Актуальность шины видеопамяти шириной 512-бит для современных GPU

Данный материал в некотором смысле продолжает развитие идей, изложенных в статье "Так ли необходима шина памяти 256-бит в видеокартах middle-end? Теория и практика". В тот раз мы убедились в том, что видеокартам среднего широкая шина памяти не так уж и необходима. Виной тому довольно слабый GPU, который не может в полной мере воспользоваться ее преимуществами. Сегодня мы подойдем к задаче с другой стороны и посмотрим, насколько ширина шины памяти влияет на производительность топовых видеокарт. Как и было обещано, главным предметом сегодняшнего рассмотрения будет видеокарта Radeon HD2900XT, которая является пионером в использовании шины видеопамяти шириной 512-бит. Давайте попробуем выяснить, насколько такая широкая шина памяти эффективна, и востребована ли она современными видеопроцессорами. Тестирование проводилось с помощью драйверов ForceWare 158.22 и Catalyst 7.6 Методика тестирования осталась прежней. В качестве мерила производительности будет использоваться значение FPS, полученное при тестировании в играх. Частота видеопроцессора не изменялась. Единственный параметр, который подвергался изменению – частота шины памяти. В качестве 3D-приложения, для начала, возьмем игру Quake 4. Несмотря на солидный возраст, игра вполне адекватно нагружает как GPU, так и видеопамять. На первом графике приведены результаты для разрешения 1280х1024 и режима High Quality без полноэкранного сглаживания и анизотропной фильтрации. Напомню, что видеокарта Radeon HD2900XT укомплектована памятью стандарта DDR3, и ее штатная частота равна 828 (реальных) МГц, что соответствует эффективной частоте 1656 МГц DDR. Здесь и далее на графиках будет указываться именно реальная частота. Как видно из графика, начиная с частоты видеопамяти 700 МГц (1400 DDR), итоговая производительность практически не меняется, и график выходит на горизонтальную «линию насыщения». В диапазоне частот видеопамяти от 500 до 700 МГц наблюдается странный «провал». Сложно сказать, чем он обусловлен, возможно, какую-то роль сыграло изменение таймингов видеопамяти при изменении частоты. А может быть, это частный случай для данной игры в данном графическом режиме. Посмотрим, что изменится, если включить полноэкранное сглаживание и анизотропную фильтрацию. Понятно, что более тяжелый графический режим приводит к падению значений FPS, однако форма графика изменений не претерпела. На месте осталась и горизонтальная «линия насыщения», и провал в диапазоне от 500 до 700 МГц. Первое впечатление об эффективности шины памяти Radeon HD2900XT мы можем составить уже сейчас. Обратите внимание на прямые линии в левой части графика. По построению они являются касательными к линиям графика. Наклон этих касательных как раз и характеризует эффективность использования видеопамяти. Если производительность видеокарты ограничивалась бы только видеопамятью, касательные проходили бы через начало координат, но этого не происходит. Значит, даже при весьма низкой частоте видеопамяти, широкая шина вполне справляется со своими обязанностями и видеопроцессор не сильно «скучает» в отсутствии данных. Есть еще один примечательный момент. Сравните значения FPS при частоте видеопамяти 800 МГц и 500 МГц. Частота памяти отличается в 1,6 раза, в то время как результаты в FPS уменьшились лишь на 6% (для режима 4AA/16AF) и не более 3% для режима без AA/AF. Прежде, чем делать дальнейшие выводы, давайте проверим, насколько данная картина справедлива для других игр. На третьем графике показаны линии, полученные в играх Quake 4, F.E.A.R. и Company of Heroes для режима 1280х1024, 4AA/16AF. В дополнение к ним также приведены результаты в игре Company of Heroes для режима 1600х1200, 4AA/16AF. Как видите, характер линий остается практически идентичным для разных игр, и не зависит от разрешения (и «тяжести» графического режима, как было выяснено выше). Какие выводы можно отсюда сделать? Во-первых, частота видеопамяти на Radeon HD2900XT в 828 МГц - вполне достаточна, и дальнейшее увеличение практически не приводит к увеличению общей производительности. Во-вторых, как это ни больно слышать настоящим оверклокерам, разгонять видеопамять на HD2900XT, в общем-то, бесполезно (и даже вредно, с точки зрения тепловыделения). В третьих, не совсем очевидный, но вполне логичный вывод можно сделать и насчет производительности HD2900XT, укомплектованного видеопамятью типа