Az AMD sem malmozott...

Alig másfél hete mutattuk be az NVIDIA tizedik generációs grafikus processzorát, a GT200-at, az AMD részéről máris itt van a válasz, az RV770 kódnéven emlegetett GPU. A GT200 (szó szerint) nagy lett, és elméletben erős is, szóval nagy kérdés volt, most mit tesz le az asztalra a konkurens, hogyan alakulnak az erőviszonyok a gyakorlatban. Izgalmas fordulat, hogy az AMD módosította tervezési irányelveit. Az R600-zal lefektetett (de már korábban is tetten érhető) alaptézis az volt, hogy a játékok olyan irányba fejlődnek, melynél a shaderek szerepe nő meg a textúrázó egységek kárára. A már-már hitvallássá vált gondolatnak csak egy nagy hibája volt, mégpedig hogy ott volt egy ellenfél, amely nem siette el az ez irányú fejlesztéseket, és kellő piaci befolyással rendelkezett ahhoz, hogy a játékok erőforrásigénye se mozduljon el gyorsan az AMD számára kedvezőbb összeállítás felé. A mérnökök okultak a dologból, és nem csupán a shaderek számát gyarapították tovább, de ezúttal nagyobb hangsúlyt fektettek a textúrázásra és az élsimításra is.

Egy-egy szíliciumszelet RV770 és GT200-as chipekkel... [+]

Az ATI Radeon HD 4800-as sorozattal debütáló RV770 lényegében az RV670-re alapoz, de felépítése visszavezethető egészen az R600-ig, bár sok helyen módosították, finomították, sőt a memóriavezérlőt teljesen át is dolgozták. Az AMD új chiptervezési stratégiájának egyik kulcseleme, hogy előtérbe kell állítani a számítási teljesítmény/fogyasztás, illetve a számítási teljesítmény/ár arányt. Ez az igény legkorábban a központi processzorok tervezésénél merült fel, ám más szegmensekben is egyre nagyobb jelentőséget kap, gondoljunk csak a néhány hónapja megjelent platform alapjául szolgáló AMD 780G chipsetre.

Ezzel párhuzamosan fordítottak a GPU-k bevezetésének menetrendjén is, aminek kommunikálása újabb pengeváltásra adott okok az AMD és az NVIDIA között. Az előbbi ugyanis kifejezetten a tágan értelmezett középkategória számára fejlesztette új GPU-ját, azt vallva, hogy elsőként a legnagyobb piaci szegmensben kell hozzáférhetővé tenni az új technológiákat, majd fölfelé és lefelé történő skálázással következhet a csúcskategóriába, illetve a belépőszintre szánt videokártyák elkészítése. Az NVIDIA ezzel szemben még a hagyományos receptet követi, a GT200-zal a felső szinten vetné meg a lábát, aztán ha már beáll a gyártás, jöhetnek a teljesítményben és persze méretben is kisebb GPU-k. Az AMD az ellenfél megoldására utalva azt hangoztatja, hogy a nagyméretű „megachipek” kora lejárt, az NVIDIA pedig igyekszik azt a látszatot kelteni, hogy a vetélytárs azért a középszegmensre koncentrál, mert erre futja erőforrásaiból. Természetesen az AMD sem akar kivonulni a relatíve csekély forgalmat generáló, de komoly presztízst jelentő csúcskategória piacáról, csak éppen másképp képzeli el a megvalósítást. Nem véletlen, hogy annyira tolja a CrossFire(X) szekerét, a cégnél nagyon hisznek a multi-GPU-s megoldásokban. Mi következik mindebből? Az, hogy az AMD nem nagyméretű chipek köré építené legerősebb videokártyáit, hanem inkább két kisebb GPU-t helyezne egy nyomtatott áramköri lapra, vagy azt tanácsolja a fejleszteni kívánóknak, hogy második, harmadik vagy akár negyedik videokártya üzembe állításával fokozzák a teljesítményt. Mindehhez elegendő egy megfizethető, viszonylag egyszerűen megtervezhető és legyártható chip is, amivel több legyet üthetnek egy csapásra. Egyrészt kezükben lesz egy könnyen eladható, „best buy” videokártya, másrészt a CrossFire révén két effajta chip összekötésével szinte azonnal kiadhatnak egy csúcskategóriás terméket is (azaz mindjárt két árkategóriát fedhetnek le egy GPU segítségével). És még nem szóltunk a kisebb gyártási költségekről, az alacsonyabb selejtarányról, a kisebb fogyasztásról...

