Recenzja - ATI Radeon 5870 / 5850 - Technologia - FrazPC.pl

FrazPC.pl - Programy - Pogoda - Gry - Hosting

Aktualności

Intel Pineview | HTC HD2 | Westmere

| Profil | Loguj | Stats |

Artykuły

23-09-2009

ATI Radeon 5870 / 5850 w teorii

ATI Radeon 5870 / 5850 w teorii

Nadeszła rewolucja 3D

The game has changed – to hasło przyświecało prapremierze najnowszych Radeonów z serii HD 5800, na którą do Monachium zaproszeni zostali dziennikarze komputerowi z całej Europy. Nie była ona może aż tak efektowna, jak w USA, gdzie firma AMD/ATI zaprosiła gości na pokład lotniskowca, ale i tak warto było zjawić się w Monachium. Radeon HD 5870 naprawdę robi piorunujące wrażenie.

Prasowa prapremiera najnowszych Radeonów miała miejsce kilkanaście dni (dokładnie odbyła się 10 września) przed dzisiejszą, oficjalną premierą. Mimo podpisania dokumentów o nie rozpowszechnianiu publicznym przedstawionych tam informacji, dane i zdjęcia kart zaczęły powoli wyciekać do Internetu. Spora cześć z Was zapewne zdążyła już zapoznać się z nimi. Jednak, jak to zwykle bywa z „przeciekami”, wiele z tych informacji było „wyssanych z palca”, ale spora z nich część to prawdziwe dane. Spróbujmy zatem uporządkować te informacje i korzystając z materiałów z pierwszej ręki przedstawić nową architekturę i funkcjonalność Radeonów HD 5800. Oczywiście, już wkrótce na stronach FrazPC znajdziecie również wyniki testów najnowszej karty z serii HD 5800 firmy AMD/ATI.

Zacznijmy od specyfikacji i wydajności

Większość graczy i użytkowników interesujących się komputerami w chwili premiery nowego akceleratora 3D zwraca przede wszystkim uwagę na parametry techniczne, częstotliwość zegara, liczbę procesorów strumieniowych, pamięć i jej taktowanie. Wszystkie one w wypadku Radeona HD 5870 są doprawdy imponujące. Wystarczy spojrzeć na poniższą ilustrację.

Specyfikacja układów ATI Radeon HD 5870 i HD 5850

Nic dodać nic ująć – 1600 procesorów strumieniowych, 32 jednostki ROP (Raster Operations Processor), 80 modułów TMU (Texture Mapping Unit). Różnica względem Radeona HD 4870 jest gigantyczna. Wszystkie elementy architektury zostały podwojone.

Jak wiadomo, w Radeonach HD procesory strumieniowe grupowane są w bloki po pięć jednostek – o czym za chwilę. Oczywiście do każdej takiej piątki układów dochodzą rejestry i jednostka przewidywania skoków. Takie pogrupowane w piątki bloki procesorów strumieniowych nazwanych Thread Processors, w najnowszym Radeonie HD 5870 jest ich 320. Do naszych celów przyjmijmy na chwilę (oczywiście jest to w pewnym sensie porównanie nieco na wyrost, gdyż procesory te są po prostu inne i nie da się ich zestawić wprost), że są one jak gdyby odpowiednikami procesorów strumieniowych NVIDII, również znanych pod nazwą Thread Processors. W wypadku GeForce'a GTX 285 takich złożonych procesorów strumieniowych jest 240 (patrz: http://www.frazpc.pl/artykuly/704/Technologia/Obliczenia/prowadzone/za/pomoca/kart/graficznych). Oznacza to, że przy takim założeniu, Radeon HD 5870 ma o około 30% więcej złożonych jednostek strumieniowych niż jest ich w GeForsie GTX 285. Teoretycznie wydajność nowej karty powinna być zatem (przy tym samym taktowaniu), jak wynika z prostego rachunku o około 30% wyższa.

Radeon 5870 taktowany jest wyższym zegarem niż GeForce GTX 285 - 850 MHz kontra 648 MHz, ale co ciekawe, mimo tego, że Thread Procesory NVIDII działają szybciej niż reszta układu (bo z prędkością 1476 MHz) to i tak wydajność Radeona, jak pokazują wyniki producenta czyli firmy AMD/ATI, nie zmniejsza się niż szacowane przez nas 30%, ale wręcz wzrasta i wynosi w zależności od gry lub testu od 50-70%. Jak widać na poniższej ilustracji, w niektórych benchmarkach i grach wydajność ta jest nawet do dwóch razy wyższa, ale oczywiście wszystkie wyniki wydajności podawane przez producenta należy traktować z dużą ostrożnością. Możecie już je zweryfikować w tekście Radeon HD 5870 w praktyce, który również został dzisiaj opublikowany na łamach FrazPC.pl.

