Видеоускоритель AMD Radeon RX Vega 56: младший собрат нового флагмана AMD29.09.2017 11:02

Часть 1: теория и архитектура

Содержание

Представляем базовый детальный материал с исследованием AMD Radeon RX Vega 56.

Часть 1: Теория и архитектура

Не так давно мы выпустили большой базовый обзор AMD Radeon RX Vega 64 — нового флагманского продукта компании AMD, а сегодня пришло время и для знакомства с менее дорогой моделью, представленной одновременно с топовой — Radeon RX Vega 56. Хотя анонс сразу нескольких мощных решений компании, основанных на графическом чипе Vega 10, прошел в один день, на рынок и к нам в руки младшая видеокарта попала несколько позже.

Соответственно, в этой статье мы не будем подробно останавливаться на теоретической части и архитектурных изменениях, с которыми вы можете ознакомиться в обзоре старшей модели. Если вкратце, то архитектура Vega стала самым значительным изменением в графических процессорах компании AMD со времени выхода первых решений на основе архитектуры GCN. Новая архитектура отличается лучшей энергоэффективностью, масштабируемостью и гибкостью, поддерживает специальный кэш для работы с большими объемами данных и имеет многочисленные микроархитектурные улучшения.

Основной особенностью новой графической архитектуры Vega стало использование новой «масштабируемой архитектуры памяти», в основе которой лежит очень быстрая память HBM второго поколения, установленная на один корпус с кристаллом GPU, и имеющая широкую шину данных. Причем она может работать в двух режимах: обычном, когда это просто локальная видеопамять, а также в качестве высокопроизводительной кэш-памяти — High Bandwidth Cache, ускоряющей доступ к данным, хранящимся вне локальной видеопамяти. Обо всем этом подробно написано в статье по Vega 64, а мы переходим к описанию видеокарты, использующей урезанный чип Vega 10.

При анонсе, компания AMD представила сразу несколько моделей видеокарт семейства RX Vega, основанных на графической архитектуре нового поколения. Эти модели отличаются друг от друга характеристиками и производительностью, а также системой охлаждения и ценой. Были анонсированы три модели: Radeon RX Vega 64 Liquid Cooled Edition, обычная RX Vega 64, которую мы уже рассматривали, и наименее мощная RX Vega 56, основанная на варианте графического процессора Vega 10, в котором были деактивированы некоторые исполнительные блоки.

Так как основой видеокарт семейства Radeon RX Vega является графический процессор Vega 10, имеющий улучшенную архитектуру GCN, которая во многих деталях схожа с ранее вышедшими решениями компании AMD, то перед прочтением теоретической части статьи будет полезно ознакомиться и с нашими предыдущими материалами по прошлым видеокартам компании, основанным на архитектуре GCN:

Рассмотрим подробные характеристики видеоплаты Radeon RX Vega 56, основанной на урезанной версии графического процессора нового поколения Vega 10.

Графический ускоритель Radeon RX Vega 56
Параметр	Значение
Кодовое имя чипа	Vega 10
Технология производства	14 нм FinFET LPP
Количество транзисторов	12,5 млрд.
Площадь ядра	486 мм²
Архитектура	Унифицированная, с массивом общих процессоров для потоковой обработки многочисленных видов данных: вершин, пикселей и др.
Аппаратная поддержка DirectX	DirectX 12, с поддержкой уровня возможностей Feature Level 12_1
Шина памяти	2048-битная шина памяти с поддержкой стандарта High Bandwidth Memory второго поколения
Частота графического процессора	1156 (1471) МГц
Вычислительные блоки	56 (из 64) вычислительных блоков GCN, состоящих в целом из 3584 (из 4096) ALU для расчетов с плавающей запятой (поддерживаются целочисленные и плавающие форматы INT8, INT16, FP16, FP32 и FP64)
Блоки текстурирования	224 (из 256) текстурных блока, 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 2.0b и DisplayPort 1.4

