Recenzja kart Radeon HD 6900 - część 1 [teoria]

M E N U

» Nowości

» Archiwum

» Recenzje / Testy

» Board

» Rejestracja

Szukaj @ TwojePC

RECENZJE | Recenzja kart Radeon HD 6900 - część 1 [teoria]

Recenzja kart Radeon HD 6900 - część 1 [teoria] Autor: Zbyszek \| Data: 15/12/10
Firma AMD wprowadza dziś na rynek swoje najnowsze flagowe karty graficzne - Radeon HD 6950 oraz Radeon HD 6970. Nowe karty są bezpośrednim następcą dotychczas oferowanych Radeonów HD 5800 i mają podjąć walkę z konkurencyjnymi produktami Nvidii, opartymi o architekturę Fermi. Sercem kart są nowe układy graficzne o nazwie Cayman, które stanowią największy od 4 lat przełom w budowie wewnętrznej układów graficznych firmy AMD. Co dokładnie zmieniono, w jakie funkcje i rozwiązania zaopatrzono nowe karty? O tym w niniejszej recenzji. Zapraszamy.

Wstęp

Blisko dwa miesiące po premierze pierwszych kart z serii Radeon HD 6000 firma AMD wprowadza do sprzedaży kolejne akceleratory - Radeon HD 6950 oraz Radeon HD 6970. Nowe karty bazują na układach o nazwie kodowej Cayman i w hierarchii firmy AMD stają szczebel wyżej od wcześniej wydanych Radeonów HD 6850 i 6870.

Początkowo i w założeniach akceleratory miały konkurować z kartami GeForce GTX 470 i 480 firmy Nvidia. W między czasie konkurencja zdążyła jednak przeszeregować swoje oddziały, wzbogacając je o dwóch nowych wojowników - GeForce GTX 570 i 580 z układami GF110 bazującymi na poprawionej architekturze Fermi. Tym samym pojedynek może być ciekawszy, a być może w przyszłości również lżejszy dla naszych kieszeni.

W ofercie rynkowej AMD nowe karty zastępują oferowane od września 2009 roku Radeony HD 5850 i 5870. Od premiery tamtych kart minął już ponad rok, zatem numerek oznaczający generację zmienia się dziś niczym kartka z kalendarza. AMD zapowiada jednak, że wydarzeniu temu towarzyszy znacznie więcej zmian, niż gdy kartkę z kalendarza zmieniała niedawno Nvidia.

O tym jak jest naprawdę przekonamy się za chwilę. Najpierw kilka słów o sercu nowych kart, czyli układzie Cayman.

Cayman jest produkowany w fabrykach TSMC w 40-nanometrowym wymiarze technologicznym. Tutaj nic się wprawdzie nie zmieniło, jednak dalej zmiany są znaczące. Nowy układ składa się z 2,64 miliarda tranzystorów i zajmuje powierzchnię 389 mm?. Tym samym jest wyraźnie większy od układów Cypress montowanych na kartach Radeon HD 5800, które składają się z 2,15 miliarda tranzystorów i mają powierzchnię 334 mm?. Jak zagospodarowano dodatkowe pół miliona tranzystorów? O tym dalej.

Nowa architektura układów i procesorów strumieniowych

Wraz z debiutem kart Radeon HD 6900 firma AMD wprowadza szereg poważnych zmian w budowie wewnętrznej swoich układów graficznych. Najważniejszą z wprowadzonych w układach Cayman jest niewątpliwie nowa architektura procesorów strumieniowych VLIW4, w której pojedynczy shader składa się z czterech procesorów strumieniowych, zamiast pięciu jak w dotychczas stosowanej architekturze VLIW5. Funkcję zlikwidowanej piątej jednostki przejmują dwa z pozostałych czterech procesorów strumieniowych.

Zdaniem AMD taka budowa jednostek gwarantuje porównywalną wydajność pozwalając jednocześnie na 10% zmniejszenie zajmowanej przez nie powierzchni, co w prosty sposób wpływa na możliwość osiągnięcia przez układ wyżej wydajność w stosunku do zajmowanej powierzchni oraz pobieranej energii.

Kolejna ze znaczących zmian to zastosowanie zamiast jednego aż dwóch zupełnie oddzielnych kompletnych silników graficznych. To kolejny ważny krok na drodze do zwiększenia efektywności architektury - wcześniej w serii Radeon HD 6800 firma AMD zastosowała dwa oddzielne procesory Ultra Threaded Dispatch, po jednym dla każdej z dwóch głównych grup bloków SIMD, co wydatnie wpłynęło na efektywność.

Zmiany wprowadzone w układach Cayman idą o krok dalej, gdyż powielono pozostałe jednostki, które w układach Barts nie zostały powielone. Każdy z dwóch silników graficznych układów Cayman zawiera własny tesselator, rasteryzator oraz procesor Ultra Threaded Dispatch i jednostki odpowiedzialne za przetwarzanie geometrii oraz werteksów.