DDR4. Вряд ли производительность такой карты будет сильно отличаться от нынешних HD2900XT с памятью DDR3. Разве что увеличение объема видеопамяти до 1 Гб положительно скажется в особо «прожорливых» играх на больших разрешениях. С другой стороны, вполне допустима и другая трактовка горизонтальной «линии насыщения» на графиках производительности в зависимости от частоты видеопамяти. Если увеличение частоты видеопамяти не приводит к увеличению производительности, то, по всей видимости, «ограничитель» находится в самом GPU. Возможно, производительность GPU ограничивается количеством (или эффективностью работы) блоков растеризации и текстурных модулей. Поскольку мы не в силах изменить архитектуру чипа, остается только ждать выхода нового графического ядра от AMD. Будем надеяться, что эффективная шина памяти шириной 512-бит найдет применение и там. А как обстоят дела у конкурентов? Хорошо известно, что в топовых продуктах серии 8ххх NVIDIA применила «нестандартные» шины памяти шириной 320-бит у 8800GTS и 384-бит у 8800GTX. Давайте посмотрим, достаточно ли такой ширины шины памяти для топовых продуктов, или же и от компании NVIDIA в будущем стоит ждать перехода на более широкую шину памяти? На этом графике приведены результаты трех видеокарт в игре Quake 4 для режима 1280х1024 No AA/AF. Красная линия соответствует HD2900XT, темно-зеленая – 8800GTS 640 Мб, светло-зеленая – 8800GTX. Как хорошо видно по касательным в левой части графика, для обеих видеокарт 8800GTS/GTX понижение частоты видеопамяти приводит к практически линейному падению результатов. В диапазоне частот, близких к штатным значениям частоты видеопамяти, картина несколько иная. Результаты 8800GTS с увеличением частоты памяти продолжают расти, в то время как результаты 8800GTX выходят на горизонтальную линию насыщения. Дополнительная проверка показала, что в данном случае мы столкнулись с недостаточной производительностью центрального процессора, который и ограничивает «сверху» результаты 8800GTX. Давайте включим полноэкранное сглаживание и посмотрим на результаты еще раз. В режиме с полноэкранным сглаживанием, более приличествующем топовым видеокартам, мы наконец-то получаем финальную картину. Разумеется, линия результатов для Radeon HD2900XT не претерпела каких-либо изменений по сравнению с тем, что мы уже видели. В левой части графика (частота видеопамяти ниже 500 МГц) линия результатов Radeon HD2900XT находится значительно выше конкурентов. Сказывается разрядность шины памяти и, как следствие, ее более высокая пропускная способность. А вот в правой части графика результаты топовых видеокарт NVIDIA весьма интересны. Никакими горизонтальными «полочками» в правой части графика и не пахнет. С увеличением частоты видеопамяти результаты 8800GTS/GTX продолжают расти, и весьма далеки от насыщения. С одной стороны, это может говорить о том, что пропускной способности видеопамяти недостаточно, чтобы полностью загрузить GPU, с другой стороны – подчеркивает более чем достаточное количество блоков растеризации и обработки текстур в архитектуре G80. Практическое следствие из данного графика – видеокарты на базе G80 благосклонно относятся к разгону видеопамяти, в отличие от HD2900XT. В перспективе – было бы очень интересно увидеть в новых чипах NVIDIA шину памяти 512-бит (или выше), нынешней шины 384-бит все же недостаточно для топовых GPU.

Заключение

Как показало данное исследование, шина памяти 512-бит, использованная в Radeon HD2900XT, действительно показывает высокую эффективность. Вместе с тем выяснилось, что архитектурные особенности самого GPU R600 ограничивают рост результатов, а значит, нет особого смысла в увеличении частоты видеопамяти (разгоне). Это же относится и к будущей модели HD2900XT 1 Гб DDR4. В этом случае значительный рост результатов возможен лишь в приложениях и задачах, использующих больше 512 Мб локальной видеопамяти. Простой переход на память типа GDDR4 вряд ли что даст HD2900XT, при неизменной архитектуре и частоте R600. В свою очередь, топовые продукты NVIDIA очень положительно относятся к увеличению частоты видеопамяти. Это говорит как о значительном «запасе мощности» GPU, так и о его недостаточной загруженности из-за более узкой шины памяти, по сравнению с HD2900XT. Увидим ли мы более широкую шину памяти в новых продуктах NVIDIA, и насколько сбалансированным окажется новый GPU от AMD – время покажет. Будем ждать.

- Обсудить материал на форуме.