Most pedig lássuk címszavakban, hogy mit várhatunk az új architektúrától:

• tervezési hatékonyság (magméret optimalizálása, teljesítmény/ár és teljesítmény/fogyasztás arány javítása)
• 800 darab stream processzor
• optimalizált textúrázók
• új textúracache felépítés
• új memóriavezérlő
• optimalizált ROP-ok
• továbbfejlesztett geometriai shader és a tesszellációs teljesítmény

Az RV770 felépítése [+]

A tervezés hatékonyságának tekintetében az AMD a jelek szerint tényleg nagyot alkotott, ugyanis a tranzisztorszám és a magméret csak 40%-kal nőtt, miközben a teljesítményt befolyásoló részegységek száma 2–2,5-szerese az RV670-ben találhatónak. Hogy ezt miként érték el, arra csak következtetni tudunk, ennél fontosabb, hogy ez a gyakorlatban mekkora valós sebességnövekedést eredményez. Még egy érdekesség: a gyártó szerint az egy négyzetmilliméterre vetített teljesítmény 70 százalékkal több, mint az előző generációnál.

A mérnökök úgy gondolták, hogy nincs okuk hozzányúlni az ALU:TEX arányhoz, azaz a számolók és textúrázók egymáshoz viszonyított számát nem változtatták meg (bár itt van egy kis csavar). Ez persze egyáltalán nem jelenti azt, hogy nem történt változás, hiszen csak az arány nem változott, a stream processzorok száma 320-ról 800-ra nőtt (10 darab 80-as SIMD tömb), ezzel arányban a textúrázóké pedig 16-ról 40-re (a címzők és szűrők egyaránt). Nehéz lenne megmondani, hogy a textúrázók számát az NVIDIA által „támogatott” játékok hatására növelték-e meg, vagy az AMD egyébként is ezt tervezte. Mindenesetre akármennyire is feleslegesnek tűnik ez 2008-ban, nem rossz az ötlet, mert ezen a területen a Radeonok hátrányban voltak a GeForce-okhoz képest. Nem mellékes, hogy a számolók esetében is rájuk fért a gyorsulás. Az RV670-ben található 320 stream processzor számszerűleg jóval több, mint a leggyorsabb GeForce-okban található 128 számoló, de figyelembe kell venni, hogy a GeForce-ok shader órajele közel kétszerese a GPU alapórajelének. Másrészt, mint tudjuk, a Radeonok esetében 5 utas szuperskalár shader processzorokból épülnek fel a SIMD tömbök, négy skalár és egy komplex végrehajtót találunk bennük, melyek csak akkor működnek optimális kihasználtsággal, ha az egyes végrehajtandó utasítások között nincs függőség. A 10 darab 80 stream processzoros tömbhöz egyenként 16 kB lokális gyorsítótár tartozik, a többi SIMD tömbbel pedig egy globális gyorsítótáron keresztül kommunikálnak, melynek mérete szintén 16 kB. Az 5 utas shaderprocesszorokkal kapcsolatban a dokumentumok kitérnek arra is, hogy az egész számokon végzett biteltolást 12,5-szer gyorsabban hajtják végre, mint elődeik.

Textúrázók [+]

A textúrázók esetében az első lényegi újítást már említettük, az RV770-ben immár 40 textúrázó, pontosabban 10 textúrázóblokk található (ugyanis ezek egy-egy SIMD tömbhöz kapcsolódnak, márpedig ezekből négy helyett immár tíz van). De ez csak a szűrők esetében jelent két és félszeres szorzót, ugyanis címzőkből az RV670-ben 32 darab található (még ez is 25%-os többlet). Talán még ennél is fontosabb változás, hogy megújult a cache-hierarchia: az L1 textúracache nem közvetlenül kapcsolódik a textúrázókhoz, hanem egy adatlekérdező buszon (Data Request Bus) keresztül, ráadásul nem egy közös L1 textúra-gyorstárat találunk a chipben, hanem – ha írásról (store) van szó, akkor – minden egyes SIMD tömbhöz kapcsolódik külön-külön egy. Valószínűsíthető, hogy olvasásnál a SIMD tömbök a Data Request Buson keresztül használhatják egymás adatait is. Az L2 cache elérhetősége is megváltozott, ugyanis ez nem közvetlenül az elsőszintű gyorstárakhoz kapcsolódik, hanem furcsa mód az egyes memóriacsatornákhoz, de erről még később szólunk.