Wydajność Radeonów HD 5870 i HD 5850 wg testów producenta.

Na uwagę zasługuje też bardzo niskie zużycie energii w trybie Idle. Jest to zaledwie 27 watów – zarówno dla Radeona HD 5870, jak i HD 5850. W porównaniu z Radeonem 4870, który w czasie bezczynności zużywał 90 watów to naprawdę spory postęp. Co prawda, maksymalny pobór mocy na poziomie 188 watów (170 W dla Radeona HD 5850) nie zachwyca, tym bardziej, że wykonany w starszym, 55-nanometrowym procesie technologicznym (do produkcji nowych wykorzystano 40-nanometrowy proces), Radeon HD 4870 pobierał „zaledwie” 160 W, ale zwróćmy uwagę na to, że składał się on „jedynie” z 956 milionów tranzystorów. Nowy chip ma ich ponad dwa razy więcej. Radeon HD 5870 składa się bowiem z 2,15 miliarda tranzystorów!!! Zwiększenie poboru mocy o zaledwie 28 watów przy ponad dwukrotnym wzroście liczby tranzystorów należy uznać za wielki sukces.

Podobnie jak w kartach poprzedniej generacji do budowy nowych Radeonów wykorzystano pamięci GDDR5. Zwiększono jednak ich częstotliwość taktowania z 900 do 1200 MHz (efektywnie 3,6 i 4,8 GHz) . Pozwoliło to osiągnąć przepustowość pamięci na poziomie 153,6 GB/s na wykorzystywanej w nowych Radeonach 256 bitowej szynie danych.

Teraflopsy dla każdego

Jak pamiętamy, architektura Radeona HD 4870 zapewniała wydajność obliczeniową rzędu 1200 GFLOPS-ów i wartość ta była znacznie większa niż 933 GFLOPS-y uzyskiwane przez procesory graficzne NVIDII (GTX 280). Jak można zauważyć na rysunku pierwszym oraz na poniższych dwóch slajdach, moc obliczeniowa Radeonów HD 5800 przekracza 2 TFLOPS-y. Mało tego, dla karty HD 5870 zbliża się niemal do 3 TFLOPS-ów (2,72 TFLOPS)!!!

Moc obliczeniowa nowych Radeonów przekracza 2 TFLOPS-y

Oczywiście jest to moc obliczeniowa w operacjach pojedynczej precyzji. W wypadku obliczeń podwójnej precyzji moc obliczeniowa Radeonów 5800 jest oczywiście mniejsza i wynosi dla Radeona HD 5870 - 544 GFLOPS-y, ale mimo to jest to w dalszym ciągu wartość imponująca.

Moc obliczeniowa dla działań w podwójnej precyzji uzyskiwana przez Radeona HD 5870 i budowa modułów Thread Processors

Wśród dostarczonych przez producenta, firmę AMD/ATI, po konferencji materiałów można też znaleźć taki slajd.

Moc obliczeniowa Radeona HD 5870 jest 177 razy większa niż pojedynczego procesora użytego do budowy komputera IBM Deep Blue

Może on jednak niewprawnego czytelnika wprowadzić w błąd – ciekawy jestem ile serwisów internetowych nie zauważy tej nadinterpretacji faktów. Jak się bowiem okazuje porównania dokonano nie tyle dla całego superkomputera Deep Blue, ale dla pojedynczego procesora IBM SP P2SC 120 MHz użytego do jego budowy, którego wydajność wynosi 15,36 GFLOPS-a – informację tą umieszczono na jednym z ostatnich slajdów małym druczkiem.

Wracając jednak do wykorzystania ogromnej mocy obliczeniowej, to podobnie jak w wypadku wcześniejszych procesorów graficznych ATI, nowe układy są zgodne z technologią AMD/ATI Stream, która pozwala prowadzić zaawansowane obliczenia nie związane z grafiką w podobny sposób, jak w wypadku technologii NVIDIA CUDA. Oczywiście technologia AMD Stream zgodna jest z OpenCL oraz technologią Compute Shader Microsoftu (DirectCompute 11), co oznacza też pełną kompatybilność ze wszystkimi mechanizmami zaimplementowanymi w systemie Windows 7 i bibliotekach graficznych DirectX 11 – patrz: http://www.frazpc.pl/artykuly/704/Technologia/Obliczenia/prowadzone/za/pomoca/kart/graficznych.