Спецификации референсной видеокарты Radeon RX Vega 56
Параметр	Значение
Частота ядра	1156 (1471) МГц
Количество универсальных процессоров	3584
Количество текстурных блоков	224
Количество блоков блендинга	64
Эффективная частота памяти	1600 (2×800) МГц
Тип памяти	HBM2
Шина памяти	2048-бит
Объем памяти	8 ГБ
Пропускная способность памяти	410 ГБ/с
Вычислительная производительность (FP32)	до 10,5 терафлопс
Теоретическая максимальная скорость закраски	94 гигапикселей/с
Теоретическая скорость выборки текстур	330 гигатекселей/с
Шина	PCI Express 3.0
Разъемы	Один разъем HDMI и три DisplayPort
Энергопотребление	до 210 Вт
Дополнительное питание	Два 8-контактных разъема
Число слотов, занимаемых в системном корпусе	2
Рекомендуемая цена	$399 (для рынка США)

Название рассматриваемой видеокарты соответствует новой системе наименований линейки, которая имеет имя собственное — Vega. Цифра после названия семейства означает количество активных исполнительных блоков архитектуры GCN в графическом процессоре — 64 для полной или 56 для урезанной версии чипа Vega 10. Начальные буквы RX остались, теперь они уже не значат ничего особенного и входят в названия всех современных видеокарт AMD.

Рассматриваемая сегодня модель семейства Vega обновляет текущую линейку компании, дополняя семейство Polaris сверху и располагаясь среди видеокарт AMD чуть ниже Vega 64. Видеокарта с урезанным GPU все также относится к верхнему ценовому диапазону, и выше нее в линейке — два варианта полноценной Vega с воздушным и водяным охлаждением, имеющие более высокую цену:

Разброс в цене решений линейки составляет от $399 за RX Vega 56 до $699 за топовую видеокарту с водяным охлаждением. Причем в случае Packs речь идет уже не только о видеокарте, а целом паке, который обходится в лишнюю сотню долларов. За дополнительные $100 AMD добавила возможность приобрести современный монитор, процессор и системную плату со значительной скидкой. Кроме этого, в комплекте предлагаются еще и бесплатные игры.

В частности, в предложение компании входит скидка $200 на приобретение ультраширокоформатного современного монитора Samsung CF791 с диагональю 34″ и поддержкой технологии FreeSync, а также скидка $100 на некоторые процессоры Ryzen 7 в комплекте с системными платами на чипсете X370 — уже одно это дает экономию в $300, а они еще и предлагают игры в комплекте, который будет зависеть от региона. Актуальность и выгодность этого предложения зависит от множества обстоятельств, поэтому проще оценивать «голые» видеокарты.

Референсный вариант Radeon RX Vega 56 без каких-либо дополнений предлагается по рекомендованной цене в $399, и эту цену можно было бы назвать привлекательной, так как конкурировать с новинкой приходится такой модели конкурента, как GeForce GTX 1070, которая явно медленнее, чем Vega 56 (в следующих разделах нашей статьи с синтетическими и игровыми тестами мы узнаем, насколько конкретно). Но увы, дефицит видеокарт семейства Vega и довольно высокая себестоимость не позволили розничной цене выйти на рекомендуемый уровень, и это нужно учитывать в оценке рыночных перспектив нового продукта AMD.

Как и топовая Vega 64, урезанная версия Vega 56 поставляется исключительно в версиях с 8 ГБ памяти типа HBM2, так как ширина шины памяти не изменилась. Мы уже говорили о том, что установка именно 8 ГБ памяти — оправданное практичное решение, ведь 4 ГБ для топовой карты будет слишком мало, а 16 ГБ ставить нет смысла — с учетом очень высокой себестоимости HBM2-памяти и достаточности 8 ГБ в большинстве современных игр. Так что 8 ГБ можно считать «золотой серединой», особенно для не самого дорогого варианта на Vega 10. Тем более что видеопамять на решениях линейки можно расширить за счет системной памяти в случае крайней необходимости.

Так как референсная плата Vega 56 не особо отличается от старшего варианта, то для дополнительного питания она также использует два 8-контактных разъема. Значение типичного энергопотребления для модели Radeon RX Vega 56 на основе урезанного по количеству исполнительных блоков графического процессора Vega 10 установлено на уровне 210 Вт, что заметно ниже, чем 295 Вт у Vega 64. И это очень хорошо, ведь потребление Radeon RX Vega 64 достаточно велико по сравнению с конкурирующими решениями.

