Содержание
- Часть 1 — Теория и архитектура
- Часть 2 — Практическое знакомство
- Часть 3 — Результаты игровых тестов (производительность)
Казалось бы, уже все ценовые сегменты плотно заняты, выпуск новых ускорителей нерационален без замещения предыдущего поколения. Однако даже тесты демонстрируют, что между Radeon HD 7850 и 7770 существует приличная разница в производительности. Вероятно, для ликвидации такого пробела компания AMD и приняла решение выпустить новый продукт. Однако это не разогнанный 7770 или, наоборот, урезанный 7850, как можно было подумать, а совершенно новый чип. Он занял четко промежуточное местоположение по характеристикам между вышеупомянутыми ускорителями.
Можно предположить, что относительно дешевый Radeon HD 7850 1GB уйдет с рынка, чтобы не мешать продажам новинки, да и чтобы между 7790 и 7850 2GB оставалась хоть мало-мальски приличная ценовая разница.
Детали об аспектах архитектуры нового продукта традиционно поведает Алексей Берилло.
Часть 1: Теория и архитектура
Компания AMD выпустила свою текущую линейку Radeon HD 7000, основанную на чипах архитектуры Graphics Core Next (GCN), ещё в первом квартале прошлого года, то есть с момента выхода большинства продающихся по сей день моделей видеокарт прошёл уже как минимум год! Неудивительно, что компания захотела обновить семейство в 2013 году, даже несмотря на то, что оно довольно удачное в целом и до сих пор неплохо продаётся. Но что можно изменить в новых GPU при отсутствии новых версий графических API, временном отсутствии больших скачков в области освоения новых техпроцессов, да и явном застое на рынке ПК?
Глобальных изменений в линейке графических решений в AMD решили не делать — она и так соответствует всем современным требованиям. Да, у конкурента вышла очень мощная одночиповая модель в виде Geforce GTX Titan, но столь крупные GPU компания AMD уже давно не производит, и выпуск одночипового конкурента для этого решения изначально был крайне маловероятен. Зато AMD очень любит выпускать очень выгодные решения в среднеценовом диапазоне, который является одним из наиболее массовых.
И вот, в марте этого года, практически через год после предыдущих анонсов, компания AMD анонсировала первый GPU, предназначенный для рынка настольных ПК. Новый графический чип получил название Bonaire, а видеокарта на его основе стала называться Radeon HD 7790. Уже по наименованию новинки понятно, что HD 7790 заполнит пробел по цене и производительности между продающимися целый год моделями Radeon HD 7770 и HD 7850, основанными на чипах Cape Verde и Pitcairn, соответственно.
Решение выпустить чип именно такой сложности вполне обосновано, так как этот ценовой сегмент предлагает лучшие решения для не слишком требовательных игроков. Такие GPU чаще всего имеют ту же архитектуру, что и более дорогие чипы, поддерживают все их основные возможности и технологии, а также обеспечивают достаточную производительность почти во всех современных играх даже с учётом широкого распространения мониторов разрешения Full HD. При всём этом, платы данного уровня продаются сравнительно недорого, чтобы быть массовыми.
Так как модель Radeon HD 7790 по своим возможностям почти полностью повторяет особенности ранних серий HD 7700, HD 7800 и HD 7900, то перед прочтением данного материала будет полезно ознакомиться с подробной информацией о ранних решениях компании AMD этого же семейства:
- [16.03.12] AMD Radeon HD 7870: Решение среднего уровня в 3D-графике на архитектуре GCN
- [07.03.12] AMD Radeon HD 7770/7750: Новая архитектура выходит в мейнстрим
- [22.12.11] AMD Radeon HD 7970: Новый однопроцессорный лидер 3D-графики
Ну а мы переходим к описанию технических характеристик недавно анонсированной видеоплаты модели Radeon HD 7790, основанной на новом GPU с кодовым названием «Bonaire», всё так же относящемся к серии «Southern Islands».
Графический ускоритель Radeon HD 7790
- Кодовое имя чипа: «Bonaire»
- Технология производства: 28 нм
- 2,08 млрд. транзисторов (больше, чем у Cape Verde в Radeon HD 7700, но меньше, чем у Pitcairn в Radeon HD 7800)
- Унифицированная архитектура с массивом общих процессоров для потоковой обработки многочисленных видов данных: вершин, пикселей и др.
