Видеоускоритель AMD Radeon R9 Nano: очень компактный вариант R9 Fury X с пониженной производительностью для малоразмерных ПК10.09.2015 16:02

Миниатюрный вариант Fury X для компактных системных блоков

Содержание

Представляем базовый детальный материал с исследованием AMD Radeon R9 Nano.

Часть 1: Теория и архитектура

Еще в июне, во время анонса линейки Radeon R9 Fury на выставке E3 2015, компания AMD рассказала публике о том, что на основе графического процессора Fiji будет сделано четыре модели видеокарт. R9 Fury X и R9 Fury с тех пор уже вышли и продаются, а двумя другими видеокартами стали модели R9 Nano и пока что безымянная двухчиповая плата, о которой еще ничего толком не известно. Зато уже из имени первой понятно, что модификация Nano отличается миниатюрными размерами, которые стали возможны во многом благодаря применению видеопамяти стандарта HBM.

Ну, а еще подробнее про Radeon R9 Nano компания AMD рассказала за несколько дней до полноценного сегодняшнего анонса — дня, когда эти платы уже начинают продаваться в розничных магазинах. В августе представители компании раскрыли нам практически все теоретические характеристики новой модели, в том числе подробности о количестве функциональных блоков. Однако запуск в продажу платы, предназначенной для рынка Mini-ITX-систем, в AMD решили перенести на 10 сентября.

Если Radeon R9 Fury X предназначена для самых богатых энтузиастов 3D-игр, требующих максимальной производительности и эффективного водяного охлаждения, то модель Radeon R9 Fury была сделана для игроков, желающих применения традиционного воздушного охлаждения в виде различных оригинальных кулеров партнеров компании AMD. Выходящая же сегодня на рынок Radeon R9 Nano специально разработана для того, чтобы обеспечить любителей миниатюрных корпусов максимальной 3D-производительностью, возможной в рамках малых форм-факторов.

Похоже, что жизнь заставила AMD искать интересные решения и нетрадиционные подходы для того, чтобы улучшить свое финансовое положение. Ведь подобной платы, схожей по своим характеристикам (размерам и мощности, прежде всего), у конкурента просто нет, поэтому можно попробовать выжать из потребителей побольше денег, так как у заинтересованных лиц просто нет выбора: если нужна максимально мощная видеокарта, которая войдет в маленький корпус Mini-ITX, то придется выбирать Radeon R9 Nano, без вариантов.

Основой модели Radeon R9 Nano является полноценный графический процессор Fiji, имеющий архитектуру GCN 1.2, который во многих деталях схож с некоторыми из ранее вышедших решений компании AMD. Поэтому перед прочтением теоретической части статьи будет желательно ознакомиться с нашими предыдущими материалами по видеокартам этого и прошлых поколений:

Графический ускоритель Radeon R9 Nano
Кодовое имя	«Fiji»
Технология производства	28 нм
Количество транзисторов	8,9 млрд.
Архитектура	Унифицированная, с массивом общих процессоров для потоковой обработки многочисленных видов данных: вершин, пикселей и др.
Аппаратная поддержка DirectX	Уровень возможностей Feature Level 12_0 и шейдерной модели Shader Model 5.0
Шина памяти	4096-битная: восемь контроллеров памяти с поддержкой стандарта High Bandwidth Memory
Частота графического процессора, МГц	до 1000 (см.далее)
Вычислительные блоки	64 вычислительных блока GCN, включающих 256 SIMD-ядер, состоящих в общем из 4096 ALU для расчетов с плавающей запятой (поддерживаются целочисленные и плавающие форматы, с точностью FP32 и FP64)
Блоки текстурирования	256 текстурных блоков, с поддержкой трилинейной и анизотропной фильтрации для всех текстурных форматов
Блоки растеризации (ROP)	64 блока ROP с поддержкой режимов сглаживания с возможностью программируемой выборки более чем 16 сэмплов на пиксель, в том числе при FP16- или FP32-формате буфера кадра. Пиковая производительность до 64 отсчетов за такт, а в режиме без цвета (Z only) — 256 отсчетов за такт
Поддержка мониторов	Интегрированная поддержка до шести мониторов, подключенных по интерфейсам DVI, HDMI и DisplayPort

