Подождите...Каталог
VLIW4: в поисках баланса между TLP, ILP и остальными компонентамиЧтобы корректно обосновать, почему AMD было принято решение об использовании архитектуры VLIW4, необходимо вернуться к истокам формирования VLIW5. Для этого нам потребуется вспомнить эпоху DirectX 9; с нее и начнем. В те дни, когда программирование с использованием шейдеров только начинало развиваться, а пиксельные и вершинные шейдеры были разделены, в ATI разработали дизайн VLIW5 для обработки вершинных компонентов. Основываясь на статистических данных по различным игровым продуктам, было определено, что оптимальной конфигурацией является такой вершинный блок, который сможет одновременно рассчитывать четыре компоненты точки (например, w, x, y, z) и какую-нибудь скалярную составляющую (например, освещение). Теперь перенесемся в 2007 год к моменту выпуска ATI Radeon HD 2000 (R600) — первой унифицированной архитектурой ATI для персональных компьютеров. В ней вновь было решено использовать VLIW5, так как даже при очевидной направленности на DirectX 10 необходимо было сохранять преемственность, обеспечивая высокую производительность и в DX9 приложениях. Отметим также, что данные события происходили задолго до распространения концепции GPGPU вычислений.  Планомерное развитие шло своим чередом, в 2008 появилось новое поколение видеокарт, которые можно считать уже не столь далекими предками сегодняшнего Cayman. Впрочем, кардинально измениться за прошедшее с момента выхода Vista и DX10 время ситуация на рынке не успела. Действительно, у графического подразделения AMD было время на то, чтобы исправить критические недостатки R600 в RV670 и RV770, но GPGPU рынок так и не вырос серьезно к тому моменту, а DX10 не получили широкого распространения. Но уже тогда, задумываясь о будущем, инженеры AMD строили прогнозы на грядущие годы, определяя необходимые темпы внедрения тех или иных технологий. По их расчетам, математические вычисления средствами графических процессоров должны таки были стать востребованными, а DX9 игры — уйти в прошлое на фоне DX10/11 новинок. Пришло время пересмотра служившей верой и правдой VLIW5. Это и подводит нас к анонсу Cayman и сегодняшнему дню. Действительно, GPGPU находится на подъеме, а игры DX10 и DX11 получают все большее распространение вместе с Windows 7, тогда как пик популярности DX9 давно остался в прошлом. По информации из собственной базы данных AMD, средняя величина загрузки имеющихся шейдерных процессоров составляет 3.4 единицы, т.е. пятый потоковый процессор практически не используется в современных играх. Тогда как для вычислений вершинных шейдров DX9 VLIW5 подходила идеально, в сегодняшних реалиях она перестала быть оптимальным решением. Ставка была сделана на «сужение» функциональности SPU и переход к VLIW4. Как вы можете помнить из наших прошлых описаний базовой архитектуры современных видеочипов AMD, она сильно зависит от параллелизма на уровне инструкций (Instruction Level Parallelism, ILP). Это означает оптимальную работу GPU при наличии нити команд с отсутствующими зависимостями, что равносильно возможности их одновременного запуска на исполнение. Логично, что для VLIW5 лучшим сценарием работы могут стать пять подобных инструкций, отданных планировщиком одному SPU на такт, однако такой идеальный случай выпадает довольно редко. Чуть выше мы уже упоминали, что согласно официальным данным AMD, в среднем получается задействовать только 3.4 блока, что ниже желаемого КПД хотя бы в 80%. Реализовывать весь потенциал чипа из-за сложности получения ILP в коде непросто, поэтому разница между лучшей и худшей производительностью GPU может быть весьма велика.  Такой подход серьезно отличается от параллелизма на уровне нитей (Thread Level Parallelism, TLP), смысл которого заключается в одновременном исполнении не зависящих друг от друга потоков команд. Именно по этому пути пошла NVIDIA при создании своих высокопроизводительных скалярных процессоров GF100/GF110 Fermi. Всегда было ясно, что подход AMD VLIW5 не является наиболее эффективным и может применяться до поры до времени. До сих пор экстенсивное развитие работающих по этим принципам процессоров давало неплохие результаты, чего стоит хотя бы высокая игровая производительность серии 6800. Но, осознавая слабые стороны своей реализации ILP, в AMD хотели устранить их, одновременно подготовив базу для будущего развития. Причем, цель была не только в оптимизации SPU для соответствия условной игровой нагрузке на 3.4 потоковых процессора, но и в улучшении вычислительных способностей чипов. В результате, решено было серьезно модернизировать существующий