Подождите...Каталог
Barts: эволюция CypressСердцем выпущенных недавно видеокарт стал новый чип Barts, оказавшийся первым членом семейства GPU AMD Northern Island. Как мы уже коротко отмечали ранее, идеологически и структурно он очень близок к Cypress. Не должно явиться откровением, что изначально в AMD планировали производить новое поколение графических процессоров по более тонкому техпроцессу, чем Evergreen (TSMC 32 нм). Ориентировочная дата ввода линий соответствующего производства в коммерческую эксплуатацию идеально совпадала с намеченным временем релиза Radeon HD 6800. Однако реальность наложила свой отпечаток, и сегодня, впервые за долгое время, мы становимся свидетелями анонса очередного поколения GPU от AMD на старом технологическом процессе. Это произошло по нескольким причинам. Во-первых, расчетная удельная стоимость производства транзистора по 32 нм нормам оказалась выше, чем при 40 нм литографии, что является довольно значимым фактором при создании экономичных чипов, подобных Barts. Во-вторых, с выходом достаточного количества годных 40 нм кристаллов у TSMC поначалу возникли большие трудности, которые с выпуском 5800 в прошлом году автоматически стали проблемами AMD, когда компании-разработчику требовалось как можно больше чипов для удовлетворения спроса и реализации своего технологического преимущества над NVIDIA. Неизвестно, с какими препятствиями столкнулись бы партнеры при переходе к 32 нм технологии. Впрочем, это уже не так важно, так как тайваньский производитель решил вовсе отказаться от промежуточного шага между 40 нм и 28 нм. Выигранное же время было потрачено для отладки 40 нм линий (и сегодня можно констатировать, что совершенство последнего практически достигнуто) и более тщательной подготовки к 28 нм этапу. Известие об отказе TSMC от 32 нм производства пришло в ноябре прошлого года. Впрочем, как стало известно, оценив складывающуюся ситуацию, инженеры AMD сделали непростой выбор о проектировании Barts под 40 нм еще до того. Чтобы представить чип в таком виде, в котором он существует сегодня, соблюдя при этом разумные сроки, пришлось принести некоторые жертвы и пойти на определенные компромиссы. На наш взгляд, судя по конечному результату, они того стоили. Исходя из всего вышесказанного, уже не выглядит удивительным тот факт, что в архитектурном смысле Barts очень похож на иначе сбалансированный Cypress с измененным соотношением функциональных блоков. Описание Barts не будет сильно отличаться от знакомого нам прошлогоднего Juniper (5700 серия). Взглянем для начала на функциональную схему: 
  Однако Barts не является простой копией Cypress, как можно было подумать. Неигровые возможности, такие как блок UVD и контроллер дисплеев, были усовершенствованы. Кроме того, для 3D приложений существенно расширены были возможности аппаратной тесселяции. Так AMD отреагировала на то, что nVidia включила в дизайн Fermi очень мощные блоки тесселяции, с прицелом на будущее. Согласно заявлениям AMD, в лучшем случае производительность тесселяции у Barts вдвое выше предшественника. Доказательством этому служит следующий слайд из официальной презентации:  Подытоживая вышесказанное, можно отметить, что размер кристалла Barts сократился на 25% по сравнению с Cypress, однако, как мы выяснили за время тестирования, производительность в среднем упала только на 7% при сопоставлении 6870 и 5870. Все это было достигнуто путем изменения баланса функциональных блоков и оптимизации дизайна чипа. Из этого можно сделать довольно-таки интересный вывод о том, что на самом деле RV870 был наделен избыточной вычислительной/шейдерной мощностью. Действительно, Barts несколько медленнее Cypress, однако при этом существенно меньше, хотя используется тот же самый 40 нм техпроцесс. Это свидетельствует о том, что выбранные AMD для HD 5800 соотношения математических способностей к геометрическим, или к возможностям растеризации оказались неидеальными. Поэтому в Barts они и были изменены. Принимая во внимание различия в частотах 6870 и 5870, на Barts приходится приблизительно 75% мощности Cypress по шейдерным/математическим вычислениям и текстурированию. В тоже время, по способностям растеризации, тесселяции и ROP новинка среднего уровня превосходит предыдущее флагманское решение; другими словами, в Barts акцент с вычислительной мощности смещен на