Спецификации видеокарты Radeon R9 Nano
Частота ядра, МГц	до 1000
Количество универсальных процессоров	4096
Количество текстурных блоков	256
Количество блоков блендинга	64
Эффективная частота памяти, МГц	1000 (2×500)
Тип памяти	HBM, 4096 бит
Объем памяти, ГБ	4
Пропускная способность памяти, ГБ/с	512
Вычислительная производительность (FP32), терафлопс	до 8,2
Теоретическая максимальная скорость закраски, гигапикселей/с	64,0
Теоретическая скорость выборки текстур, гигатекселей/с	256,0
Шина	PCI Express 3.0
Разъемы	один HDMI 1.4a и три DisplayPort 1.2a
Типичное энергопотребление, Вт	175
Дополнительное питание	один 8-контактный разъем
Число слотов, занимаемых в системном корпусе	2
Рекомендуемая цена	для рынка США — $649

Как мы уже писали выше, еще в начале лета компания AMD анонсировала свое новое подсемейство элитных видеокарт, номинально входящих в линейку Radeon 300. Топовое решение подсемейства с водяным охлаждением получило наименование Fury X («экстремальное»), обычная «воздушная» модель стала просто Fury, а компактная получила свое наименование, отражающее ее суть — Nano.

Radeon R9 Nano заняла совершенно отдельное положение в верхней части продуктовой линейки компании AMD, с рекомендованной ценой в $649 — то есть ровно как у Fury X и на сотню долларов больше, чем у просто Fury. Соответственно, соперники по цене из стана конкурирующей компании Nvidia у новинки вроде бы есть, но они явно мощнее и — главное! — вовсе не предназначены для рынка Mini-ITX, поэтому и сравнивать их друг с другом очень трудно.

Если же рассматривать технические параметры, а не цену, то ближе всего по размерам и производительности к новинке компании AMD подошли некоторые из компактных моделей GeForce GTX 970, вроде видеокарты производства Asus, но они, в свою очередь, уже имеют заметно меньшую цену при уступающей же скорости 3D-рендеринга. Получается, что прямых конкурентов у R9 Nano просто нет, эта модель уникальна и выступает на рынке обособленно.

Как и у других видеокарт элитного семейства Fury, в характеристиках Nano отмечается наличие 4 ГБ видеопамяти, которых пока что хватает даже для высоких разрешений при максимальных настройках качества, хотя в ряде современных игр при 4K-разрешении и включении полноэкранного сглаживания с высокими настройками качества требуется еще больший объем. Но первое поколение HBM-памяти просто не позволяет сделать плату с 8 ГБ такой памяти, и тут ничего не поделать. Впрочем, для миниатюрной Mini-ITX-карты это не так уж важно, да и ближайший конкурент в виде GeForce GTX 970 с GDDR5-памятью имеет такой же объем видеопамяти, причем еще и с некоторыми ограничениями (если вкратце, у нее можно обратиться с полной скоростью лишь к разделу объемом в 3,5 ГБ).

Сама по себе видеокарта модели R9 Nano очень компактна по размерам, применение HBM-памяти позволило уменьшить ее физические размеры и число компонентов на плате — в частности, в схеме питания. Так как рассматриваемая нами сегодня видеоплата Radeon R9 Nano уникальна и имеет множество интересных конструктивных особенностей, их подробное описание мы вывели в отдельную главу.

Архитектурные особенности

Модель видеокарты Radeon R9 Nano основана на полноценном графическом процессоре Fiji, который мы уже рассматривали в обзоре Radeon R9 Fury X, и многие данные можно узнать из соответствующего материала, в том числе: архитектурные особенности, краткий обзор памяти стандарта HBM, новые программные возможности, включающие продвинутую поддержку DirectX 12 и многое другое. Также полезно прочитать и материал о давно известной архитектуре Graphics Core Next (GCN), которая лежит в основе всех современных решений компании AMD.

