Исследование Radeon HD 5870

Компания AMD в лице своего графического подразделения стремится выполнять взятое ранее маркетологами обязательство: ежегодно удваивать производительность GPU на доллар розничной цены. После некоторого затишья осень-зима 2009–2010, вероятно, вновь станет временем горячего противостояния двух гигантов индустрии.

Radeon HD 5870

DirectX 11

Главной частью теоретического раздела данного материала должен был бы стать подробный анализ нового поколения графического API от Microsoft – DirectX 11, который появляется в Windows 7 и будет также доступен для Vista через механизм Windows Update. Но на сегодня еще не вышла ни одна игра с поддержкой нового API, нет синтетических тестовых пакетов, да и при наличии всего одного совместимого GPU, каковым и является Radeon HD 5800, исследовать новый графический интерфейс представляется преждевременным. Поэтому тщательное изучение возможностей DirectX 11 мы отложим до выпуска конкурирующих аппаратных решений и необходимых средств тестирования, ограничившись кратким изложением ключевых особенностей.

Естественно, в пятый раз обновлена схема обработки шейдеров (Shader Model 5.0) – добавлены новые инструкции и два типа шейдеров (hull и domain). Радикально улучшен механизм вычислений DirectCompute, появившийся в DX10 и предназначенный, в частности, для проведения расчетов типа физических эффектов, искусственного интеллекта в играх, трассировки лучей, постобработки изображения и т.п. Активно используется тесселяция, т. е. добавление в 3D-модели дополнительных полигонов для более реалистичного отображения объектов (кстати, пионером в этой области была именно ATI с уже давно забытой разработкой TruForm). Внедрена функция независимого обсчета полупрозрачных объектов (OIT – Order Independent Transparency), существенно повышающая качество их визуализации. Улучшена обработка постэффектов и наложения теней. Наконец, внедрение многозадачной модели предполагает отдельные потоки обработки приложения, библиотек и драйвера DirectX, что позволяет параллелизировать выполнение некоторых задач.

Как обычно, для внедрения нового API потребуется время – актуальным он станет, скорее всего, примерно через год. А на ближайшие два квартала пока намечен выход лишь пяти игр с подтвержденной поддержкой DirectX 11: стратегии Battle Forge, шутеров «S.T.A.L.K.E.R.: Зов Припяти» от GSC Gameworld и Alien vs. Predator от Rebellion, гоночного симулятора DiRT 2 и онлайновой ролевой игры Lord of the Rings: Eberron Unlimited.

Архитектура TeraScale 2

С точки зрения AMD, краеугольными камнями инновационности Radeon HD 5800 выступают четыре объединенных в одном чипе параметра: техпроцесс 40 нм, поддержка DirectX 11, использование GDDR5 и оптимизация под Windows 7. О новом API рассказано выше, работа Windows 7 улучшается в первую очередь благодаря усилиям разработчиков драйверов, а две остальные особенности уже отмечены в предыдущих продуктах этой компании, так что интерес здесь представляет только их сочетание во флагманском GPU. Поэтому на самом деле гораздо любопытнее изучить архитектуру нового графического процессора, получившую название Tera Scale 2.

Действительно принципиальных изменений в блок-схеме по сравнению с RV770 не наблюдается. Зато количество практически всех вычислительных блоков удвоилось: невероятные 1600 потоковых процессоров (распределенные по 20 SIMD-ядрам), 80 текстурных юнитов, 32 блока ROP… Даже более чем вдвое возросла пропускная способность L1-кэша. Также в чипе теперь присутствуют два блока растеризации, потенциально способные увеличить производительность в некоторых задачах DirectX 11. Реализован новый, более качественный алгоритм анизотропной фильтрации, причем, согласно данным AMD, на скорость обработки это не повлияло.

Несколько оптимизирован контроллер GDDR5 – это позволило применять микросхемы с более высокой тактовой частотой (до 5 ГГц), добавлена поддержка детекции ошибок и Fast Link Retraining (быстрое управление частотой и напряжением чипов), но сама структура работы с памятью осталась прежней, включая 256-битовую шину доступа, так что ПСП выросла не так существенно, как многие другие показатели.