каркас, взяв все лучшее от VLIW5, и изменив баланс сил в соответствии с современными требованиями. В такой ситуации совершенно естественным видится «сужение» VLIW5 SPU до VLIW4 SPU. Достигнуто это было путем отказа от сложного t-блока — последнего из пяти входящих в состав SPU потоковых процессоров, умеющего проводить не только стандартные INT/FP операции, но и расчеты трансцендентных функций. В случае с базовой INT/FP функциональностью это означает, что один SPU теперь способен в теории исполнять только 4 операции за такт вместо 5. Что же касается трансцендентной математики, то для ее расчетов теперь должны объединиться 3 SP. Здесь падение скорости «на бумаге» существенно более выраженно, так как вместо 1 трансцендентной операции и 4 INT/FP, как это было раньше, VLIW4 способна обеспечить только 1 трансцендентный и 1 обычный INT/FP расчет за такт.  У таких кардинальных изменений есть четкое обоснование. Дело в том, что отказ от пятого модуля в SPU освобождает физическое пространство на кристалле, а, значит, даже если не принимать во внимание частоту использования различных функций, при одной и той же площади может разместиться больше SPU VLIW4, чем VLIW5. У Cypress 20 SIMD кластеров, тогда как у Cayman — 24. При этом в среднем шейдерный блок Cayman обладает на 10% большей эффективностью на квадратный миллиметр, чем Cypress, а ведь размер самих ALU VLIW4 несколько увеличился из-за «перераспределения обязанностей». Далее, сложная взаимосвязанная архитектура чипа ведет и к зависимости числа SIMD и целого набора факторов: количества текстурных модулей, количества нитей, одновременно обслуживаемых GPU, наконец, количество FP64 операций за такт во всем процессоре. Последний пункт вкупе с довольно производительными вычислениями 64-битной точности FMA/MUL на скорости в 1/4 от FP32 особенно важен в свете стремления AMD улучшить вычислительные возможности Radeon (до 384 единиц в случае с полноценным Cayman). Иными словами, хотя по удельным показателям FP64 быстрее не стали, благодаря новой структуре GPU достигается общее ускорение.
Стоит упомянуть и дополнительные бонусы, которые получили SPU в связи с реструктуризацией. Так, хотя число SP уменьшилось, регистровый файл остался нетронутым, так что теперь для прямой работы с данными у процессоров есть больше пространства. Распределение нагрузки для диспетчера также упростилось, так как теперь индивидуальных ядер не только меньше, но они все однотипны, а, значит, нет необходимости учитывать различия между w/x/y/z и t-модулями. С точки зрения чисто игрового применения, достоинства обновленной VLIW4 проявляют себя схожим образом. Как мы уже знаем, подавляющее большинство игр не было способно реализовать весь потенциал SPU VLIW5, так что отказ от пятого SP не должен сильно навредить. Напротив, большее количество SIMD обеспечит увеличение скорости рендеринга, так как эта задача очень хорошо распараллеливается (по крайней мере, на уровне нитей). Кроме того, дополнительные SIMD означают и расширение возможностей Cayman в текстурировании относительно Cypress. Получившееся соотношение вычислительных возможностей и текстурной производительности оказалось смещено в сторону классических функций GPU, так что теперь игры, в которых бутылочным горлышком является именно быстродействие текстурирования/фильтрации, должны чувствовать себя комфортнее. Однако следует понимать, что любые архитектурные изменения не могут быть исключительно положительными. Так, существует определенный класс игр, для которых отказ от VLIW5 в Cayman нежелателен. Конечно, речь идет о тех приложениях, в которых часто используются вершинные шейдеры, VLIW4 справляется однозначно хуже предшественника. Но подобные требования типичны не для современных хитов, а для игр прошлых поколений, да и уровня производительности Cayman в любом случае будет более чем достаточно для таких приложений. Напомним, что при создании VLIW4 стояла цель актуализации имеющейся архитектуры и ее подготовки для будущих задач, так что не будем корить AMD за потенциально худшую работу Radeon HD 6900 в устаревающих играх. Еще одним минусом является необходимость траты двух (или более) тактов при сочетании вычисления трансцендентной функции с несколькими векторными операциями. Но, по словам представителей AMD, такая ситуация возникает довольно редко, и получаемые в ней VLIW5 лучшие результаты несоизмеримы с общими дивидендами, которые дает VLIW4. Интересно и то, что AMD называет VLIW4 рискованным/экспериментальным дизайном; на Cayman компания планировала обкатать свое новое видение архитектуры будущих Radeon HD, оставив при этом