Архитектурные особенности

Рассматриваемое решение AMD основано на графическом процессоре архитектуры Vega 10, который произведен по техпроцессу 14 нм FinFET LPP и содержит 12,5 миллиардов транзисторов, а для внутренних связей используется известная по процессорам компании шина Infinity Fabric. Графический процессор Vega 10 относится к архитектуре Graphics Core Next, базовым блоком которой является вычислительный блок Compute Unit (CU), из которых собраны все графические процессоры AMD.

Вычислительный блок CU (в случае этого чипа он назван NCU) имеет выделенное локальное хранилище данных для обмена данными или расширения локального регистрового стека, а также кэш-память первого уровня с возможностью чтения и записи и полноценный текстурный конвейер с блоками выборки и фильтрации, он разделен на подразделы, каждый из которых работает над своим потоком команд. Каждый из таких блоков занимается планированием и распределением работы самостоятельно.

Урезанная модификация графического процессора Vega 10 содержит по четыре движка асинхронного исполнения команд и геометрических движка, но из 64 физически имеющихся вычислительных блоков Compute Unit нового поколения активны лишь 56. Всего в составе этих вычислительных блоков находится 3584 (из 4096 физически имеющихся в GPU) потоковых процессоров, 224 (из 256) текстурных блоков. А вот количество блоков ROP осталось неизменным — их тут 64 штуки, как и в топовой модели. Рассмотрим схему урезанного графического процессора (по клику на изображении доступна увеличенная версия иллюстрации):

Хотя по количеству блоков Vega 10 не лучше чипа Fiji, новое решение отличается оптимизациями для работы на повышенной частоте, а также имеет архитектурные модификации, улучшающие производительность и энергоэффективность. Рассматриваемая модель Radeon RX Vega 56 способна дать производительность в 10,5 терафлопс при вычислениях с одинарной точностью и 21 терафлопс для 16-битных вычислений половинной точности, поддержка которых впервые появилась в Vega.

В графическом процессоре Vega используется стандартная внутренняя шина Infinity Fabric компании AMD, имеющая низкие задержки и предназначенная для соединения различных блоков процессора друг с другом — к примеру, основное графическое ядро с другими логическими блоками, такими как контроллеры памяти, контроллер PCI Express, дисплейный движок, движок обработки видеоданных.

Новый графический процессор используется HBM2-память, работающую по 2048-битной шине при тактовой частоте в 800 МГц, дающей весьма немалую пропускную способность в 410 ГБ/с. Также было устранено самое печальное ограничение HBM1-памяти, известной по графическим процессорам Fiji (видеокарты серии Fury) — максимальный предел в 4 ГБ видеопамяти. В случае HBM2-памяти теоретически возможен объем до 32 ГБ, но в AMD решили поставить на игровые чипы 8 ГБ HBM2-памяти, так как ее себестоимость весьма велика.

Если видеопамяти не хватает, то HBM2-память в Vega можно использовать как кэш-память последнего уровня для системной памяти и накопителей данных. По словам представителей AMD, высокопроизводительный кэш и его контроллер позволяют использовать плоскую виртуальную адресацию до 512 терабайт данных на разных носителях, и его работа полностью прозрачна для пользовательских приложений. Такой подход позволяет использовать больший объем данных, чем помещается в видеопамяти. Для решения этих задач в графический процессор Vega был внедрен новый контроллер высокопроизводительной кэш-памяти — High Bandwidth Cache Controller (HBCC), о котором мы писали в обзоре Vega 64.

Среди других важных отличий Vega от более ранних графических архитектур AMD, отметим новые программируемые геометрические движки нового поколения, позволяющие увеличить темп обработки геометрии в несколько раз, улучшенные вычислительные блоки NCU с возможностью выполнения 16-битных вычислений с двойным темпом, новые пиксельные движки, использующие тайловую растеризацию Draw Stream Binning Rasterizer (DSBR), снижающие количество обращений к видеопамяти и увеличивающие производительность и энергоэффективность, также поддерживающие большинство функций DirectX 12 с уровнем возможностей Feature Level 12_1 и многое другое.