традиционные для GPU ценности, плюс особое внимание уделено тесселяции. Как показала практика, такой рецепт оказался очень успешным, так как даже в самом худшем сценарии развития событий Barts отстал от 5870 в 1920x1200 лишь на 13%. Получается, что хотя внушительный запас по вычислительным возможностям Cypress и был создан, эффективно использовать его оказалось сложно даже играх, интенсивно использующих шейдерные вычисления. Стоит заметить, что во время внутренних исследований эффективности имеющейся архитектуры при различных соотношениях компонентов, инженеры AMD рассматривали два варианта для Barts: 16 SIMD (1280 потоковых процессоров) при 16 ROP, и 14 SIMD (1120 ПП) при 32 ROP, в пользу которого дело и было решено. Хотя преимущество последней связки было невелико, самого факта этого превосходства вкупе с простотой портирования имеющихся наработок из Cypress оказалось достаточно, чтобы принять решение, казавшееся в итоге верным. Вместе с исключением из состава Cypress некоторого числа функциональных блоков и поддержки FP64, проектируя Barts, AMD сделала еще один шаг к удешевлению чипа: отныне в нем используется более простой контроллер памяти GDDR5 из Redwood. Ранее мы уже подробно говорили о сложности создания контроллеров видеопамяти данного стандарта, способных безошибочно работать на высоких частотах, однако до момента релиза Radeon HD 6800 мы, похоже, даже не осознавали, насколько непростые задачи приходилось решать для достижения заданной RV870 высокой планки. Оказывается, что созданный для Redwood (и вошедший в состав Barts) контроллер практически вдвое более компактен, чем аналогичный модуль Cypress! Путем простого сокращения эффективной рабочей частоты VRAM с 4.8 ГГц до 4.2 ГГц AMD удалось сэкономить значительное пространство на кристалле. К сожалению, точными абсолютными цифрами мы не располагаем, однако исходя из общения с представителями AMD можно заключить, что выигрыш оказался очень серьезным. В очередной раз данный факт доказывает, насколько сложно заставить GDDR5 работать на 5 ГГц и выше. Недаром AMD и NVIDIA потребовалось потратить немало времени на доработку своих контроллеров; именно их они называли одной из самых больших трудностей, с которой пришлось столкнуться при создании RV870 и GF100. Практически все описанные выше изменения (кроме усовершенствования тесселятора) были произведены во имя достижения главной цели — удешевления GPU для повышения конкурентоспособности в среднем ценовом сегменте. Особенно это важно для AMD сейчас, когда у NVIDIA имеется очень удачный конкурент в лице GTX 460 на основе GF104. Известно, что оптимальным является наличие отдельного чипа для каждой ценовой группы, а урезанные решения на базе старших графических процессоров являются временными полумерами. Косвенно это подтверждается неблестящими финансовыми показателями видео-подразделения AMD: за последний квартал 3D-ускорители принесли компании лишь $1 млн. дохода. Тогда как существование разнообразных HD 5830 выгодно покупателям, их доходность не слишком велика, так что понятно стремление AMD максимально снизить издержки, наряду со всесторонними оптимизациями. [N3-Задел на будущее: DisplayPort 1.2] Тогда как Barts не привнес существенных изменений в базовую вычислительную архитектуру AMD, совсем по-иному дело обстоит со вспомогательными контроллерами и модулями нового чипа. По сравнению с Cypress, практически все ответственные за вывод изображения и декодирование видео компоненты были обновлены, заменены или улучшены. Таким образом, именно они стали определяющим отличием серии 6800 от 5800.  С такими инвестициями AMD в DisplayPort не стал сюрпризом тот факт, что в новом поколении Radeon HD реализована поддержка спецификаций DP самой последней версии. Менее года прошло с момента их официального утверждения, и платы серии Radeon HD 6800 станут первыми продуктами на рынке с DP 1.2. Это довольно комично, но так как прочих устройства этого стандарта для тестирования совместимости на рынке пока вообще не представлено, AMD даже называет Barts не "DP 1.2 Compliant" (совместимый с DP 1.2), а DP 1.2 Ready (готовый к DP 1.2). Это не должно смущать потенциальных покупателей, никаких проблем с реализацией DisplayPort в Northern Island быть не должно. Каковы же отличия DP 1.2? На техническом уровне, единственная разница между DP 1.2 и DP 