ROP egységek [+]

A ROP-ok fejlesztésével az AMD az élsimítás teljesítményén kíván javítani. A ROP blokkok száma maradt négy, de a depth/stencil írás/olvasás kétszer gyorsabb lett elődjénél, tehát 64 pixel/órajelre képes.

A leírás említést tesz még a geometriai shader feldolgozási sebességének gyorsulásáról, amit többek között úgy értek el, hogy a chip több geometriai shader által generált adatot képes egyidejűleg kezelni és tárolni (több a gyorsítótár), illetve négyszeresére nőtt a kezelt GS-szálak száma is. A tesszelációt is továbbfejlesztették, mely alkalmazható replikáció (instancing) esetén is, és támogatja a DirectX 10.1-et.

Hub-központosított felépítés [+]

Az RV770 eddig ismertetett újításai nem voltak különösebben meglepőek, de az, hogy hozzányúltak a ring-bus memóriavezérlőhöz, váratlanul ért minket. Bármennyire is meglepő, az AMD eldobta a ring-bus memóriavezérlőt, és helyette kifejlesztett egy hub által összekötött megosztott memóriavezérlőt. Nem teljesen egyértelmű, hogy a hubra pontosan milyen memóriavezérlő csatlakozik: egyetlen négyirányú vagy pedig négy különálló. Ami biztos, hogy a négy végponthoz az elsődleges sávszélességfaló komponensek kapcsolódnak, úgy mint az L2 gyorstár és a ROP egységek. Minden más, a parancsfeldolgozó, a számolók és a textúrázók is csak a hubon keresztül érik el a memóriát. A videolejátszást gyorsító rész (Avivo HD, UVD2), a PCI Express és a CrossFire vezérlő, illetve a megjelenítésvezérlő is csak a hubot látja. Az AMD szerint ez a memóriafelosztásos módszer csökkenti a késleltetést és a fogyasztást is. Az új memóriavezérlő immár támogatja a GDDR5 szabványt, melynek elsődleges szerepe a sávszélesség növelése. Az új chipek lábanként 3,2–3,7 Gbps tempójú adatátvitelt tesznek lehetővé, vagyis chipenként 12,8–28 GB/s sávszélesség érhető el. Mindez nem csupán a teljesítmény fokozását szolgálja, hanem inkább a teljesítmény és a költségek közötti egészséges kompromisszum megteremtését. Ha ugyanis ugyanakkora sávszélesség kevesebb chippel is elérhető, akkor csökken a nyomtatott áramkör mérete, bonyolultsága és persze költsége, és nem mellékesen a fogyasztási keretet sem terhelik plusz memórialapkák. A GDDR5 a megbízhatóságot növelő, az átlagos felhasználó számára rejtve maradó funkciókat is kapott; minden tranzakció hibaellenőrzéssel párosul, és ha a vezérlő azt érzékeli, hogy a hibaarány elér egy küszöböt, akkor újra megtörténik a GPU és a RAM szinkronizációja.

