии – эксклюзивная «фишка» семейства Radeon R9 290, а в R7 260X PowerTune не отличается от версии Radeon HD 7790.

После установки R9 290X раздел PowerTune в Catalyst Control Center преображается. Основными инструментами разгона являются регуляторы Power Limit и частоты GPU, значение которых устанавливает координаты мишени на наглядной цветной диаграмме тепловыделения GPU, и отдельная опция предельной температуры GPU. Температура, в свою очередь, также зависит от профиля работы системы охлаждения. Опция скорости крыльчатки в Catalyst Control Center теперь действует по-новому: вместо того чтобы зафиксировать частоту вращения, она устанавливает ее верхний предел. Таким образом, получается уравнение с тремя переменными – энергопотреблением, частотой и скоростью вращения вентилятора, из которых пользователь волен выбирать то, что ему важнее всего.

Кстати, референсный образец Radeon R9 290X имеет два BIOS под названием Uber Mode и Quiet Mode. Нечто подобное мы уже видели на примере Radeon HD 6970, только здесь все видимые различия между версиями прошивки сводятся именно к исходному лимиту оборотов охлаждающей «турбинки» – 55 и 40% соответственно. Как новый PowerTune выглядит в деле, вы можете посмотреть в разделе «Разгон, температура, энергопоребление » .

⇡#CrossFire без «мостиков»

Произошло неминуемое – привычные ленточные кабели CrossFire уступили место более изящному решению: видеокарты теперь синхронизируют кадровые буферы через DMA. AMD утверждает, что пропускной способности PCI-E 3.0 для этого вполне достаточно, и падения производительности не произойдет даже при использовании PCI-E 2.0.

⇡#4K-разрешение, True Audio, Mantle, DirectX 11.2

Перечислим кратко те достоинства Radeon R9 290X, которым мы ранее уделили внимание в обзоре R7 260X, R9 270X и R9 280X.

Стандарт VESA Display ID v1.3 позволяет «тайловому» монитору (а сейчас это единственная разновидность мониторов с разрешением 4К) идентифицировать себя в таковом качестве, сообщить видеокарте о своей топологии, расположении и толщине рамок между «плитками» (если последние имеются). В результате «тайловый» экран конфигурируется абсолютно без усилий пользователя, в режиме plug’n’play. Лишь бы производитель самого монитора тоже внедрил эту опцию.

Radeon R9 290X является второй видеокартой после R7 260X со встроенным звуковым DSP TrueAudio. Сильнейшая сторона TrueAudio в том, что предлагаемый API дает доступ к самым базовым функциям DSP. Разработчик игры, решивший задействовать TrueAudio, может либо написать любые эффекты, какие ему вздумается, либо прибегнуть к помощи лицензированной middleware-библиотеки. Звук, обработанный средствами TrueAudio, можно выводить не только через интерфейс HDMI, но и через любой другой источник – интегрированный в системную плату звуковой кодек, USB-гарнитуру, что угодно.

Mantle. Читателям-старожилам достаточно сказать слово Glide, и можно больше не объяснять, о чем идет речь. Mantle – это низкоуровневый API для графических процессоров с архитектурой GCN. За счет отсутствия дополнительного уровня аппаратной абстракции Mantle сулит весьма существенное увеличение производительности в тех играх, чьи разработчики решатся его внедрить. Есть некоторые основания считать, что Mantle – не что иное, как низкоуровневый API, портированный с консоли Xbox One, а первой игрой с его поддержкой будет Battlefield 4.

Radeon R9 290X, как и прочие представители R-серии (вместе с Radeon HD 7000), удовлетворяет требованиям DirectX 11.2. Среди прочих возможностей через новую версию DX открывается доступ к функции закачки текстур высокого разрешения из оперативной памяти CPU по требованию (Partially Resident Textures).

⇡#AMD Radeon R9 290X: конструкция

На этот раз AMD оформила привычные «кирпичи» референсных адаптеров в более экстравагантном стиле по сравнению с продукцией прошлых лет. Суть от этого не меняется: референсный дизайн предлагает добротную плату, пригодную для неплохого разгона, и мощную, но далеко не тихую систему охлаждения. В первые месяцы продаж R9 290X такие карты будут в некоторых количествах доступны в рознице под маркировками конечных производителей.

На кулер R9 290X не пожалели меди, которая образует массивное основание с испарительной камерой, позволившей обойтись без тепловых трубок.

AMD Radeon R9 290X

Микросхемы памяти и полевые транзисторы системы питания отдают тепло массивной алюминиевой раме посредством термопрокладок.

AMD Radeon R9 290X: система охлаждения

AMD Radeon R9 290X: панель разъемов

⇡#AMD Radeon R9 290X: плата

Кадровый буфер набран микросхемами SK Hynix H5GQ1H24AFR-R0C с номинальной тактовой частотой 6 ГГц. Питание компонентов построено по схеме 5+1+1 (GPU, чипы памяти, PLL), как и серийных образцов Radeon HD 7970 (GHz Edition) на референсном дизайне. А вот и он, слева от линейки полевых транзисторов и катушек, – регулятор напряжения IR 3567, обеспечивающий работу PowerTune новой версии.

AMD Radeon R9 290X: плата

AMD Radeon R9 290X: плата

Для интереса – фото кристалла Hawaii в сравнении с NVIDIA GK110 и более скромными по площади и возможностям процессорами обеих компаний – Tahiti и GK104.

NVIDIA GK110		AMD Hawaii
NVIDIA GK104		AMD Tahiti