1.1 состоит в удвоении пропускной способности интерфейс с 10.8 Гбит/с (в которых 8.64 Гбит/с приходилось на видеопоток) до 21.6 Гбит/с (17.28 Гбит/с для видео). Если сравнивать эти показатели с DVI, то DP 1.2 отныне приблизительно вдвое превосходит по возможностям Dual-Link DVI. Кроме увеличения чистой ПС, были определены и некоторые новые стандарты. На сегодня основная особенность DP 1.2, служащая центральным моментом в рекламной кампании AMD, заключается в возможности подключения нескольких мониторов через один порт, что напрямую связано с Eyefinity. Расширенная пропускная способность DP 1.2 означает, что теперь с помощью данного интерфейса можно не только легко подсоединить к плате самый большой из существующих ныне на потребительском рынке дисплеев, но и передать сигнал на 2x 2560 или 4x 1920 монитора при 60 Гц! Более того, так как DisplayPort представляет собой технологию, основанную на принципе пакетной передачи данных, можно с легкостью увеличить число подключаемых устройств, надо только, чтобы адресуемые контроллеры могли принимать предназначенные им пакеты по специальному протоколу. Для этих целей в DP 1.2 ввели специальный алгоритм, названный Multi-Stream Transport (MST, "многопоточный транспорт"). Как понятно из названия, MST использует все конкурентные преимущества DisplayPort в виде возросшей пропускной способности интерфейса версии 1.2 и пакетной среды связи, чередуя несколько выделенных потоков изображений в одном канале. Естественно, принимающая сторона также должна быть "знакома" с данным алгоритмом, и здесь существует два варианта: последовательное подключение и использование специализированных хабов. Объяснять смысл последовательного подключения не представляется необходимым, здесь между собой DP 1.2 мониторы просто соединены цепью, каждый из них передает последующим предназначенные для них данные. На практике такая схема подключения вряд ли получит распространение где-либо еще, кроме специальных промышленных многомониторных конфигураций, так как последовательное подключение требует обязательной поддержки DP 1.2 всеми дисплеями и может быть несколько неудобным для настройки.   К сожалению, первенство AMD с выводом на рынок решений с поддержкой DP 1.2 довольно-таки формально. Дело в том, что появление MST хабов и DP 1.2-совместимых мониторов ожидается на рынке не ранее начала 2011 года (скорее всего, великое множество таких моделей будет представлено в Лас-Вегасе на CES). Это означает, что придется немного подождать, пока вся остальная экосистема поспеет за прытью AMD и поможет реализовать заложенные в Barts возможности.  Далее, с DP 1.2 существенно улучшились возможности по передаче качественного звука. В версии интерфейса с порядковым номером 1.1 для аудио-контента была выделена полоса в 6.144 Мбит/с, чего было достаточно для многоканального LPCM, однако не все стандарты "умещались" в данные рамки (например, 8-канальный LPCM 192 КГц/24-бит). Теперь же можно говорить о практически неограниченных возможностях для передачи звука, ведь 48 Мбит/с достаточно не только для любых вариаций LPCM, но и для форматов, ранее не поддерживавшихся DisplayPort без потери качества, таких как DTS-HD MA или Dolby TrueHD. Наконец, DP 1.2 тесно связан не только с инициативой AMD Eyefinity, но и является частью программы по реализации собственной технологии стереоскопического трехмерного изображения графического подразделения Advanced Micro Devices — HD3D. Мы остановимся на HD3D подробнее чуть позже, в части же материала про DisplayPort скажем лишь, что, так как теперь у DP 1.2 больше пропускная способность, чему у HDMI1.4a или DL-DVI, интерфейс способен вывести потребительское 3D на качественно новый уровень. Так, HDMI 1.4a способен выводить 3D лишь в формате 1080p при 24 Гц (48 Гц в общем), что необходимо и достаточно для плавного просмотра фильмов, но мало для динамичного изображения или 3D игр. Такие сцены требуют общих 120 Гц для демонстрации каждому глазу 60 Гц. DP 1.2 обладает всем необходимым, чтобы выдавать 2560x1600@120 Гц. Иными словами, достижима 60 Гц картинка для каждого глаза в разрешении, превышающем Full HD. Все это несколько стирает границу между HDMI и DisplayPort, и, вне зависимости от того, что позиционируются данные технологии как конкуренты, хорошо видно, что это одного поля ягоды. Среди прочих достоинств новой