Хотя в графическом процессоре Fiji были сделаны некоторые изменения по сравнению с прошлогодним Tonga, он относится к третьему поколению GCN — его можно условно назвать версией 1.2. Новый топовый графический процессор включает в себя все доработки GCN 1.2, в том числе улучшенную производительность обработки геометрии и тесселяции, новые методы сжатия данных без потерь в кадровом буфере, некоторые мультимедийные 16-битные инструкции, а также увеличенный до 2 МБ объем кэш-памяти второго уровня. С точки зрения вычислительных возможностей, новый GPU получил улучшенное планирование и распределение задач и несколько новых инструкций для параллельной обработки данных — обо всем этом подробно написано в обзоре Radeon R9 Fury X.

Схематично графический процессор Fiji схож с Hawaii, вышедшем в далеком 2013 году — оба GPU разделены на четыре шейдерных движка Shader Engine, каждый из которых имеет свой собственный процессор для обработки геометрических данных и растеризатор, а также по четыре укрупненных блока ROP, способных обработать по 16 пикселей за такт (всего получается 64 блока ROP в каждом из этих чипов). GPU имеет единый командный процессор и восемь движков асинхронных вычислений Asynchronous Compute Engine, которые были модифицированы с учетом изменений в GCN 1.2.

Конкретно в модели Nano применяется полноценный вариант видеочипа Fiji — со всеми активными блоками, разве что со сниженной тактовой частотой работы GPU:

В состав графического процессора Fiji, который установлен на Radeon R9 Fury, входит 64 вычислительных блока Compute Unit (CU), а общее число потоковых процессоров в этой модели равно 4096, как и у старшей модели Fury X. Число текстурных блоков такое же — 256 штук, как и количество геометрических блоков и блоков ROP — последних в чипе 64 штуки. Все вышедшие на данный момент видеокарты на основе чипа Fiji имеют по 4 ГБ памяти стандарта HBM, присоединенной прямо к GPU при помощи 4096-битной шины памяти. У нас выходил отдельный материал по этой памяти, в котором максимально подробно рассмотрены все ее особенности.

Раз видеочип Fiji в R9 Nano точно такой же, что и в R9 Fury X, то он имеет улучшенные блоки обработки видеоданных и т. д. В частности, блок декодирования Unified Video Decoder умеет аппаратно ускорять декодирование видеоданных в формате H.265 (HEVC) — чип Fiji стал первым дискретным GPU с такими возможностями. Среди других достоинств Fiji отметим поддержку технологий TrueAudio, LiquidVR, Mantle, Eyefinity и FreeSync, о которых мы неоднократно писали в своих статьях.

С точки зрения технических характеристик, модель Nano весьма впечатляет. Так как применяется полноценный чип Fiji, работающий на частоте до 1 ГГц, то R9 Nano теоретически может достигать почти той же производительности, что и топовая модель Fury X, так как они обе имеют почти идентичные характеристики, включающие 4096 потоковых процессоров, 256 текстурных модулей, 64 блока ROP и 4096-битную HBM-память. На бумаге единственной разницей между R9 Fury X и R9 Nano являются максимальная частота и типичное энергопотребление. Если для R9 Nano максимальная частота установлена на весьма высоком уровне 1000 МГц, то для топовой R9 Fury X турбо-частота абсолютно без проблем достигает 1050 МГц.

Похоже, что для применения в Nano отбираются самые лучшие чипы Fiji, которые способны работать на относительно высоких частотах при сравнительно низком напряжении GPU и потреблении энергии, соответственно. При этом функциональные блоки в Fiji не были урезаны абсолютно! Что весьма удивительно при системе питания для R9 Nano, дополнительно подпитанной лишь от одного 8-контактного разъема, и рассчитанной на типичное потребление всего лишь 175 Вт энергии.

Вроде бы, исходя из цифр, R9 Nano должна почти не отставать от Fury X. Но на практике подобное возможно лишь в том случае, если потребление платой энергии не превосходит предел в 175 Вт, ведь у Fury X он гораздо выше — 275 Вт. Исходя из принципа работы PowerTune, ограничивать производительность в случае Nano будет именно предел по потреблению энергии. Даже специально отобранные графические процессоры Fiji не могут работать на частоте 1000 МГц в серьезных задачах при ограниченном до 175 Вт потреблении — это слишком жесткое ограничение для столь мощного GPU.