VLIW5 во всех прочих видеокартах 6000 семейства. Рискнем предположить, что на самом деле все эксперименты уже давно подошли к концу в лабораториях AMD, и именно VLIW4 определен как дизайн будущего. Скорее всего, компания находится уже в середине процесса создания 28 нм последователя Cayman, и безо всяких сомнений он будет основан на концепции VLIW4. Наконец, изменение идеологии архитектуры VLIW означает и необходимость применения новых методик в написании драйверов командой программистов AMD. Конечно, с пользовательской точки зрения VLIW4 не слишком отличается от VLIW5, но на более низком уровне эти структуры серьезно разнятся. Это одновременно и хорошо, и плохо для производительности. Негативный момент состоит в том, что имеющиеся наработки, созданные с прицелом на максимально эффективное использование VLIW5, больше не могут быть использованы. Так что, на старте возможности Radeon HD 6900 не будут раскрыты полностью. С другой стороны, быстродействие плат, без всяких сомнений, будет улучшаться с новыми релизами драйверов, и в этом заключается хорошая новость. Не должны остаться в стороне и разработчики. Изменения в VLIW следует учитывать в коде игровых движков для лучшего взаимодействия с новыми видеокартами. Шейдерный компилятор AMD обучен оптимизировать существующий код в автоматическом режиме, но, если изначально игра была заточена для VLIW5, без рефакторинга не обойтись. Заметим, что не так много разработчиков пишут разный код для обеих распространенных архитектур ввиду множества причин, включая экономическую целесообразность и т.п., но именно подобный подход позволяет извлечь максимум из возможностей ILP/TLP GPU и добиться лучшей шейдерной производительности. VLIW5:
Первая из причин, по которой VLIW4 является серьезной угрозой для Fermi, является асинхронное распределение задач, понятие, которое хорошо говорит само за себя. Здесь позволим себе напомнить о Fermi вновь, потому как именно с этой архитектурой NVIDIA сделала возможным одновременный запуск множественных параллельных ядер. В свою очередь, AMD воспользовалась удачной идеей конкурента, однако пошла в реализации еще дальше. Ограничение дизайна NVIDIA заключается в том, что хотя Fermi и способен запускать несколько ядер одновременно, все они должны быть приняты на обработку от одной нити команд CPU. Независимые потоки/приложения не могут просто так раздельно передавать ядра и запускать их параллельно, GPU для отработки подобной ситуации требуется переключение контекста. С внедрением асинхронного распределения задач AMD решает эту проблему; Cayman способен запускать независимые нити/приложения параллельно. По крайней мере, теоретически это должно дать AMD существенное преимущество в подобного рода ситуациях, так как смена контекста не является «дешевой» операцией с точки зрения потребления ресурсов. Преимущество это может быть столь значительно, что способно нивелировать имеющееся опережение GeForce.  На фундаментальном уровне асинхронное распределение достигается путем «утаивания» GPU определенной информации о своем реальном состоянии от приложения и ядер, что, по сути, представляет собой некий вариант виртуализации ресурсов графического процессора. Каждому ядру представляется, что оно запущено на выделенном GPU, имеет собственную очередь команд и адресное пространство. На самом же деле, вся работа по распределению разноплановой нагрузки ложится на процессор и драйверы. Хотя такая система сложнее в реализации, она дает ощутимый выигрыш в быстродействии по сравнению с применяемым NVIDIA принципом переключения контекстов. Обратная сторона данной технологии заключается в необходимости программной поддержки со стороны API. К сожалению, в текущей реализации единого стандарта DirectCompute 11 она не поддерживается, так что в ближайшее время асинхронное распределение будет доступно в качестве расширения OpenCL. Прочие улучшения, проделанные AMD, направлены на улучшение производительности памяти и кэша. Хотя базовая архитектура остается без изменений, некоторые мелочи могут положительным образом влиять на затрачиваемое на вычисления время. Так, локальные хранилища данных (Local Data Store, LDS), подключенные к SIMD, отныне соединены с VRAM напрямую, и выборки из памяти теперь могут попадать в них, минуя иерархию кэш-памяти и глобальное хранилище данных (Global Data Store, GDS). Кроме того, в Cayman был добавлен второй движок DMA, улучшающий показатели чтения и записи, а также дающий возможность параллельного запуска двух этих процессов в каждом направлении. Наконец, было несколько ускорено чтение из шейдерных процессоров; в отличие от Cypress, Cayman