итерации DP можно отметить и менее значимые плюсы, такие как возможность проигрывания Blu-ray 3D в оконном режиме, тогда как сегодня с HDMI 1.4a необходимо разворачивать окно плеера на полный экран при 1080p 24 Гц. Впрочем, хотя все положительные качества интерфейса действительно значимы, ощутить их реальную пользу будет возможно только в ближайшем будущем. Конечно, распространение DisplayPort постоянно увеличивается, технология обретает новых сторонников. Например, большинство современных мониторов Dell и HP уже оснащены соответствующим входом. Тем не менее, о повсеместном распространении говорить пока рано. Скажем, в недорогих TN панелях, коих сегодня на рынке представлено великое множество, DP пока что является редким гостем. Стоит дождаться традиционно проходящей в первых числах января CES, и уже тогда делать выводы о том, насколько консорциум по продвижению DP сумел заинтересовать производителей в своей разработке. Надеемся, что DisplayPort в скорейшем времени наберет достаточную поддержку, так как потенциал у этого цифрового интерфейса поистине огромен. [N4-Важные новинки для настоящего: HDMI 1.4a, UVD3 и цветовая коррекция] Безусловно, радует, что поддержка новой версии DisplayPort не стала единственным усовершенствованием, которое получил контроллер дисплеев в Barts. Так, HDMI также был обновлен для соответствия последним стандартам. Тогда как в Cypress поддерживался наиболее современный на момент выхода RV870 HDMI 1.3, платы серии 6800 (а, скорее всего, и все прочие Radeon HD 6000 в будущем) порадуют своих владельцев HDMI 1.4a. Теперь видеокарты AMD последнего поколения можно будет использовать для вывода стереоскопических 3D фильмов в 1080p по HDMI 1.4a; игры и прочие типы динамичного изображения, требующие 60 Гц для плавного воспроизведения на каждую половинку изображения, в 3D будут довольствоваться 720p. В обычном 2D режиме картинку можно выводить на экраны с разрешением вплоть до 4096x2160. Тогда как в большей степени DP полезен для мониторов, необходимость HDMI диктуется HTPC, и мы уверены, что сделанные в Barts усовершенствования без изменений перейдут и на будущие упрощенные карты 6000 серии (именно они часто используются в мультимедийных ПК). Предоставив возможности вывода стереоскопического 3D изображения в высоких разрешениях посредством внешних интерфейсов последних поколений, AMD пошла на следующий логичный шаг — обновление соответствующей функциональности своего блока аппаратного декодирования видео. Встречаем Unified Video Decoder третьего поколения, UVD3! Последний раз UVD подвергался глубокой модернизации с выходом RV770 и серии Radeon HD 4000, когда в него была добавлена частичная аппаратная поддержка MPEG-2 с профилем IDCT и MoComp (ранее эти операции выполнялись силами шейдерных процессоров).  С выходом линейки Radeon 6800 AMD представляет UVD3, который, как и его предшественник UVD2, расширяет имевшиеся ранее возможности. Так, UVD3 отныне умеет справляться с тремя дополнительными кодеками: MPEG-2, MVC и MPEG-4 ASP (лучше известный как DivX/XviD). Единственный более или менее новый среди них - MPEG-4 ASP. До этого вся работа по декодированию потока данного типа выполнялась центральным процессором, если речь шла о ПК с видеокартой AMD, теперь же выделенный модуль отлично справляется с возложенными на него задачами. Какие-либо нестандартные особенности этому нововведению не присущи; с процессора просто снимается дополнительная нагрузка, а вместе с тем несколько уменьшается энергопотребление системы. Факт добавления AMD поддержки MPEG-4 ASP дает нам повод для сравнения подхода этой компании с действиями ее главного конкурента. Прошел уже примерно год с тех пор, как NVIDIA снабдила схожей возможностью свои графические процессоры GT21x. Здесь можно признать, что существенное отставание от NV по данному вопросу AMD ликвидировала только сейчас. Но только посмотрите, какого качества подготовка была проведена AMD к анонсу! Удивительно, но декодер NVIDIA до сих пор во многих ситуациях по какой-то причине остается неактивным, да и в целом компания не приложила особых усилий для популяризации этой возможности среди разработчиков и конечных пользователей. Чего стоит один лишь факт, что из общения с представителями DivX (которые являются партнерами AMD по продвижению UVD3) мы выяснили, что в компании даже не было известно о существовании аппаратной поддержки MPEG-4 ASP в решениях NVIDIA! В то же время, уже к моменту появления видеокарт HD 6800 в продаже, AMD подготовила тестовую версию кодека DivX с поддержкой UVD3. Кроме того, все возможности по низкоуровневой обработке MPEG-4 ASP доступны и через драйвер, о чем сообщает утилита DXVA Checker.  