Wydajność teselacji

Wraz ze zmianą architektury układów postanowiono poprawić słabe punkty dotychczas oferowanych kart. Jednym z nich jest teselacja.

Dość przeciętna wydajność teselacji kart graficznych firmy AMD stanowiła w ostatnich miesiącach oręż w rękach zwolenników konkurencyjnej Nvidii. Pomimo, że gry w większości nie korzystają jeszcze z tej techniki renderingu, to jednak wysoka wydajność kart GeForce z architekturą Fermi w testach korzystających z teselacji stanowiła ważny argument przemawiający za tym, że zakup najnowszych kart Nvidii jest bardziej przyszłościowy.

Problem został oczywiście zauważony przez dział graficzny firmy AMD, a pierwsze podejście do jego rozwiązania nastąpiło wraz z wydaną wcześniej serią kart Radeon HD 6800 - dzięki zmianom wprowadzonym w teselatorze osiągnięto maksymalnie dwukrotny wzrost wydajności w przypadku niskich współczynników teselacji. Wydajność nowych Radeonów nadal jednak odbiegała od konkurencyjnych GeForce w przypadku współczynników teselacji o dużej wartości.

Wraz z serią kart Radeon HD 6900 problemy te odchodzą do przeszłości. Każdy z dwóch silników graficznych układów Cayman zawiera oddzielny teselator oraz własny rasteryzator, odpowiadający za geometrię. W efekcie nowe Radeony oferują dwukrotnie większą wydajność teselacji i przetwarzania geometrii, niż wcześniej wydane karty z serii Radeon HD 6800.

W porównaniu do bezpośrednich poprzedników, czyli kart Radeon HD 5800 powinno być jeszcze lepiej - AMD mówi o 3-krotnie większej wydajności w przypadku niskich współczynników teselacji, oraz co najmniej 2-krotnie większej dla "dużych" współczynników teselacji, co obrazuje poniższy wykres:

Jak pokazują pierwsze testy w benchmarku Unigine Heaven z poziomem teselacji ustawionym na extreme nowe Radeony HD 6950 i 6970 oferują wydajność zbliżoną do kart GeForce GTX serii 400 i 500.

Bardziej wydajne jednostki RBE i przetwarzanie GPGPU

W nowej architekturze zmianom poddano również jednostki Render Back-Ends (RBE, inaczej ROP). Układy Cayman tak jak poprzednicy dysponują 32 jednostkami RBE, jednak ich wydajność jest większa niż analogicznych jednostek układów Barts i Cypress. Jednostki te odgrywają szczególnie dużą rolę w przypadku wysokiej rozdzielczości generowanego obrazu, a także gdy stosowane jest wygładzanie krawędzi - a więc w zastosowaniach, do których nowe Radeony są adresowane.

Według AMD jednostki RBE układów Cayman są 2-krotnie szybsze dla operacji 16-bitowych oraz nawet 4-krotnie szybsze w przypadku operacji 32-bitowych.

Oprócz tego w nowych kartach wprowadzono szereg udoskonaleń, które mają skutkować większą wydajnością obliczeń wykonywanych za pomocą GPU. Zmiany te mogą mieć duże znacznie w przypadku przyszłych kart do zastosowań profesjonalnych z układami Cayman (seria FireStream). Najważniejszą z nich jest 25% wzrost wydajności wykonywania operacji zmiennoprzecinkowych podwójnej precyzji - są one teraz wykonywane z szybkością 1/4 operacji pojedynczej precyzji (zamiast 1/5 jak dotychczas), co wynika wprost z nowej architektury procesorów strumieniowych.

Ulepszono także kontrolę przepływu danych oraz umożliwiono bardziej wydajne równoległe wykonywanie wielu wątków jednocześnie - każdy wątek dysponuje teraz własną kolejką poleceń oraz własną chronioną przestrzenią adresów wirtualnych. Dodano także drugi port DMA dla przyśpieszenia operacji odczytu i zapisu w pamięci systemowej.

Poprawione skalowanie CrossFire i Dual BIOS

Kolejną ze zmian wprowadzonych w nowych Radeonach HD 6900 jest również poprawione skalowanie wydajności kart połączonych w tryb CrossFire. Dotychczas był to drugi z najsłabszych punktów serii HD 5000 - przeciętny wzrost wydajności po dodaniu drugiego Radeona HD 5700 lub 5800 wynosił zalewie około 70-75%, co mogło być efektem niewystarczającej przepustowości interfejsu łączącego karty.