- Аппаратная поддержка DirectX 11.1, в том числе и шейдерной модели Shader Model 5.0
- 128-битная шина памяти: два контроллера шириной по 64 бита с поддержкой памяти GDDR5
- Частота ядра: 1000 МГц
- 14 вычислительных блоков GCN, включающих 56 SIMD-ядер, состоящих в целом из 896 ALU для расчётов с плавающей запятой (целочисленные и плавающие форматы, поддержка точности FP32 и FP64 в рамках стандарта IEEE 754)
- 56 текстурных блоков, с поддержкой трилинейной и анизотропной фильтрации для всех текстурных форматов
- 16 блоков ROP с поддержкой режимов антиалиасинга с возможностью программируемой выборки более чем 16 сэмплов на пиксель, в том числе при FP16- или FP32-формате буфера кадра. Пиковая производительность до 16 отсчетов за такт, а в режиме без цвета (Z only) — 64 отсчета за такт
- Интегрированная поддержка до шести мониторов по интерфейсам HDMI 1.4a и DisplayPort 1.2
Спецификации видеокарты Radeon HD 7790
- Частота ядра: 1000 МГц
- Количество универсальных процессоров: 896
- Количество текстурных блоков: 56, блоков блендинга: 16
- Эффективная частота памяти: 6000 МГц (4×1500 МГц)
- Тип памяти: GDDR5
- Объем памяти: 1 гигабайт
- Пропускная способность памяти: 96 гигабайта в сек.
- Теоретическая максимальная скорость закраски: 16,0 гигапикселей в сек.
- Теоретическая скорость выборки текстур: 56,0 гигатекселей в сек.
- Один разъём CrossFire
- Шина PCI Express 3.0
- Разъёмы: DVI Dual Link, HDMI 1.4, два Mini-DisplayPort 1.2
- Энергопотребление: от 3 до 85 Вт
- Один 6-контактный разъём питания
- Двухслотовый дизайн
- Рекомендованная цена для рынка США: $149
Принцип наименования видеокарт компании AMD давно известен, он достаточно удобен и не изменился и теперь. Недорогая модель видеокарты, основанная на новом среднебюджетном чипе, отличается от предыдущей верхней модели подсемейства HD 7700 третьей цифрой в индексе: вместо 7 поставили цифру 9, которая говорит об увеличении производительности. Вместе с тем, индекс Radeon HD 7790 явно указывает и на то, что это менее производительная видеокарта, по сравнению с линейкой на ступень выше — HD 7800.
Впрочем, тут тоже не так всё просто — с младшей HD 7850 она наверняка сможет поспорить. А вот рекомендованная цена Radeon HD 7790 — $149 — находится примерно посередине между ценами на HD 7770 и HD 7850. Что касается решений конкурента из этого же ценового сегмента, то выпуск HD 7790 был предназначен явно для того, чтобы было чем бороться с Nvidia Geforce GTX 650 Ti, основанной на чипе GK106, которая как раз расположилась между HD 7770 и HD 7850 по цене и скорости. Но и Nvidia уже отреагировала на выпуск новой платы компанией AMD и выпустила на рынок разогнанный вариант Geforce GTX 650 Ti Boost, отличающийся большей производительностью.
Свежая модель видеокарты AMD, которую мы сегодня рассматриваем, имеет память GDDR5 объёмом всего лишь в 1 гигабайт. Так как GPU имеет 128-битную шину памяти, то на неё теоретически можно было бы поставить и 2 ГБ, но такой объём быстрой GDDR5-памяти пока что слишком дорог для этого ценового сегмента, и AMD выпустила модель с меньшим объёмом, хотя в некоторых современных играх его может не хватить даже при не самых высоких настройках и разрешении. Впрочем, возможен выход видеоплат от партнёров и с 2 ГБ видеопамяти…
Как и стоящие рядом в линейке модели, Radeon HD 7790 имеет двухслотовый дизайн системы охлаждения, которая накрыта пластмассовым кожухом. Впрочем, большинство производителей всё равно выпускают платы с собственным дизайном кулера, так что референсный неважен. Интересно, что энергопотребление у новой модели не слишком выросло, по сравнению с HD 7770, но улучшение энергоэффективности было ожидаемым. Кстати, поэтому новинка также имеет лишь один 6-контактный разъём дополнительного питания.