Стоит сделать и еще одну оговорку: хотя AMD и приложила необходимые усилия к внедрению DXVA MPEG-4 ASP, как и в случае с HDMI 1.4a или DP 1.2, вряд ли эта функция зацепит внимание пользователей из фокусной группы Radeon 6800. Ведь сам по себе кодек MPEG-4 ASP по сегодняшним меркам достаточно легкий, он не создает по-настоящему значимой нагрузки на центральные процессоры того класса, в паре с которыми будет работать Barts. Скорее всего, данное нововведение UVD3 окажется действительно полезным для карт более низкого уровня, установленных в слабые системы, или же для будущих интегрированных APU вроде Llano или Bobcat. Следующим по списку идет MPEG-2, который застрял у AMD в несколько подвешенном состоянии на довольно длительное время. Дело в том, что MPEG-2 является еще более старым и легко декодируемым стандартом, чем MPEG-4 ASP, а GPU "научились" помогать CPU в этом (IDCT, обратное дискретное косинус-преобразование) еще в прошлом десятилетии. Тогда процессоры быстро стали достаточно производительными, чтобы с минимальной помощью от видеокарты проигрывать MPEG-2 контент. Поэтому AMD долгие годы ничего не предпринимала для усовершенствования обрабатывающей MPEG-2 логики, только лишь в UVD2 IDCT/MoComp были перенесены с потоковых процессоров в сам Unified Video Decoder. Благодаря определенному сходству между MPEG-4 ASP и MPEG-2, когда инженеры AMD добавили полную поддержку аппаратного декодирования MP4 ASP, им не составило труда расширить и возможности ускорения MPEG-2. Так что теперь Radeon HD 6800 целиком и полностью берет на себя все обязанности по просмотру файлов с содержимым такого типа. Опять же, следует понимать, что наиболее востребованной данная функция будет на слабых компьютерах, либо в ноутбуках, где работа логики с фиксированной функциональностью не только облегчит жизнь CPU, но и сбережет драгоценную энергию аккумулятора.  Наконец, вместе с поддержкой новых кодеков в UVD3 и обновленными внешними интерфейсами для вывода изображения, контроллер дисплеев в Barts получил усовершенствованный алгоритм цветовой коррекции. Предыдущие решения, включая Cypress, могли производить цветовую коррекцию только после того, как была применена гамма-коррекция, а это означает, что данную операцию приходилось проводить в нелинейном цветовом пространстве. Такой подход был вполне работоспособен, однако точность цветопередачи несколько страдала. С доработанным для 6800 контроллером последнего поколения видеокарты AMD могут сначала переводить изображение в линейное цветовое пространство, затем производить калибровку цветности, а потом уже выполнять гамма-коррекцию и выводить на экран. Главным образом, цветовая коррекция необходима для мониторов с расширенным цветовым охватом, и потому для большинства пользователей сегодня разница останется незамеченной. Со временем же, когда подобные дисплеи станут широко распространены, важность описанного нововведения возрастет, так как мониторы с расширенным цветовым охватом некорректно воспринимают стандартное цветовое пространство sRGB, в котором обычно выполняется трехмерный рендеринг.  Так мы охарактеризовали качество фильтрации текстур в статье, посвященной выходу серии 5800, в прошлом году. Действительно, тогда казалось, что не может быть ничего лучше анизотропной фильтрации, не зависящей от угла наклона текстур. Все тестовые изображения говорили об этом, да и исторически качество анизотропии всегда определялось именно сравнением по-разному наклоненных поверхностей. Однако, как оказалось, лучшее иногда действительно бывает врагом хорошего. Формально NVIDIA несколько проигрывала AMD, которая первой ввела не зависящую от углов фильтрацию (и остается единственным производителем GPU с такой возможностью на сегодня), однако мы признавали примерное равенство качества выдаваемого в реальности платами обоих вендоров изображения. Наше мнение было неизменно до прошлой недели. Оказалось, что мы ошиблись. В одно время с официальной презентацией |
Источник: www.anandtech.com/