может объединять несколько запросов и сокращать число операций. Отметим, что, так как данный материал посвящен главным образом линейке Radeon HD 6900, мы не стали подробно останавливаться на всех мелочах новой архитектуры. Они будут интересны главным образом профессионалам, покупателям Firestream, и не окажут значимого влияния на решение о выборе игровой видеокарты. [N6-Улучшение работы с примитивами: двойной графический движок и новые ROP] Похоже, что AMD приняла комментарии NVIDIA по поводу геометрической производительности современных GPU близко к сердцу. Вместе с обозначением своей позиции по данному вопросу с релизом серии 6800, в компании продолжали работать над увеличением быстродействия блоков геометрии для будущих решений. В результате, фиксированный графический движок (Graphics Engine) был значительно улучшен в Cayman. До Cypress, в чипах AMD присутствовал единственный графический движок, включающий в себя каждый из следующих необходимых модулей в одном экземпляре: иерархический z-буфер и блок растеризации, трансляторы геометрии и вершин, а так же тесселятор. В RV870 AMD удвоила z-буфер и модуль растеризации, что позволило за такт обрабатывать до 32 пикселей против 16 ранее. Тем не менее, хотя инженеры частично усовершенствовали графический движок, не все его части были улучшены. Так, по примитивам никаких изменений внесено не было, и комплекс мог выдавать только одну единицу за такт, что соответствовало стандартам на то время.
В 2010 году с запуском Fermi NVIDIA значительно подняла планку по данному параметру. Функции растеризации в чипах GeForce переместились в GPC, и в GF100/GF110 NV довела количество выдаваемых за такт примитивов до числа этих самых графических кластеров. В рамках одного поколения модернизация была просто революционной, особенно на фоне вялотекущих изменений за многие годы до этого. В Cayman AMD предприняла попытку сократить отставание от NVIDIA в вопросах геометрии, улучшив собственные показатели работы с примитивами. Правда, о столь впечатляющем приросте говорить не приходится. При создании Cayman, нетронутые ранее в Cypress оставшиеся части Graphics Engine были удвоены и разнесены — во флагманском видеопроцессоре AMD отныне имеется два раздельных графических движка, каждый из которых наделен базовой функциональностью и способен выдавать 1 примитив за такт. В сумме это и дает уровень, вдвое превосходящий возможности Cypress. Правда, во столько же раз топовый чип семейства Southern Islands уступает и high-end решениям NVIDIA.
Как это могут подтвердить коллеги из NVIDIA, разделение растеризации и тесселяции оказалось не такой простой задачей. Трудность у команды AMD возникла на этапе создания попросту отсутствующего ранее механизма балансировки нагрузки между модулями для максимально полной загрузки их работой. По словам представителей графического подразделения AMD, решить этот вопрос удалось очень элегантно, и дальнейшее наращивание мощности части чипа, ответственной за геометрию, будет происходить прозрачно и без дополнительных доработок. С этой позиции Radeon HD находится в выигрыше, так как NV необходимо следить за отношениями GPC/SM/SP при модернизации своих чипов. В конечном счете, все эти действия сами по себе не слишком важны на данный момент; фактически, они являются только подготовительными этапами для увеличения производительности столь важной для DX11 тесселяции. В аппаратном блоке тесселяции 7ого поколения скорость при малых факторах уже была повышена, так как в этом случае ограничительным фактором были сами возможности тесселяции Cypress. Но при высоких факторах проблемой был именно графический движок, который «захлебывался» с поступлением на вход большего числа примитивов, чем он способен обработать. Теперь, когда в Cayman имеется два выделенных Graphics Engine, предел по растеризации двух примитивов за такт перестает быть ограничителем. Сам факт наличия двух тесселяторов, аналогичных седьмому поколению Barts, является весомым преимуществом Cayman. Однако такую сложную структуру необходимо обеспечивать и соответствующей «обвязкой», так как быстроты геометрического движка все равно может не хватать, а, значит, промежуточные данные должны где-то храниться, ожидая свой черед на обработку. К сожалению, величины кэшей в Cayman остались неизменными, а это означает, что на старое хранилище данных может приходиться втрое больше данных. Было принято решение размещать их в набортной видеопамяти. Не самое оптимальное решение с точки зрения быстродействия, но оно в любом случае лучше, чем ожидание всего конвейера рендеринга окончания процессов растеризации.