Разумеется, при производительности до 2,7 TFLOPs новый чип полностью совместим со всеми одобренными AMD инициативами по реализации общих вычислений на GPU: ATI Stream, OpenCL 1.0, DirectCompute 11, Bullet Physics и Pixelux. В ядро были внесены определенные дополнения, связанные с оптимизацией GPGPU-вычислений, однако впечатляющие заявленные возможности в этой сфере вытекают не столько из качественных, сколько из количественных улучшений в Radeon HD 5800 – том самом «удвоении всего» в сочетании с более высокой тактовой частотой.

Концептуально больше всего изменился блок вывода изображения. Теперь карта имеет шесть TMDS-трансмиттеров. При этом интерфейсных разъемов на стандартной карте четыре (по два трансмиттера отвечают за каждый DualLink DVI и по одному – за HDMI и Display Port), из которых три могут работать одновременно.

Технические характеристики графических процессоров
НазваниеATI Radeon HD4870ATI Radeon HD 4890ATI Radeon HD 5850ATI Radeon HD 5870NVIDIA GeForce GTX 285NVIDIA GeForce GTX 295
ЯдроRV770 XTRV790 XTCypress PROCypress XTG200b2×G200b
Техпроцесс, нм554055
Количество транзисторов, млн956959215014002×1400
Частота GPU, МГц750850725850648576
Потоковые процессоры800144016002402×240
Текстурные блоки4072802×80
Блоки ROP16322×32
Тип памятиGDDR5GDDR3
Шина данных, бит2565122×448
Частота памяти, МГц9009751000120024842000
Базовый объем памяти, МБ10242×896
TDP, Вт160190170188204289

Ассортимент продуктов

Новое поколение видеочипов стартует в двух версиях. Старшим решением является Radeon HD 5870, который и представлен в нашем тесте. Для стратегии графического подразделения AMD это нестандартный продукт за последние годы, так как рекомендованная розничная цена на момент анонса составляет $399. Ранее в этом ценовом диапазоне, безусловно, относящемся к hi-end, ATI/AMD предлагали лишь двухчиповые карты, но, вероятно, почувствовали, что потенциал R800 достаточно велик, чтобы конкурировать с флагманскими одноядерными продуктами соперника. Прямой же заменой для Radeon HD 4890 выступает Radeon HD 5850: адаптер с рекомендованной стоимостью $299 и немного урезанными относительно «старшего брата» характеристиками – тактовыми частотами GPU и памяти, а также количеством потоковых процессоров и текстурных блоков. Оба чипа носят кодовое имя Cypress.

Согласно имеющемуся плану, до конца этого года семейство HD 5xxx должно пополниться сразу двумя продуктами: двухчиповым Hemlock за $499 (кстати, судя по уже представленным в Сети «шпионским» снимкам, габариты этой карты побьют все рекорды) и более доступным Juniper с ценой около $200. Затем в I квартале 2010 г. появятся и бюджетные предложения до $100, пока зашифрованные под именами Redwood и Cedar. Принцип соотношения характеристик с базовыми для данного поколения Cypress у этих чипов, видимо, будет аналогичен предшественникам.