Architektura ATI Stream Technology

Porównanie możliwości obliczeniowych i funkcjonalności implementacji OpenCL dla Radeona HD 5870 i GeForce’a GTX 280 wykorzystanego w platformie Tesla

Oczywiście, OpenCL pozwala wykorzystać heterogeniczne środowisko GPU+CPU przy użyciu jednego interfejsu programistycznego API. Bedzie to miało kolosalne znaczenie przy projektowaniu i pisaniu przyszłych aplikacji obliczeniowych, gdzie programista będzie mógł się skupić wyłącznie na projektowanej czynności, a nie na wykorzystywanym do tego celu sprzęcie. Innymi słowy, program taki będzie się mógł wykonywać tylko na samym procesorze, jak również wyłącznie na układzie graficznym, ale także, a raczej przede wszystkim, jednocześnie na CPU i GPU. Procesem przekazywania obliczeń i dynamicznym podziałem zadań dla CPU i GPU będą się już automatycznie zajmowały mechanizmy zaimplementowane w środowisku OpenCL. Aplikacja taka będzie więc mogła bez problemu działać nawet wówczas, gdy nie będzie w komputerze zgodnej z OpenCL karty graficznej – obliczeniami zajmie się w takim wypadku jedynie procesor, ale kalkulacje, co oczywiste, będą trwały znacznie dłużej.

Podobnie funkcjonują mechanizmy zaszyte w technologii Compute Shader Microsoftu z DX 11, z którymi będą też zgodne już za chwilę nowe karty NVIDII. Biorąc pod uwagę powyższe fakty oraz to, że platforma OpenCL, podobnie jak OpenGL, są platformami otwartymi, analitycy rynku przewidują, że technologia CUDA NVIDIA wkrótce przestanie mieć większe praktyczne znaczenie. Jest bowiem mało prawdopodobne, że programiści będą chcieli pisać aplikacje pod specyficzne dla jednego producenta rozwiązanie techniczne. Oczywiście należy pamiętać, że nie tylko karty graficzne AMD/ATI są zgodne z OpenCL. Ze środowiskiem tym również współpracują akceleratory bazujące na układach NVIDII, a także będzie z nimi zgodny przyszły układ graficzny Intela Larrabee.

Sprzętowe i programowe standardy niezależne od producenta, które pozwalają m.in., w odróżnieniu od zamkniętych rozwiązań jakim jest np. technologia CUDA, na uruchomienie aplikacji (lub instalację podzespołu) na dowolnym zgodnym z nim sprzęcie PC

Standard przemysłowy OpenCL

DirectCompute 11

Komercyjne aplikacje zgodne z ATI Stream i DX 11

Test wydajności kart ATI i NVIDIA w zaawansowanych obliczeniach kryptograficznych

OpenCL daje również możliwość zaimplementowania obliczeń fizyki

Stworzona pod DirectX 11

Wróćmy jednak do budowy nowych kart AMD/ATI. Architektura ta dostosowana została do wymagań bibliotek DirectX 11 i modelu cieniowania Shader Model 5.0. Szerzej pisaliśmy na ten temat w artykule o możliwościach DirectX (patrz: http://www.frazpc.pl/artykuly/727/DirectX/10,/DirectX/101/i/DirectX/11/Biblioteki/graficzne).

Założenia architektury Radeonów HD 5800

Przypomnijmy, że pierwszą istotną modyfikacją jest wprowadzenie w DirectX 11 shaderów obliczeniowych Compute Shader i mechanizmu DirectCompute Shader Model. Należy jednak pamiętać, że element ten nie jest jednak bezpośrednio wykorzystywany podczas generowania obrazu i, jak przed chwilą wspomniałem, pozwala on na prowadzenie na karcie obliczeń nie związanych w ogóle z generowaniem grafiki. Tak naprawdę jest on rozwinięciem architektury zunifikowanych shaderów i występował już w poprzednich wersjach DX-ów. Jakie są zaś różnice w implementacji tego mechanizmu pokazuje poniższy rysunek.

DirectCompute Shader Model

Najważniejsze cechy DirectX 11

Jednak od strony obliczeń graficznych, najważniejszym elementem nowej architektury jest pojawienie się zgodności z dwoma nowymi typami shaderów: Hull i Domain Shader, czyli po polsku shader powłoki i shader dziedziny – patrz: http://www.frazpc.pl/artykuly/727/DirectX/10,/DirectX/101/i/DirectX/11/Biblioteki/graficzne Dzięki nim realizowany jest m.in. etap teselacji.