Skalowanie CrossFire poprawiono już w kartach Radeon HD 6800, osiągając przeciętny wzrost wydajności po zastosowaniu drugiej karty na poziomie około 85%. W przypadku najnowszych Radeonów HD 6900 ma być jeszcze lepiej, a przeciętny wzrost wydajności po dołożeniu drugiej karty powinien sięgać 90-95%, co obrazuje poniższy wykres:

Ponadto nowe Radeony zostały wyposażone w dwie kości BIOSu, z których jedna jest na stałe zabezpieczona przed zapisem, natomiast zawartość drugiej można dowolnie modyfikować. Do wyboru która z nich ma być właśnie używana służy mały przełącznik umieszczony w pobliżu złącz CrossFire. Takie rozwiązanie chroni karty przed ewentualnym uszkodzeniem podczas aktualizacji BIOSu - w przypadku niepowodzenia podczas aktualizacji wystarczy jedynie przestawić przełącznik w drugą pozycję, a kraty uruchomią się korzystając z fabrycznego BIOSu.

Warto dodać że podwójny BIOS był dotychczas spotykany jedynie w niektórych niereferencyjnych wersjach kart - nowe Radeony HD 6950 i 6970 to pierwsze akceleratory w historii, które mają taki „rarytas” w standardzie, co z pewnością ucieszy entuzjastów i overclokerów.

Nowinki znane z serii HD 6800

W Radeonach HD 6950 i 6970 nie mogło również zabraknąć szeregu nowości, które zostały wprowadzone wcześniej w serii kart Radeon HD 6800. Tak więc mamy wsparcie dla wyświetlania obrazu stereoskopowego (technologia AMD HD3D) oraz nowy dekoder UVD 3.0, który zapewnia sprzętową akcelerację min. dla formatów MPEG-4, DivX, MVC oraz Blu-ray 3D.

Nowe karty obsługują również złącza HDMI w wersji 1.4a oraz Display Port 1.2. Drugie z tych złącz potrafi obsłużyć aż trzy monitory z jednego gniazda jednocześnie i to w dodatku w 3D. Referencyjne wersie kart mają dwa złącza DVI, jedno HDMI 1.4a oraz dwa mini Display Port 1.2.

W dziedzinie jakości generowanego obrazu nowe karty tak jak i wcześniej wydane Radeony HD 6800 oferują bardziej skuteczną metodę wygładzania krawędzi (morfologiczny antyaliasing) oraz ulepszony filtr anizotropowy.

(kliknij, aby powiększyć)

Oprócz tego wprowadzono jedną nowość - wygładzanie krawędzi metodą EQAA (Enhanced Quality Anti-Aliasing). Nowy tryb oferuje lepszą jakość w stosunku do standardowego MSAA (Multi-Sample Anti-Aliasing) poprzez podwojenie liczby próbek na każdym pikselu obrazu. Jednocześnie zachowana została taka sama liczba próbek koloru i głębi. Według AMD nowy EQAA oferuje wyższą jakość wygładzania krawędzi niż zwykły MSAA, nie powodując przy tym większego spadku wydajności.

PowerTune - nowy sposób zarządzania energią elektryczną

Nie będziemy owijać w bawełnę - pod względem zarządzania poborem energii karty Radeon HD 6900 stanowią prawdziwy przełom, udostępniając możliwości raczej niespotykane nie tylko w dotychczasowych układach graficznych, ale również i procesorach x86 (niezależnie od ich producenta).

Wszystko dzięki rozwiązaniu o nazwie PowerTune, które polega na pomiarze i regulacji poboru energii elektrycznej w czasie rzeczywistym w każdym takcie zegara oraz możliwości dostosowywania go do wcześniej ustalonej wartości. Tak! - mając kartę Radeon HD 6900 możemy po prostu zdecydować ile energii elektrycznej ma ona pobierać.

Układy Cayman zostały podzielone na wiele bloków, których taktowanie jest dynamicznie regulowane w zależności od bieżącego zapotrzebowania na wydajność, oraz określonego limitu zużycia energii. Regulacja poboru energii przez układ następuje w każdym cyklu jego zegara. Rozwiązanie jest oczywiście w pełni sprzętowe, a w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem daje bezpośredni wpływ na ilość konsumowanych Watów.

Fabryczne wartości określone przez AMD to 140W dla kart Radeon HD 6950 oraz 190W dla flagowych Radoenów HD 6970. Wraz z nowymi kartami w sterownikach AMD pojawią się opcje, pozwalające zmieniać te wartości za pomocą klasycznego suwaka +/-. Dla bardziej zaawansowanych udostępniona zostanie nowa wersja aplikacji OverDrive, dająca dostęp do wszystkich opcji PowerTune, w tym zwiększenia limitów do maksymalnych wartości (200W dla HD 6950 i 250W dla HD 6970).