В общем и целом, на одной тактовой частоте тесселяция в Cayman происходит от полутора до трех раз эффективнее, чем в Cypress. В ситуациях, где AMD уже улучшила быстродействие тесселяции в Barts, может достигаться трехкратное преимущество (низкие факторы), тогда как при коэффициенте 5 разница составляет минимальные полтора раза. В среднем производительность возросла вдвое, что хорошо коррелируется с удвоением графических движков. Кроме того, тесселяция является одной из причин, по которым AMD серьезно переработала модули ROP. Результат работы тесселятора — заметно более детализированная геометрия моделей, выражающаяся в большом количестве мелких треугольников, которые очень сложно обрабатывать ROP при выполнении MSAA. Общее количество ROP осталось прежним — 32 штуки, но определенные операции они теперь исполняют существенно быстрее. В обоих случаях расчетов подписанных и неподписанных нормированных INT16, разработчики могут использовать преимущества двукратного ускорения. С FP32 Cayman работает от 2 до 4 раз быстрее в зависимости от сценария. Наконец, похожим на чтение из регистров шейдерных процессоров образом, для ROP была добавлена возможность объединения запросов на запись и сокращение их общего числа. [N7-Определяем TDP по-новому: PowerTune] Одним из бенчмарков, используемых нами в тестированиях на постоянной основе, является FurMark от oZone3D. Эта утилита предназначена для того, чтобы вывести видеокарты в режим максимального энергопотребления. «Волосатый бублик», как эту программу часто называют энтузиасты, способен генерировать такую нагрузку, которая практически недостижима ни в реальных играх, ни в GPGPU приложениях. Нужно это для того, чтобы определить, сколько энергии требует плата, до какой температуры разогревается GPU, и насколько громко работает система охлаждения в самом худшем варианте развития событий. Тот факт, что это ПО столь грубо обращается с картами, демонстрируя нетипичные для реальных игр результаты, стал причиной того что оба ведущих производителя окрестили FurMark «энергетическим вирусом» и начали встраивать разнообразные защиты от подобных утилит.  Откровенно говоря, вся эта история с FurMark является не причиной, а следствием большой проблемы; здесь мы говорим о TDP. Конечно, прямое сравнение здесь не совсем корректно, но центральные процессоры с максимальным TDP порядка 140 Вт являются просто эталонами экономичности по сравнению с монструозными графическими картами. Спецификации стандарта ATX определяют максимальное энергопотребление PCI-Express устройств в 300 Вт, в наших тестах эта граница зачастую преодолевается при запуске FurMark. Еще сложнее обстоит дело с мобильными ПК или компьютерами класса «все-в-одном», где ограничения свободного пространства и/или емкости батареи вместе с необходимостью использования компактных систем охлаждения для рассеивания тепла и вовсе ставят GPU в жесткие рамки. По этим причинам все платы должны соответствовать определенному тепловому пакету TDP. Скажем, чтобы уложиться в рамки 300 Вт, AMD пришлось снизить для Radeon HD 5970 частоты, хотя были использованы полноценные чипы 5870. По этой же причине в ноутбуках нередко можно встретить графические карты, обрезанные по числу функциональных блоков и с минимальными частотами. Хотя мы не раз видели, что платы AMD и NVIDIA превышали заявленные значения TDP в FurMark, разница между номинальным и фактическим значением никогда не была криминальной. Ведь хотя производители давно отошли от практики приравнивания TDP к максимальному энергопотреблению устройства, постоянное превышение этого усредненного значения на значительную величину ведет к перегревам и возможному механическому повреждению оборудования. Именно из-за подобных FurMark программ разработчикам приходится создавать некоторый запас прочности для GPU, тем самым несколько снижая их производительности. В Call of Duty, Crysis и The Sims 3 проблем при более высоких частотах практически гарантированно не возникло бы на большинстве видеокарт, но необходимость перестраховки определяется по худшему из сценариев. Все это подводит нас к концепции, которая уже реализована в современных центральных процессорах в виде технологий Turbo Boost от Intel и Turbo Core от AMD. Очевидно, что в зависимости от типа нагрузки в большей или меньшей степени загружаются различные блоки GPU, определяя при этом и TDP. В частности, при некачественной оптимизации GPU может практически простаивать, а плата при этом будет потреблять совсем немного энергии. Чем не повод, чтобы поднять частоты и напряжения, улучшив производительность самым простым путем? Напротив, в FurMark и прочих «тяжелых» программах частоты можно снижать относительно базовой планки, которую в случае с динамическим регулированием можно установить выше, чем это обычно делается с учетом необходимости оставить запас по TDP.  