Az NVIDIA-hoz hasonlóan az AMD is igyekszik hangsúlyozni, hogy az új chip már nem csak egy szimpla grafikus gyorsító, hanem ha GPGPU feladatokról, azaz általános jellegű számolnivalóról esik szó, akkor is egy komplett erőmű. Az RV770 órajeltől függően 1 teraFLOPs-os teljesítményével felülmúlja még az NVIDIA GT200-as chipet is, ráadásul számos optimalizációt is elvégeztek rajta (melyekről már szó esett: nagyobb gyorsítótárak, gyorsabb egészműveletek, gyorsabb memóriaműveletek), melyekkel az előző generációhoz képest is számottevően gyorsulnak a kalkulációk. (Az 1 teraFLOPs persze egyszeres pontosságú számításokra értendő, kétszeres pontosságnál 240 gigaFLOPs az idevágó érték.) A játékokra visszatérve: a nagy számítási kapacitást a jövőben nem csak a grafikánál használhatják ki, az AMD szerint a CPU erőforrásait jelentős mértékben lefoglaló mesterséges intelligencia is – részben – a GPU-ra költözhet, így nemcsak növelhető a gép által generált karakterek száma, hanem viselkedésüket sem kell előre kitalált minták permutációjával előállítani, helyette megnőhet a valós idejű döntések szerepe. A másik növekvő jelentőségű terület a fizikai modellezés. Az Ageia felvásárlásával az NVIDIA a PhysX API mellett tette le a voksát, az AMD viszont a szélesebb körben használt Havoktól licenceli az ehhez szükséges technológiát. A helyzet akkor válhat még érdekesebbé, ha majd az Intel is beszáll a videokártyák piacára, hiszen a Havok tulajdonosaként nem kétséges, melyik fizikai API-t fogja támogatni.

Az NVIDIA továbbra sem támogatja a DirectX 10.1-es változatát, mondván a 10.0-hoz képest olyan elhanyagolható a kiterjesztés, hogy felesleges vele foglalkozni. A kérdésben valószínűleg sosem fogunk teljesen tisztán látni, az AMD szerint azonban nem pusztán az szól a 10.1 mellett, hogy bizonyos esetekben állítólag 10–20 százalékos gyorsulás érhető el vele. Legalább ilyen fontos érvnek tartják, hogy vannak olyan összetett effektusok, amelyek sokkal könnyebben leprogramozhatók a kiterjesztésnek köszönhetően, vagyis munkát és időt takarítanak meg a fejlesztőknek. Hogy pontosan mi van a háttérben, nem tudjuk, de Malagában azt hallottuk, hogy a közeljövőben az eddigi tartózkodás ellenére mégiscsak gyarapodni fog a DirectX 10.1-kompatibilis címek száma. Itt említjük meg, hogy a SEGA is készül valamivel, amiről egyelőre nem árultak el semmi érdemit, de láthatóan nagy várakozásokat fűznek új játékukhoz.

Az RV770 funkciólista részét képezi az Avivo HD kiterjesztése is, amely az UVD2, azaz Unified Video Decoder 2 nevet viseli. Ez lényegében az AMD-nek az NVIDIA G92 és G94 chipjeiben megjelent funkciókra adott válasza, illetve annál még egy kicsit több is. Részét képezi a már ismerős Dual Stream Playback (NVIDIA-nál Dual Stream Decode Acceleration) technológia, amely lehetőséget ad két HD videó szimultán lejátszására, kép a képben módon. Fejlődött a videók dinamikus kontrasztjának beállítása is, továbbá színek, tónusok valós időben feljavított megjelenítése. Újdonság a DVD-ből Full HD (vagy ahhoz közeli PC-monitoros) felbontásra skálázás (például 720x576-ról 1920x1200-ra), amit az UVD2 a különböző videolejátszó szoftvereknél elvileg szebben jelenít meg. Bizonyára egyre többen örülnek majd az RV770-re épülő videokártyák esetében az új, 7.1 surround hangzást is átvivő HDMI csatlakozónak (192 kHz, 24 bit, AC3/DTS/Dolby True HD/DTS HD).

Eddig csak a teljesítménnyel kapcsolatos változtatásokról esett szó, ugyanakkor nem mehetünk el szó nélkül az RV770 energiagazdálkodási sémái mellett sem. Az NVIDIA a GT200-ban bemutatta az órajelkapuzást, amit a GPU-k esetében már nagyon régóta hiányoltunk. Az AMD is megvalósított valami ehhez hasonlót, vagyis mód van a chip egyes egységeinek energiatakarékos üzemmódba kapcsolására. Az RV770-ben található egy mikrokontroller, mely a GPU egyes részeit, illetve a PCI Express buszt figyeli, és ha lehetősége van rá, akkor órajelet csökkent a GPU és a memória esetében is, illetve mindezek alapján a ventilátort is szabályozza.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!