Efektem ubocznym PowerTune może być spadek wydajności - nowe karty "trzymają się" określonego limitu zużycia energii regulując płynnie zegar, co doskonale obrazuje poniższy wykres:

Właśnie tutaj należy upatrywać dodatkowej wydajności nowych kart. Przy fabrycznych limitach zużycia energii zegar taktujący układ graficzny może często spadać poniżej wartości nominalnych - 800 MHz dla kart Radeon HD 6950 oraz 880 MHz dla Radeonów HD 6970. Na ten fakt należy zwracać szczególną uwagę zarówno podczas czytania jak i sporządzania testów - aby poznać maksymalną rzeczywistą wydajność nowych kart należy odpowiednio skonfigurować PowerTune.

Pomimo opisanych wad PowerTune jest dużym krokiem naprzód, dającym posiadaczom kart Radeon HD 6900 możliwości jakich tylko pozazdrościć mogą im posiadacze starszych Radeonów oraz konkurencyjnych GeForce z architekturą Fermi. Z niecierpliwością czekamy na implementację podobnego rozwiązania również w nowych procesorach firmy AMD.

Karty Radeon HD 6950 i 6970

Na początek z nowej architektury oraz układów Cayman skorzystają dwie karty graficzne - debiutujące dzisiaj Radeony HD 6950 oraz 6970.

Flagowy Radeon HD 6970 dysponuje 24 blokami SIMD, 1536 procesorami strumieniowymi i 96 jednostkami TMU i działa z zegarami 880 MHz dla układu graficznego oraz 5500 MHz (efektywnie) dla pamięci. Układ graficzny wspomaga 2GB pamięci typu GDDR5 z 256-bitową magistralą. Wydajność ma wynosić 2,7 TeraFlopa w przypadku obliczeń pojedynczej precyzji oraz 675 GigaFlopów w przypadku obliczeń podwójnej precyzji. Typowe zużycie energii określono na 20W podczas spoczynku i 190W podczas obciążenia

Specyfikacja tańszego Radeona HD 6950 to 22 aktywne bloki SIMD, 1408 procesorów strumieniowych i 88 jednostek TMU oraz zegary na poziomie 800 MHz dla układu graficznego i 5000 MHz (efektywnie) dla pamięci. Pojemność pamięci tak jak w droższym Radeonie HD 6970 wynosi 2GB, natomiast wydajność określono na 2,25 TeraFlopa dla obliczeń pojedynczej precyzji oraz 563 GigaFlopy w przypadku obliczeń precyzji. Typowe zużycie energii ma wynosić 20W podczas spoczynku i 140W podczas gry.

W pierwszym kwartale przyszłego roku na rynek trafi również Radeon HD 6990, składający się z dwóch układów graficznych Cayman.

Nowe Catalysty

Wraz z nowymi kartami firma AMD wprowadza również sterowniki Catalyst 10.12 , które obsługują nową architekturę procesorów strumieniowych (VLIW4). Dla użytkowników najbardziej widoczną zmianą jest jednak długo oczekiwany, nowy interfejs graficzny:

Nowy interfejs ma być bardziej przyjazny dzięki wprowadzeniu min. paska nawigacji oraz prostych zakładek z podstawowymi i najczęściej używanymi funkcjami. Oprócz tego jego cechą jest przystosowanie do nowych funkcji kart Radeon HD 6900, w tym zaawansowanych metod zarządzania wydajnością i poborem energii. Nowością ma być także system cotygodniowych automatycznych aktualizacji, w ramach których dostarczane będą poprawki błędów oraz nowe wersje profili gier i aplikacji.

Interfejs będzie nadal rozwijany i dostosowywany do kolejnych produktów firmy AMD, w tym układów APU łączących w sobie funkcje klasycznego procesora x86 oraz układu graficznego.

Podsumowanie

Karty Radeon HD 6950 i 6970 uzupełniają ofertę firmy AMD w segmencie kart z wyższej półki cenowej. Wraz z nowymi kartami AMD wprowadza szereg zmian w architekturze swoich układów graficznych. Niektóre z nich są daleko idące, jak całkowicie nowa architektura procesorów strumieniowych czy podwójny silnik graficzny. Nie obeszło się również małej bez rewolucji, jaką bez wątpienia jest technologia PowerTune stanowiąca prawdziwy przełom pod względem sposobu zarządzania poborem energii.

Niestety, nie otrzymaliśmy jeszcze kart do testów, stąd nie możemy dziś zaprezentować wyników. Nawet jeśli wydajność akceleratorów nie jest wyższa niż konkurencyjnych GeForce GTX 570 i 580, to jednak pod względem nowych rozwiązań nowe karty stanową duży krok na przód.

Gdy tylko otrzymamy od firmy AMD karty uzupełnimy bieżący artykuł o szczegółowe testy wydajności.