Получается, что динамическое изменение частот (и, возможно, напряжения) является идеальным способом поддержания максимального быстродействия платы в зависимости от характера нагрузки; пониженная тактовая частота поможет сократить потребление энергии и выделение тепла в ресурсоемких играх, а увеличенные значения принесут дополнительные FPS в легких приложениях без выхода за рамки TDP. В общем-то, после удачной реализации в CPU этих принципов, которые помогли Intel и AMD не только увеличить среднюю производительность, но и соблюсти баланс между одно- и многопоточными программами с разными требованиями к числу ядер, приход подобной схемы в GPU был только вопросом времени. Месяцем ранее мы уже видели первые шаги в этом направлении со стороны NVIDIA; в серии GTX 500 компания применила специальные чипы для мониторинга энергопотребления, на основании показаний которых драйвер отдавал команду на снижение частот при запуске FurMark и OCCT. Правда, на этих двух программах и одностороннем процессе NVIDIA остановилась. AMD же разработала для Cayman и 6900 существенно более продвинутый алгоритм, получивший название PowerTune. Технология PowerTune представляет собой механизм сдерживания энергопотребления GPU, стремящийся удержать аппетиты чипа в заранее определенных рамках. По сути, работает он по обратному к Turbo принципу. Вместо того чтобы принимать за базу низкую частоту, и поднимать ее более высокими множителями, как это сделано в процессорах, AMD установила изначально высокую частоту, которая понижается при превышении TDP. Так что, при работе в 3D чипы изначально настроены на максимально возможное быстродействие с высокими напряжениями и частотами, PowerTune же в реальном времени замедляет их при необходимости. Исполнение функциональности PowerTune достигается в два этапа. На первом происходит определение TDP продукта. В отличие от NVIDIA, специальных чипов для мониторинга энергопотребления AMD не использует. Тем самым, удается сэкономить на комплектующих и не усложнять дополнительно разводку печатной платы. Вместо этого AMD определяет энергопотребление GPU по загрузке основных функциональных блоков чипа. Каждому из них присвоен определенный весовой коэффициент; общая сумма и позволяет приближенно говорить о загрузке чипа в целом. Точное уравнение AMD не приводит, но общий его вид соответствует следующему: Энергопотребление = ((загрузкаПотоковыхПроцессоров * весПП) + (загрузкаROP * весROP) + (использованиеПамяти * весПамяти)) * тактовая частота ядра В случае с Radeon HD 6970, TDP равняется 250 Вт, тогда как тактовая частота — 880 МГц. После того, как значение энергопотребления было получено, графический процессор может конфигурироваться на лету для того, чтобы не превосходить TDP. Под словом «конфигурировать» мы подразумеваем изменение только тактовой частоты, основанное на данных об энергопотреблении, обновляемых несколько раз в секунду. Пока аппетиты карты укладываются в 250 Вт значение, 6970 продолжает работать на 880 МГц. Как только же условие соответствия верхней границы теплового пакета перестает выполняться, частота снижается, чтобы вернуть плату в 250 Вт зону. На практике частота ядра и потребление энергии находятся в нелинейной зависимости, поэтому PowerTune может замедлить GPU на совсем небольшую величину, чтобы успешно выполнить свою задачу. К сожалению, частота памяти и напряжения VCore/VRAM остаются без какого-либо контроля (только со стороны фиксированных профилей PowerPlay), так что меняется только тактовая частота ядра. Вероятно, с повсеместным внедрением PowerTune фундаментальным