Архитектурные особенности
Новый графический процессор Bonaire, на котором основана выпущенная модель Radeon HD 7790, относится к всё той же знакомой нам полтора года архитектуре Graphics Core Next (GCN), но AMD называет её GCN 1.1, намекая на небольшие изменения. На самом деле, чип архитектурно практически не отличается от предыдущих, хотя некоторые мелкие изменения действительно есть. Например, в новой архитектуре появились инструкции, полезные для гетерогенной архитектуры (Heterogeneous System Architecture — HSA), поддержка большего количества одновременно исполняемых потоков, а также новая версия технологии AMD PowerTune, о которой мы ещё расскажем. Но все эти изменения нельзя назвать значимыми, ведь в базовых блоках и улучшении их эффективности нет ничего нового.
Поэтому можно смело сослаться на статью, посвящённую анонсу флагмана компании (Radeon HD 7970), в которой тщательно описаны все особенности новой архитектуры Graphics Core Next (GCN), а в базовых статьях мы повторяем лишь самые важные характеристики и особенности конкретных продуктов. Все последние графические процессоры AMD предлагают отличные возможности и производительность и при обработке графики, и в неграфических вычислениях, в том числе и их смеси. Новая архитектура GCN также обеспечила серьёзное упрощение задач по оптимизации и разработке ПО, при сохранении высокой эффективности.
Как нам известно, базовым блоком архитектуры является блок GCN, из которых собраны все графические процессоры серии Southern Islands. Вычислительный блок GCN разделён на подразделы, каждый из которых работает над своим потоком команд. Блоки GCN имеют выделенное локальное хранилище данных для объёмом 64 КБ для обмена данными или расширения локального регистрового стека. Также блок имеет кэш-память первого уровня с возможностью чтения и записи и полноценный текстурный конвейер с блоками выборки и фильтрации. Каждый из имеющихся блоков GCN способен заниматься планированием и распределением команд сам, и один вычислительный блок может исполнять по несколько независимых потоков команд. Посмотрим на блок-схему нового чипа:
Схема Bonaire подтверждает цель нового решения — предложить производительность между Cape Verde, имеющем 10 вычислительных блоков GCN и Pitcairn с его 20-ю блоками GCN. Эти два GPU, выпущенные в 2012 году, отличаются друг от друга почти ровно вдвое, поэтому посередине между ними образовался довольно большой зазор по производительности, который теперь заполнил Bonaire.
На схеме показан графический процессор в виде Radeon HD 7790, который является полноценным решением без урезания каких-либо блоков. В состав чипа входит 14 вычислительных блоков архитектуры GCN, что соответствует 896 потоковым процессорам. Так как каждый блок GCN имеет в своём составе по 4 текстурных блока, итоговая цифра количества TMU для новой модели составляет 56 блоков TMU. Другими словами, Bonaire ровно в 1,4 раза быстрее чипа Cape Verde по скорости математических вычислений и текстурных выборок при условии равной частоты.
А вот количество блоков ROP и контроллеров памяти в Bonaire и Radeon HD 7790 аналогично тому, что мы видели в Cape Verde и Radeon HD 7770 — блоков ROP решили оставить 16 штук, а шина памяти у нового чипа 128-битная, собранная из двух 64-битных каналов. В малом количестве блоков ROP как раз и может заключаться «ахиллесова пята» решения, так как применение быстрой GDDR5 памяти позволило обеспечить сравнительно высокую пропускную способность в 96 ГБ/с, а вот с производительностью ROP ничего не поделать.
Зато в новом GPU есть улучшения в геометрической производительности и скорости тесселяции. Да, Cape Verde тоже имеет тесселятор 9-го поколения, но в Bonaire ещё и удвоили количество геометрических блоков, растеризаторов и командных процессоров (на схеме указаны как ACE) — теперь их всех стало по два. Это улучшение даёт Bonaire возможность обработки до двух геометрических примитивов за такт — точно как у более мощных Pitcairn и Tahiti.