Поэтому графический процессор модели R9 Nano в требовательных 3D-приложениях чаще всего будет работать на частоте около 900–920 МГц, что подтверждает и сама AMD. Они добились типичной частоты GPU в играх на уровне 900 МГц, а реальное значение будет зависеть от приложения и условий его работы. Так что, несмотря на красивую цифру в 1000 МГц, выпущенная сегодня видеоплата Radeon R9 Nano не способна поддерживать такую частоту, и в реальности будет примерно на 10% медленнее.

Зачем же тогда специалисты выставили столь высокое значение турбо-частоты? В AMD уверяют, что это сделано для того, чтобы плата в любых условиях всегда упиралась только в предел по потреблению, обеспечивая максимальную скорость рендеринга в его пределах. Не очень понятно, правда, зачем видеочипу работать на частоте 1000 МГц в нетребовательных 3D-приложениях, и значительно снижать частоту там, где было бы неплохо ее прибавить. Зато цифра в 1 ГГц красива в любом случае — особенно для такой миниатюрной платы с мощным GPU.

Конструктивные особенности платы

Дизайн Radeon R9 Nano представляет собой комбинацию всех самых современных технологий компании AMD, позволивших поместить солидную мощь в столь малую коробочку. И выглядит новая плата солидно, в ее конструкции применяются качественные материалы, как и в случае с R9 Fury X. Многие детали R9 Nano также выполнены из металла, как принято на рынке премиальных моделей, а еще она имеет матовую черную печатную плату.

И все же, главной отличительной особенностью Radeon R9 Nano является ее размер. Неудивительно, что компактная плата Radeon R9 Nano идеально подходит для демонстрации одного из преимуществ памяти стандарта HBM. Так как четыре гигабайта компактных чипов установлены в пачках прямо на ядро GPU в Fiji, общая площадь, занимаемая этими микросхемами на печатной плате, очень мала — втрое меньше, чем у распространенных ранее решений.

И если даже в топовой модели Radeon R9 Fury X мы увидели преимущество от отсутствия на плате больших чипов GDDR5-памяти, выраженное в сравнительно скромных габаритах нового флагмана, то модель R9 Nano отличается еще меньшим размером — она предназначена для установки платы в системы формата Mini-ITX (6,7×6,7 дюймов).

Общая длина печатной платы новинки весьма впечатляет — всего лишь 6 дюймов (около 15 см), что и позволяет использовать R9 Nano в системных платах и корпусах этого формата. Это на 40% короче, чем топовая плата предыдущего поколения — Radeon R9 290X, имеющая длину в 11 дюймов:

Чтобы уложиться в столь малый размер, в AMD переместили часть элементов системы питания на заднюю сторону PCB. Дополнительное питание для Radeon R9 Nano обеспечивает единственный 8-контактный разъем PCI Express, который применяется вместо пары 6-контактных разъемов также из-за сравнительной компактности.

Скромный размер Radeon R9 Nano позволяет использовать эту видеоплату в ПК малых форм-факторов, набирающих популярность в том числе и среди игроков, желающих получить ту же мощь в маленьком корпусе, не потеряв возможность играть в самых высоких разрешениях при максимальных настройках. И 6-дюймовая плата Radeon R9 Nano отлично подходит для таких целей, входя в такие корпуса, в которые ни за что не засунуть любую другую видеокарту схожей производительности.

Приведем лишь пару примеров корпусов малого форм-фактора (Small Form Factor — SFF), которые компания AMD рекомендует для использования совместно с их новым решением: Lian Li PC-Q33 (на иллюстрации) и Cooler Master Elite 110. На наш взгляд, весьма интересный вариант для домашнего игрового ПК для энтузиастов игр (не путать с ультраэнтузиастами и любителями разгона):

Охлаждением видеокарты Radeon R9 Nano занимается воздушный кулер, специально разработанный для отвода 175 Вт тепла от такой маленькой платы. Единственный вентилятор расположен по центру мощного радиатора. Дизайн кулера комбинированный: хотя применяется открытый вентилятор, он также выдувает воздух и сбоку. Благодаря такому решению, примерно половина тепла от платы выносится наружу корпуса, хотя остальное тепло остается внутри — его выводом будет заниматься система охлаждения корпуса.