образом изменится методика, по которой мы оцениваем потребление энергии графическими картами AMD. С учетом работы PowerTune получается, что заявленное TDP платы в действительности соответствует реальным энергетическим показателям. Основное преимущество PT заключается в отсутствии привязанности к какой-либо программе или игре; технология просто работает везде, не позволяя GPU превзойти TDP. Вместе с тем следует понимать, что иногда энергопотребление в игре может быть существенно ниже числа, указанного в качестве значения теплового пакета, так что в любом случае будет существовать худший и средний сценарии для видеокарты, пусть разница между ними и сократится. В результате, демонстрируемая продуктами производительность может значительно отличаться от теоретической. Здесь мы вновь обратимся за примером в мир центральных процессоров, где быстродействие CPU зависит не только от условного значения TFLOP, скорости кэша и частот, но и от множества других факторов. Установленное производителем значение TDP и то, насколько часто при работе под нагрузкой карта превышает его, отныне является важным фактором в «формуле скорости». Похожим образом на реализацию потенциала центральных процессоров влияет и качество систем охлаждения, благодаря которым становится возможным достижение более высоких показателей в Turbo-режимах. По крайней мере, для GPU AMD на первый план теперь выходит соотношение производительности на Ватт; максимум, на который карта способна в рамках определенного для нее теплового пакета, оказывается зависим не только от тактовых частот, как это было раньше. Наверняка читателю интересно, какого же реальное влияние PowerTune на скоростные показатели Radeon HD 6970 и 6950. Ответ может показаться удивительным, но на данный момент мы можем констатировать, что оно практически отсутствует. Чтобы продемонстрировать зафиксированные нами изменения, представим вашему вниманию список игр и приложений из нашего тестового пакета. Из более чем дюжины проведенных бенчмарков действие PowerTune сказалось лишь на двух: FurMark (что полностью ожидаемо) и Метро 2033. Правда, разница в поведении 6970 в этих ситуациях была колоссальна.
В случае с Метро, средняя тактовая частота ядра равнялась 850 МГц; 95% времени графический процессор отработал на 880 МГц, и лишь в паре моментов случались кратковременные сбросы до 700 МГц. Напротив, известный своим горячим нравом FurMark вынудил PowerTune снижать частоты до 600 МГц, что соответствует 30% сокращению. В результате, падение производительности в FurMark было довольно значимым, а вот на Метро 2033 внедрение PT в 6970 практически никак не сказалось. Докажем данное утверждение:
Как вы можете видеть, разница в среднем не превышает 0.5 кадра в секунду, что и вовсе укладывается в погрешность измерений. На любой тест, запускаемый нами на 6970 и 6950, стандартные настройки PowerTune не оказывали какого-либо видимого влияния. Это позволяет сделать вывод, что выраженных недостатков при использовании в настольных ПК PowerTune не имеет. В итоге мы имеем механизм, работающий по принципу отрицательной обратной связи, против Turbo, где используется положительная обратная связь. Без разгона лучшие результаты 6970 показывает на своей штатной частоте в 880 МГц безо всякого вмешательства PowerTune, тогда как Turbo добавляет скорости, если это возможно. Субъективно эти подходы воспринимаются по-разному, так как первый уменьшает производительность относительно базового уровня, а второй «дарит» дополнительное быстродействие. Сложно четко выявить, какой из них лучше, но с учетом наличия различных профилей для 2D, экономичного и полнофункционального 3D у PowerPlay, эффективность PowerTune не вызывает сомнений. Заметим, что хотя мы рассмотрели PowerTune с точки зрений использования в десктопных компьютерах, прочие, возможно даже более важные сферы применения, были оставлены без внимания. На презентации AMD не раз упоминала о ценности PowerTune в контексте мобильных ПК, так как именно в портативных устройствах наиболее важен баланс быстродействия, энергопотребления и тепловыделения. Кроме того, не последнюю роль ноутбуки играют и в бизнесе компании, так как доля подобных устройств неуклонно растет. А в данном