Технология Eyefinity

За исключением поддержки DirectX 11, самой разрекламированной возможностью Radeon HD 5800 является реализация новой для ATI/AMD концепции подхода к мультимониторности, названной Eyefinity (игра слов Eye и Infinity, т. е. нечто вроде «бесконечного обзора»). Суть технологии заключается в том, что, во-первых, видеокарта способна в одиночку поддерживать до шести раздельных выводов изображения на мониторы, а во-вторых, поддерживается этот режим не только на рабочем столе Windows через стандартные средства управления ОС, но и в играх. Иными словами, появляется возможность создать общее поле зрения с рендерингом картинки разрешением вплоть до 8192×8192 пикселов (правда, какие игры и с какими настройками качества «вытянет» с достаточным количеством кадров в секунду в таких гигантских разрешениях нынешний видеоадаптер – отдельный вопрос). Следует отметить, что идея эта не нова. Во-первых, в Microsoft Flight Simulator мультимониторный режим работы присутствовал издавна, да и еще несколько симуляторов его использовали. Во-вторых, с аналогичной инициативой еще при анонсе Parhelia выступила компания Matrox. Но к ее продуктам для настольных ПК на тот момент уже никто серьезно не относился, поэтому «трехголовые» конфигурации в игровых станциях не прижились. Откровенно говоря, нет повода считать, что эту технологию AMD ждет какой-то невообразимый успех у домашних пользователей: наверняка основная масса игроков даже при возможности выбора просто предпочтут купить монитор бoльшей диагонали. Но в данном случае важно, что поддержка мультидисплейности в играх реализована на уровне драйверов – многие современные игры, даже не рассчитанные на такую схему вывода изображения на экран, на практике совместимы с Eyefinity (частичный список предоставлен AMD и занимает страницу, мелким шрифтом перечисляющую названия от Fallout 2 до Far Cry 2). Разумеется, что сохраняется и даже упрощается в формировании традиционное профессиональное применение многомониторных конфигураций, популярное у дизайнеров, финансовых аналитиков и других пользователей, которым необходимо одновременно иметь доступ к большому количеству информации. AMD заявила также о сотрудничестве с производителями мониторов – в частности, Samsung намерена выпустить адаптированный под такую модель применения 23-дюймовый экран с разрешением 1920×1080 и всего 7-миллиметровой рамкой вокруг матрицы – чем она тоньше, тем меньше мешает целостному восприятию картинки. Для Radeon HD 5870/5850 предусмотрен, так сказать, облегченный вариант Eyefinity с поддержкой только трех мониторов, а чтобы реализовать шести-экранную «стену», потребуется специальный, пока не представленный официально, вариант видеокарты под названием HD 5870 SIX, так как только на нем имеется шесть разъемов Display Port.

Осмотр Radeon HD 5870

Обычно ATI/AMD не славились впечатляющим внешним видом своих референсных видеокарт – на протяжении поколений флагманские продукты NVIDIA выглядели гораздо серьезнее за счет массивной системы охлаждения, различного вида кожухов и банально больших габаритов, в то время как внешнее оформление продуктов серии Radeon определялось сугубо функциональными требованиями. Теперь наконец и у AMD есть свой «черный кирпич». Длина печатной платы Radeon HD 5870 составляет 270 мм, но еще пару сантиметров занимают окрашенные в красный цвет воздухозаборники системы охлаждения, так что видеокарта оказывается длиннее двухчиповых решений и даже может не поместиться в некоторых корпусах (впрочем, таковые обычно не рассчитаны на сборку мощных ПК и все равно не соответствуют требованиям по обдуву компонентов). Кроме того, черный кожух для отвода горячего воздуха наружу занимает ровно два слота, из-за чего материнские платы не должны иметь никаких выступающих выше разъема PCI-Е компонентов на всей площади, занятой сверху видеокартой.

При демонтаже СО оказывается, что элементы на PCB размещены аналогично компоновке предыдущего поколения, с поправкой на измененную систему питания и иную конфигурацию блоков вывода. Впечатляют размеры ядра – несмотря на прогрессивный 40-нанометровый техпроцесс, оно существенно больше RV790. Конечно же, это неудивительно, ведь количество транзисторов у нового поколения GPU удвоилось. Но более всего улучшенная технология производства поразила в показателях потребляемой мощности и нагрева: в режиме полной загрузки Radeon HD 5870 (как и ее предшественнице) необходимо около 190 Вт, а температура ядра при этом составляет около 80–85 °С – отличный результат для столь сложного графического процессора с высокой частотой. В простое же, когда вся вычислительная мощность не нужна, проявляет себя в очередной раз улучшенная технология управления питанием PowerPlay: благодаря радикально снижаемым частотам и напряжениям GPU и памяти, а также переводу GDDR5 в режим low power strobe, карта потребляет порядка 20 Вт – втрое меньше, чем Radeon HD 4870.