Как вы помните, именно в Radeon HD 7770 компанией AMD был впервые взят важный психологический рубеж тактовой частоты GPU, равный 1 ГГц. Так вот, HD 7790 также имеет ровно такую же референсную частоту в 1 ГГц, так что увеличение производительности по сравнению с HD 7770 будет оправдываться исключительно архитектурными изменениями и увеличением количества исполнительных блоков.
Зато частота работы видеопамяти у новинки значительно выше. Если HD 7770 имел сравнительно невысокую частоту памяти в 4,5 ГГц, то на HD 7790 ставят быструю GDDR5-память, работающую на 6 ГГц, что обеспечивает на треть большую пропускную способность. Увеличенная на 33% полоса пропускания видеопамяти по сравнению с моделями подсемейства Radeon HD 7700 привела к понятному увеличению производительности в играх. AMD приводит такую диаграмму, сравнивая частоту кадров на HD 7790 с памятью, работающей на 4,5 и 6,0 ГГц:
Максимальное ускорение от прироста ПСП было достигнуто в таких играх, как StarCraft II и Crysis 2. А в среднем на 33% большая ПСП даёт где-то около 10% прироста в средней частоте кадров в наборе современных игр. Неплохой показатель, показывающий, что ПСП в наше время достаточно важна, хотя единственным упором для производительности и не является. Хотя вполне возможно, что при большем количестве ROP скорость Bonaire была бы ещё выше…
Понятно, что среднее потребление энергии по сравнению с HD 7770 несколько возросло. Если у старой модели это значение равно 80 Вт, то для HD 7790 оно составляет 85 Вт — совсем небольшая плата за теоретический рост производительности на 33-40%! Архитектурные улучшения (PowerTune), проектирование нового GPU с опытом работы над предыдущими, а также непрерывное улучшение техпроцесса на TSMC — всё это привело к небольшому росту потребления при значительном улучшении скоростных характеристик.
Что касается площади чипа и количества транзисторов в Bonaire, то новый чип явно больше Cape Verde, но добавление вычислительных, текстурных и геометрических блоков не могло пройти бесследно. По этим параметрам Bonaire точно также расположился примерно посередине между Cape Verde и Pitcairn. Bonaire содержит 2,08 млрд. транзисторов в чипе размером 160 мм2, для Cape Verde эти цифры равны 1,5 млрд. и 123 мм2, соответственно, а для Pitcairn — 2,8 млрд. транзисторов и 212 мм2 площадь чипа.
Естественно, что новый чип поддерживает все технологии компании AMD, которые были внедрены и улучшены в новом семействе Radeon HD 7000 (их неполный список: PowerTune, ZeroCore, Eyefinity, HD3D, Steady Video, улучшения качества текстурной фильтрации и т. п.), обо всём этом подробно написано в статье AMD Radeon HD 7970: Новый однопроцессорный лидер. Модель HD 7790 поддерживает все указанные там возможности, в том числе AMD Eyefinity 2.0 с шестью мониторами и стереорендерингом, а также имеет улучшенный блок декодирования и кодирования видеоданных.
Улучшенная технология PowerTune
Ещё в далёком 2010 году компания AMD представила технологию PowerTune в своём чипе Cayman (серия AMD Radeon HD 6900). Этот GPU был первым, в котором появилось динамическое управление питанием, названное PowerTune. Оно позволило повысить максимальные тактовые частоты для типичных приложений, избежав слишком большого потребления энергии в специализированных тестах стабильности, вроде FurMark. Затем технология была применена и в двухчиповой модели AMD Radeon HD 6990, которая нуждалась в ней ещё больше по понятным причинам.
Серьёзное обновление технология получила в середине 2012, когда к AMD PowerTune добавилось автоматическое повышение частот — Boost. В AMD Radeon HD 7970 GHz Edition этот алгоритм позволил ещё больше повысить производительность, по сравнению с обычной версией видеокарты. Алгоритм работы PowerTune в видеокартах без автоматического разгона использует три состояния: простой (idle), режим небольшой нагрузки (low-3D) и полноскоростной. В HD 7970 GHz к ним добавился ещё и режим разгона Boost. PowerTune служит для того, чтобы оставаться в пределах требуемого потребления, переходя на режим меньшей нагрузки, когда это необходимо. В таком случае технология резко снижает значения тактовой частоты. На практике такие скачки встречаются редко — из-за большого промежутка между двумя активными режимами.