секторе рынка наличие PT не только означает гарантированный уровень TDP для мобильных графических чипов, но и возможность установки более высоких штатных частот для требовательных игр. Все это должно увеличить популярность Mobility Radeon HD. Скорее всего, важность PowerTune не будет оценена в 2011 году (чего стоит хотя бы приведенные выше показатели серии 6900), но сомневаться в том, что за этой технологией будущее, не стоит. Впрочем, одно возможное исключение мы можем привести уже сейчас — речь идет о 6990 (Antilles). В свое время Radeon HD 5970 оказался в довольно-таки интересной ситуации. Эта плата была (и, вообще говоря, остается) одним из самых быстрых ускорителей современности, однако в случае неработоспособности CrossFire она работала медленнее 5870. Так происходило потому, что для того, чтобы уложиться в 300 Вт TDP, AMD пришлось снизить тактовые частоты чипа и памяти по сравнению с полноценным одиночным Radeon HD 5870. В прошлом поколении 4870X2 следовала другому пути, так как этот двухголовый флагман являлся настоящей «склейкой» двух HD 4870, и ни при каких условиях не уступал этим GPU. Теперь, благодаря PowerTune, сценарий, имевший место с 5970, не повторится на 6990: гипотетический 6970X2 будет обладать равными с 6970 частотами, а PT проследит за энергопотреблением, и в случае необходимости снизит частоты для соответствия TDP в 300 Ватт. Получается, что даже в худшей ситуации 6990 не проиграет 6970, и на компромиссы владельцам Antilles идти не придется. В то же время, параметры PowerTune не задаются AMD жестко; их можно изменять в контрольной панели Overdrive. [N8-Настройка PowerTune] Хотя цель, для которой создавалась PowerTune, является благой, разработчики AMD прекрасно понимали, что не всем пользователям эта технология нужна. По этой причине в панель управления Overdrive были добавлены настройки для контроля PT, с помощью которых дозволено изменять порог срабатывания защиты на 20% в обе стороны.  Начнем наши эксперименты с увеличения предела для PowerTune. Заметим, что в целях обеспечения механической/тепловой защиты дорогостоящих видеокарт, полностью этот механизм отключить нельзя. В случае с 6970, наличие слайдера, позволяющего двадцатипроцентные манипуляции с лимитом TDP для PT, означает возможность смещения границы от 200 Вт до 300 Вт (официального предела спецификаций ATX). Результат увеличения предела срабатывания PowerTune будет зависеть от того, насколько далеко вы отодвинете стандартную границу. Небольшое увеличение приведет к некоторому приросту производительности в играх/приложениях, сдерживаемых PT ранее, тогда как достижение 20% максимума практически отключит PowerTune для стандартных частот и напряжений. Мы уже выяснили, что с границей по умолчанию в 250 Вт, PowerTune оказывает влияние только на FurMark и Метро 2033, причем игровое быстродействие практически не страдает. Помня об этом, мы увеличили лимит для PowerTune до 300 Вт и вновь провели замеры энергопотребления и температурного режима.
Как и ожидалось, температура и энергопотребление в FurMark заметно увеличились при установке границы PowerTune на 300 Вт. В данном случае PowerTune никоим образом не ограничивала FurMark, и ядро 6970 все время работало на 880 МГц. Общее энергопотребление системы при этом возросло на 60 Вт, что соответствует на 46.6% более быстрой работе GPU. Естественно, раз «свободу» получил даже FurMark, Метро 2033 также хватило пространства расправить крылья. Впрочем, мы уже отмечали, что хотя PT и давала знать о себе при тестировании Метро, влияние на число FPS она практически не оказывала. Были сделаны и иные интересные наблюдения, касающиеся Crysis. Хотя в Warhead активности PowerTune нами замечено не было, в 300 Вт режиме потребление мощности Radeon возросло на 15 Вт; производительность при этом никоим образом не изменилась. Найти разумное объяснение данному феномену мы затрудняемся, так как изо всех доступных PowerTune инструментов имеется возможность управления одной лишь частотой ядра (не напряжением), а она не изменялась при переходе от 250 Вт к 300 Вт режиму. Впрочем, это не влияет на логичный вывод из проведенного исс |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник: www.anandtech.com/