Конфигурация тестового стенда
ПроцессорIntel Core i7 870 4 ГГц
Материнская платаMSI P55-GD80
Оперативная памятьKingston KHX16000D3ULT1K3/3GX
ВидеокартыAMD Radeon HD 5870
Palit Radeon HD 4870 Sonic Dual Edition
Sapphire Radeon HD 4890 Vapor-X
MSI GeForce GTX 285
MSI GeForce GTX 295
Жесткий дискWD VelociRaptor WD3000GLFS
МониторSamsung T260HD 26" 1920×1200

Результаты тестирования

В определенных задачах новинка показывает двукратное преимущество относительно Radeon HD 4890 – на диаграммах это видно на примере Far Cry 2. Безусловно, HD 5870 также быстрее, чем GeForce GTX 285, и приближается к ощутимо более дорогому двухчиповому GTX 295. Но не все приложения одинаково бодро реагируют на выросшие вычислительные возможности. Частично в этом вина имевшихся на момент тестирования драйверов – кстати, их общая проблемность заставила авторов статьи настолько ярко вспомнить о легендарно-унылом качестве написания драйверов в ATI десятилетней давности, что не упомянуть об этом публично было бы невозможно. Искренне надеемся, что в последующих релизах, которые поступят конечным пользователям, все недостатки будут исправлены. Но судя по результатам, следующим важнейшим улучшением архитектуры для AMD должно стать расширение шины памяти: активация анизотропной фильтрации и сглаживания резко обрушивает производительность в 1920×1200. К тому же для комфортной игры с поддержкой Eyefinity в высоком разрешении одного гигабайта GDDR5 может оказаться маловато, хотя вычислительная способность GPU явно намекает на реальность такого применения. В целом, если же исходить из текущих результатов, продукт у AMD вышел однозначно удачный, ядро, несомненно, имеет перспективы на рынке. А поскольку предпосылок для заметного снижения производительности лишь чуть-чуть «обрезанного» Radeon HD 5850 нет, ему можно предрекать еще более комфортное положение. Но, разумеется, раздавать пальмовые ветви рановато, сначала нужно дождаться ответа вечного конкурента, а уже потом делать далекоидущие выводы. NVIDIA планирует представить ядро GT300 до конца нынешнего года, и вот тогда-то и начнется самое интересное!

ATI Eyefinity – мультимониторность в массы

К этому стенду, оснащенному новыми видеокартами ATI Radeon HD 5800, было подключено сразу шесть мониторов

Вот уже около десяти лет практически все настольные компьютеры способны работать с двумя мониторами. Большее их количество чаще всего просто не имело смысла: сначала для ЭЛТ-устройств не было места на столе, потом дороговизна ЖК-панелей не позволяла… Но сегодня уже пришло время, когда возникла и потребность, и возможность работать обычным пользователям более чем с двумя дисплеями.

Благодаря выпуску первого видеоадаптера AMD с поддержкой DirectX 11 появилась платформа для создания массового решения с поддержкой мультимониторных конфигураций. Дело в том, что графический чип нового поколения ATI Radeon HD 5800 способен формировать до шести независимых видеопотоков. Такой особенности новинки был посвящен отдельный доклад на общеевропейской презентации, состоявшейся 10 сентября в Мюнхене.

Здесь демонстрировались несколько видов объединения мониторов в видеостены, управляемые одним адаптером на базе ATI Radeon HD 5800. Причем создание такого решения по силам обычному пользователю с помощью стандартного пакета ATI Catalyst, где можно просто указать общую схему конфигурации и место каждого конкретного дисплея в ней.

Общий размер картинки, которую способен обработать новый GPU, составляет 8192×8192 (67,1 Мп). Что же касается мониторов, то рекомендуются устройства с поддержкой DisplayPort, причем в массиве из трех и более продуктов все, кроме двух, должны использовать именно его. Дело в том, что в отличие от других интерфейсов, где требуется выделенный тактовый сигнал синхронизации на каждое из соединений, в DisplayPort она включается в сигнал данных.

Эта особенность была заложена изначально в архитектуру DisplayPort, так как наличие одного задающего генератора тактовой частоты не накладывает ограничений на количество соединений со стороны интерфейса. Число таковых определяется лишь возможностями графического ядра по формированию независимых видеопотоков. В чем как раз и заключается суть технологии ATI Eyefinity.

В настоящее время карты ATI Radeon HD 5800 оснащены одним портом DisplayPort. Поэтому в связке с ним можно задействовать до двух интерфейсов другого типа, будь то DVI, HDMI или VGA. Таким образом, на первом этапе установка новой карты даст возможность использовать до трех мониторов. Но в дальнейшем в адаптерах появятся те самые шесть портов DisplayPort – прототип на основе Radeon HD 5870 уже демонстрировался.