Снижение тактовой частоты GPU уменьшает потребление энергии, но для более эффективного управления нужно снижать и напряжения. Что как раз и делается в Radeon HD 7790. Новый графический чип Bonaire имеет восемь состояний с различными значениями частоты и напряжения, что позволяет добиться более высокой тактовой частоты, чем раньше, и при этом GPU всегда работает с оптимальными напряжением и частотой. Переключение между состояниями основано на загрузке GPU, а также текущем потреблении энергии видеочипом.
В новом алгоритме PowerTune не обязательно резко сбрасывать частоту при превышении уровня потребления, и вместе с частотой снижается ещё и напряжение. Переходы между состояниями должны быть как можно более быстрыми, чтобы не превысить предел по потреблению даже на короткое время, поэтому Bonaire переключает состояния PowerTune каждые 10 мс, то есть за каждую секунду состояние чипа меняется 100 раз.
При подобном постоянном изменении частот, сторонние приложения вроде MSI Afterburner и GPU-Z будут показывать не мгновенные значения тактовой частоты, а средние за какой-то промежуток времени — так называемую «эффективную» частоту. Ещё одним интересным нововведением является то, что AMD открывает новые настройки PowerTune для сторонних приложений. Партнёры также могут устанавливать свои значения настроек PowerTune, что поможет при создании фабрично разогнанных моделей видеокарт и даст больше возможностей, не ограниченных референсными значениями от AMD. Правда, разные настройки PowerTune могут привести к тому, что видеокарты одной модели от разных производителей будут иметь не только отличающиеся тактовые частоты, но и алгоритм их изменения во времени, что затруднит сравнение в одинаковых условиях.
Оценка производительности
Для начала давайте рассмотрим теоретические показатели. По сравнению с HD 7770, новая модель имеет 40% теоретического преимущества по скорости математических вычислений и текстурированию, она вдвоё быстрее по обработке геометрии и ничем не отличается по скорости блоков ROP. Правда, нужно учитывать и то, что на их работе сильно сказывается ПСП видеопамяти. Вот с этим у HD 7790 всё в полном порядке — HD 7790 обеспечивает на треть большую пропускную способность, по сравнению с лучшим решением на Cape Verde.
Так что в большинстве случаев, при условии отсутствия упора в скорость ROP, новинка должна опережать HD 7770 где-то на 33-40% (в идеале), а в задачах вроде тесселяции так и вовсе вдвое. Если же сравнивать новое решение с младшей моделью, основанной на видеочипе Pitcairn, то HD 7790 по математической и текстурной скорости почти не отличается от HD 7850 (новинка даже на пару процентов быстрее), а вот по производительности ROP и по ПСП серьёзно уступает плате на базе Pitcairn — эти показатели у новой модели более чем на треть хуже.
Так что совершенно понятно, что AMD в своих сравнениях упирает больше на вычислительные задачи. К примеру, по данным компании, новая плата Radeon HD 7790 до 70% быстрее по сравнению с Geforce GTX 650 Ti от Nvidia в вычислительных задачах с применением DirectCompute. Что ж, в каких-то особенно удобных задачах такие цифры прироста может и будут, но реальное преимущество явно ниже, особенно с учётом выхода Boost версии GTC 650 Ti.
Очень важным компания AMD считает то, что DirectCompute сейчас уже довольно широко применяется в современных играх. Среди примеров можно привести глобальное освещение в игре DiRT Showdown, физику волос TressFX в Tomb Raider, алгоритм расчёта непрямого освещения HDAO в Far Cry 3, а также постобработку (глубина резкости с боке) в Hitman Absolution.
Все эти игры входят в программу Gaming Evolved от AMD, и совершенно неудивительно, что в них применяются алгоритмы, хорошо подходящие для решений компании. В среднем, по оценке компании, Radeon HD 7790 быстрее Geforce GTX 650 Ti в этих играх примерно на 16-32%. Естественно, сторона заинтересованная, использовался FRAPS, да настройки были выбраны по усмотрению AMD, так что слишком серьёзно относиться к цифрам не нужно.