Радиатор в модели Nano состоит из двух частей. Основная его часть составлена из испарительной камеры и тепловых трубок. Испарительная камера сделана из медного сплава, она отводит тепло от ядра Fiji и установленных на него стопок HBM-памяти, а тепловые трубки эффективно распространяют его по всей площади радиатора. Вторая часть — маленький радиатор с еще одной тепловой трубкой, смонтированный отдельно и охлаждающий исключительно MOSFET в модуле регулятора напряжения (VRM).

Использование испарительной камеры в модели R9 Nano объясняется тем, что такие решения эффективнее простых радиаторов, в данном же случае применяется и испарительная камера и тепловые трубки, что в совместном решении встречается нечасто. AMD уверяет, что применяемая система охлаждения весьма эффективна, и производительность R9 Nano не должна упираться в ограничитель по температуре GPU.

Миниатюрная видеокарта предназначена для работы при целевой температуре графического процессора около 75 градусов, что на 20 градусов меньше целевой температуры, установленной для модели прошлого поколения Radeon R9 290X, а снижение частоты и напряжения (так называемый троттлинг) начнется лишь при 85 градусах.

Кроме этого, AMD уверяет, что у R9 Nano очень тихая система охлаждения — они даже сравнивают шум от нее с естественным звуковым фоном в библиотеках. По измерениям самой компании, эффективный воздушный кулер R9 Nano обеспечивает работу современного топового GPU при уровне шума 42 дБА — на целых 16 дБА ниже, чем шумит довольно громкий кулер модели Radeon R9 290X.

Кстати, вполне возможно, что ближе к концу года партнеры компании AMD выпустят варианты Radeon R9 Nano, основанные на платах и кулерах уже собственного дизайна, но на данный момент выпускаются платы исключительно на основе референсного варианта, разработанного в AMD. А какие-то уникальные модификации с иным дизайном мы увидим в продаже вряд ли раньше рождественских праздников.

Краткая оценка производительности, позиционирование и выводы

Интересно, что сама AMD часто сравнивает новинку с Radeon R9 290X — топовой платой предыдущего поколения на основе чипа Hawaii, которая не отличается особенно хорошими показателями энергоэффективности и имеет громкий кулер. Понятно, что на таком фоне R9 Nano будет выглядеть ее полной противоположностью.

К примеру, в бенчмарке 3DMark Fire Strike Ultra и разрешении 4K, модель R9 Nano обеспечивает заметно лучшую производительность, по сравнению с Radeon R9 290X и GeForce GTX 970:

По данным компании AMD, R9 Nano и в играх на 30% быстрее, чем Radeon R9 290X, при этом потребляет на 30% меньше энергии (175 Вт против 250 Вт), да и кулер у новинки значительно тише, чем у топовой платы предыдущего поколения. Вместе это дает R9 Nano двукратное преимущество по энергоэффективности перед Radeon R9 290X, не говоря уже о куда большей компактности новинки.

Даже если сравнивать Nano против других моделей линейки Fury, то ее производительность должна быть весьма близкой, учитывая примерно на 15% меньшую типичную рабочую частоту GPU, по сравнению с Fury X. То есть, миниатюрная R9 Nano обеспечит примерно 85% скорости топовой платы в современной линейке AMD, а «воздушная» Fury на урезанном Fiji обгоняет ее всего на 8%, исходя из теории. Так что по скорости новинка должна быть где-то между Radeon R9 390X и R9 Fury.

Однако явно не эти модели были главной целью для AMD при выпуске R9 Nano. Миниатюрная модель сделана для того, чтобы стать самой мощной видеокартой формата Mini-ITX на рынке. Среди ее компактных конкурентов самыми производительными моделями являются Radeon R9 280 и GeForce GTX 970, есть и еще GTX 960, но она значительно медленнее.

В частности, у компании ASUS в линейке есть компактный вариант GeForce GTX 970, который ближе всего к R9 Nano по размеру и производительности. Но эта видеокарта от Nvidia основана на не топовом чипе GM204, и явно уступает даже в теории полноценному Fiji, пусть в реальности и работающему на частоте лишь около 900 МГц. В среднем, в AMD оценивают преимущество своего решения в 30% при условии рендеринга в 4K-разрешении, разумеется (когда у GeForce начинает сказываться нехватка видеопамяти):

Практически во всех играх в замерах AMD, GeForce GTX 970 и Radeon R9 290X весьма близки, а R9 Nano значительно быстрее их обеих. Хотя в различных условиях преимущество Nano будет отличаться, в среднем Radeon R9 Nano можно смело назвать мощнейшей среди Mini-ITX видеокарт. Интересно, что в условиях тесных корпусов у R9 Nano преимущество даже еще выше — за счет низкого тепловыделения и продуманного охлаждения она не снижает частоты при перегреве.