Да и во всем остальном, графический процессор Vega 10 предлагает самую современную поддержку всех последних стандартов вывода изображения на дисплеи, превосходя по этим возможностям предыдущие решения семейства Polaris. Также отметим, что в состав графического процессора Vega 10 включены и самые совершенные движки для кодирования и декодирования видеоданных. Подробнее обо всех технологиях и возможностях графического процессора написано в базовом обзоре видеокарты AMD Radeon RX Vega 64.

Выводы по теоретической части

Архитектура Vega обеспечивает значительное улучшение в производительности относительно предыдущих GPU компании. Комбинация архитектурных улучшений и более высокой частоты работы GPU позволяет новым видеокартам значительно опережать графические процессоры предыдущего поколения, аналогичные по позиционированию. Прогресс заметен почти по всем параметрам, особенно явно увеличилась тактовая частота GPU за счет применения более совершенного техпроцесса — она выросла в полтора раза, что сказалось на большинстве теоретических цифр, а скорость FP16-вычислений увеличилась еще больше — благодаря технологии Rapid Packed Math.

В Vega 10 увеличились объемы начиповых кэшей, да и объем видеопамяти был удвоен, а вот пропускная способность памяти осталась примерно на том же уровне, что и у Fiji. 410 ГБ/с — это совсем немало, но такого значения можно добиться с применением GDDR5X-памяти, и даже самая быстрая GDDR5-память хоть и отстает, но не настолько сильно, чтобы это сказывалось на общей производительности. Зато она обходится в производстве и разработке заметно дешевле, что бы положительно сказалось на рыночной доступности и розничных ценах. Но в AMD несколько лет назад сделали ставку на применение HBM в своих топовых решениях, и в этом есть свои плюсы — см. High Bandwidth Cache.

Видеокарта модели Radeon RX Vega 56 стала вторым решением нового семейства, основанном на графическом процессоре Vega, произведенном при помощи технологического процесса 14 нм FinFET LPP, которое мы рассматриваем. Новый графический процессор компании AMD отличается расширенными функциональными возможностями и многочисленными архитектурными оптимизациями, что позволило улучшить производительность и энергоэффективность всех моделей семейства. К вопросу производительности мы вернемся при рассмотрении результатов наших тестов в двух следующих частях материала.

По предварительным же оценкам и тестам, Radeon RX Vega 56 смотрится очень неплохо, частенько опережая конкурента в лице GeForce GTX 1070, особенно с учетом более низкой рекомендованной цены. Но тут нужно учитывать, что видеокарта Nvidia продается на рынке уже очень давно и цены на нее давно устаканились, в отличие от новинки компании AMD, которая пока что продается в недостаточных объемах и явно по завышенным ценам, не позволяющим делать однозначные выводы о ее конкурентоспособности. Но все же именно модель Radeon RX Vega 56, основанная на урезанной модификации чипа Vega 10, кажется нам наиболее удачной с рыночной точки зрения, так как она обладает привлекательным соотношением рекомендуемой цены и производительности. Но реальные цены нужно снижать, улучшая рыночную доступность. Конкурент ведь не дремлет и может выпустить что-то между GeForce GTX 1070 и GTX 1080.

В следующих частях нашей статьи мы оценим производительность видеокарты AMD Radeon RX Vega 56 на практике, сравнив ее скорость с показателями близких по цене ускорителей компаний Nvidia и AMD. Сначала мы традиционно рассмотрим данные, полученные в привычном наборе синтетических тестов, а после перейдем и к игровым тестам.

Средняя цена (количество предложений) в московской рознице:
Рассматриваемые карты	Конкуренты
RX Vega 56 8 ГБ — 40 000  (на 08.09.17)	GTX 1070 8 ГБ — 30 500  (на 08.09.17)
RX Vega 56 8 ГБ — 40 000  (на 08.09.17)	GTX 1080 8 ГБ — 35 800  (на 08.09.17)
RX Vega 56 8 ГБ — 40 000  (на 08.09.17)	R9 Fury X 4 ГБ — 28 700  (на 03.08.17)

Полный текст статьи читайте на iXBT