В ПК-версии Tomb Raider — новейшей игры о приключениях Лары Крофт, — применяются текстуры повышенного разрешения (по сравнению с консольными версиями), есть специальные оптимизации производительности для AMD Radeon, графический движок использует возможности DirectX 11, а главное — технологию TressFX Hair. Это физически достоверная система имитации волос в реальном времени, использующая мощь GPU при помощи DirectCompute. На волосы Лары действуют такие силы, как гравитация, ветер, также просчитываются и столкновения с другими поверхностями.
В общем, в Tomb Raider новый Radeon HD 7790 обходит Geforce GTX 650 Ti при высоких настройках, и особенно — с включенной симуляцией волос TressFX Hair. Видимо, какие-то оптимизации для видеокарт Radeon там действительно есть.
Следующей игрой, обратившей на себя внимание специалистов из AMD, стала новая Crysis 3. Серия известна своей отличной графикой, и третья часть игры основана на движке CryENGINE 3, который является одним из самых продвинутых и известных игровых движков. В Crysis 3 не получится выделить что-то одно, применяемый движок и игра просто является одними из лучших с визуальной точки зрения.
Судя по диаграмме, небольшое преимущество у Radeon HD 7790 перед GTX 650 Ti есть, но останется ли оно при включении в сравнение ускоренной модели конкурента — GTX 650 Ti Boost? К слову, ровно то же самое касается ещё одной игры с тройкой в названии — Far Cry 3.
Far Cry 3 — это третья часть сериала от Ubisoft, связанная с предыдущей игрой тем, что первая Far Cry использовала движок от Crytek. Но это было давно, и Far Cry 2 уже была основана на коде собственной разработки. Кроме того, что в Far Cry 3 просто очень хороший уровень графики, в игре применяется много современных 3D-алгоритмов, таких как расчёт непрямого освещения High Definition Ambient Occlusion (HDAO).
Компания AMD очень любит этот алгоритм, и он отвечает ей взаимностью — новая видеоплата Radeon явно быстрее, чем GTX 650 Ti в этой игре. Собственно, если брать оценку производительности от AMD, то их решение производительнее соответствующей по цене платы конкурента при рендеринге в разрешении Full HD с разными уровнями полноэкранного сглаживания и анизотропной фильтрации (для независимой оценки смотрите третью часть нашего сравнения):
Также Radeon HD 7790 поддерживает технологию многочипового рендеринга AMD CrossFire и обеспечивает отличное масштабирование производительности. На следующей диаграмме показано несколько результатов сравнения одиночной AMD Radeon HD 7790 с многочиповой видеосистемой на базе двух таких плат, использующих CrossFire. Практически все приложения обеспечивают прирост в частоте кадров не меньше 80% при подключении второй платы, а зачастую эффективность CrossFire у двух HD 7790 и вовсе приближается к 100%.
Мы ещё проверим производительность нового решения в нашем наборе игр в третьей части статьи. Подводя итоги теоретической части, отметим, что представленная в марте модель Radeon HD 7790 являются неплохим вариантом для тех пользователей, которые ещё не перешли на видеокарты с поддержкой DirectX 11 и предпочитают решения со средней ценой. Новинка обеспечивает все необходимые возможности и довольно неплохую производительность за свои деньги.
Что касается начала продаж видеоплаты Radeon HD 7790 и её доступности на рынке, то платы уже поступили в продажу в самом начале апреля. Причём, AMD вместе со своими партнёрами организовала выпуск как плат с референсными частотами, так и фабрично разогнанных решений. В общем, сейчас оба производителя запускают новые видеокарты на рынок примерно одинаково, с быстрой доступностью различных вариантов от своих партнёров. По сути, разогнанных версий HD 7790 партнёры выпустили чуть ли не больше, чем обычных, причём графические чипы в них работают на частотах порядка 1075 МГц.
После того, как мы познакомились с характеристиками и возможностями платы Radeon HD 7790 в теоретической части материала, пришло время перейти к практике. Следующая часть материала посвящена исследованию скорости рендеринга новой видеокарты компании AMD в наборе синтетических тестов. Как обычно, будет интересно сравнить производительность новинки среднеценового сегмента с другими платами линейки Radeon HD 7000, а также со скоростью конкурирующих видеокарт от компании Nvidia.
AMD Radeon HD 7790 — Часть 2: видеоплаты и синтетические тесты →