На данных слайдах оранжевым цветом указана потеря при переходе от тестирования на открытом пространстве к закрытому тесному мини-корпусу. И, судя по паре игровых тестов компании AMD, производительность их новинки в условиях небольших SFF-корпусов практически не уменьшается, тогда как Mini-ITX вариант GTX 970 заметно снижает частоту GPU, что выливается в потерю драгоценных кадров в секунду.

В общем, по вычислительной и игровой производительности у новинки все отлично, R9 Nano просто лучшая в своем классе, но остается немаловажный вопрос цены. Особенно учитывая специальный отбор лучших видеочипов Fiji, и так то весьма недешево обходящихся в производстве, особенно из-за HBM-памяти. Кроме этого, на плату установлен продвинутый кулер с испарительной камерой, также немало добавляющий к себестоимости.

И поэтому неудивительно, что компания AMD позиционирует R9 Nano в виде очередной видеокарты премиальной серии, аналогично Titan от Nvidia. Ведь R9 Nano имеет уникальные характеристики, предлагая доселе недостижимую производительность в рамках рынка Mini-ITX-решений. Поэтому и цену на новинку установили довольно высокую — целых $649 для американского рынка, ровно как у старшей Fury X с водяным охлаждением. Будем надеяться, что это позволит компании AMD поправить свое финансовое положение. Правда, пока что рынок Mini-ITX-решений довольно мал, по сравнению с рынком больших игровых ПК, но есть надежда на его дальнейший рост.

Исходя из вопроса сложности отбора годных для работы в R9 Nano видеочипов, появляется и вопрос доступности решения на рынке — сможет ли AMD поставить достаточное количество таких плат в розничные сети? И тут R9 Nano уже поможет то, что рынок игровых мини-ПК не слишком велик, и с поставками рассматриваемой видеокарты за $650 они должны справиться. Тем более, что ситуация с производством чипов Fiji постоянно улучшается, их выпускают все больше, и жесткого дефицита на рынке уже нет.

Модель Radeon R9 Nano открывает новый класс мощнейших видеокарт небольшого размера, походящего для установки в миниатюрные корпуса формата Mini-ITX. Вместе с тем, новинка до 30% быстрее при потреблении на 30% меньшей энергии, по сравнению с топовой моделью предыдущего поколения Radeon R9 290X. Да и топовой R9 Fury X по скорости она уступит совсем немного. В общем, потребляющая всего лишь 175 Вт модель Radeon R9 Nano является самой энергоэффективной и мощной платой для сегмента рынка Mini-ITX-видеокарт. Также она отличается минимальным размером и весьма эффективным воздушным кулером. Все вместе это позволяет создавать мощнейшие игровые ПК малого форм-фактора, просто невозможные ранее.

Познакомившись с характеристиками и теоретическими данными о новой видеокарте модели Radeon R9 Nano, переходим к следующей части нашей статьи, которая посвящена исследованию скорости рендеринга миниатюрной видеокарты AMD в наборе синтетических тестов. В продолжении нашего материала мы сравним производительность уникальной новинки AMD как с другими платами этой компании, так и со скоростью пары близких по характеристикам видеокарт Nvidia.

Средняя текущая цена (количество предложений) в московской рознице:
Рассматриваемые карты	Конкуренты
R9 Nano — Н/Д (0)	R9 390X — Н/Д (0)
R9 Nano — Н/Д (0)	GTX 980 Ti — Н/Д (0)
R9 Nano — Н/Д (0)	R9 Fury X — Н/Д (0)
R9 Nano — Н/Д (0)	R9 Fury — Н/Д (0)
R9 Nano — Н/Д (0)	Asus GTX 970 Mini — Н/Д (0)

Полный текст статьи читайте на iXBT