Teselacja w DX 11

Istotnym nowymi elementami wprowadzonymi w DX 11 obsługiwanymi przez Radeony HD 5800, które będą implementowane w grach są również mechanizmy Order Independent Transparency (OIT) oraz nowe elementy postprocessingu. Oto ich krótki przegląd.

Order Independent Transparency (OIT)

Przykładowe efekty postprocessingu

Dlaczego twórcy gier zdaniem AMD/ATI „przesiądą się” na DX11

Architektura

Przyjrzyjmy się teraz samej architekturze nowych Radeonów. Pod względem budowy i działania bloków funkcjonalnych kości o kodowej nazwie RV870 nie różnią się one zbytnio od Radeona HD 4870 (RV770). Dodatkowe wprowadzone w potoku DirectX 11 operacje są realizowane za pomocą pogrupowanych w bloki procesorów strumieniowych Thread Processors, o których wspomniałem na początku, których jest dwa razy więcej, lub silnika graficznego, w którym znalazł się m.in. wymagany przez DX 11 teselator. Ulepszona, zoptymalizowana architektura, obsługująca m.in. nowy zestaw instrukcji nosi nazwę TeraScale 2.

Architektura TeraScale2

Różnice w budowie kości RV770 (TeraScale) i RV870 (TeraScale 2)

Operacje graficzne realizowane na trójkątach praktycznie w całości realizowane są przez moduł silnika graficznego. Dostęp do niego możliwy zarówno z Vertex i Pixel Shaderów, jak i z poziomu Domain i Hull Shadera. Te ostatnie jako jedyne są w stanie obsłużyć operacje realizowane prze jednostkę teselatora.

Silnik graficzny ATI w architekturze RV870

Jednostki teksturujące, pamięć cache i połączone w bloki wykonawcze SIMD procesory strumieniowe

W stosunku do poprzedników nie zmieniła się również architektura pamięci. Zoptymalizowano ją jedynie pod względem szybkości przesyłania danych. Zwiększono też szybkość zegara. Cztery znajdujące się w układzie RV870 kontrolery zoptymalizowane zostały do szybkiej zmiany częstotliwości pracy i napięcia zasilającego. To między innymi dzięki temu mechanizmowi nowe Radeony pobierają w spoczynku tylko 27 watów energii.

Interfejs pamięci GDDR5

Mechanizm Dynamic Power Management

ATI Eyefinity – praca i gra na sześć monitorów

Wraz z Radeonem HD 5870 zadebiutowała technologia ATI Eyefinity. Jedna karta graficzna będzie mogła obsłużyć jednocześnie maksymalnie do sześciu monitorów – do tego celu stworzono specjalną wersję Radeona HD 5780 wyposażoną w sześć złączy HDMI.

Karta Radeon HD 5870 Eyefinity Edition

Jak można się domyślić, technologia ATI Eyefinity jest adresowana przede wszystkim do graczy, ale również mogą z niej skorzystać np. użytkownicy potrzebujący większego lub kilku pulpitów – np. maklerzy giełdowi. Technologia pozwala na jednoczesną pracę maksymalnie sześciu monitorów, ale dopuszczone są także inne konfiguracje – na przykład trzech monitorów obok siebie, trzy obok siebie i jeden powyżej itp.

Możliwości zestawienia monitorów przy korzystaniu z technologi Eyefinity

Największą zaletą technologii Eyefinity jest możliwość łączenia monitorów przy pomocy jednej karty graficznej – bez żadnych przejściówek, a proces konfiguracji sprowadza się do włączenia kilku ustawień w sterowniku. Podczas konferencji zaprezentowano Eyefinity w działaniu (zdjęcia na końcu artykułu). Z technologią tą współpracują m.in. gry Colin McRae: DiRT 2, Tom Clancy’s H.A.W.X, GRID i Battleforge. Na konferencji zobaczyć też można było pokaz nowego silnika CryEngine 3 działającego m.in. na Eyefinity. Obecnie technologia ta obsługuje ok. 80 gier. Co ważne, wiele gier będzie obsługiwać ATI Eyefinity „z marszu”. Sterowniki dodadzą bowiem w opcjach gry możliwość wybór odpowiedniego trybu rozdzielczości, który wystarczy wybrać.

Dodatkowe ustawienia dla ATI Eyefinity w grach

Fotorelacja z konferencji

Na zakończenie chciałem zaprezentować kilka zdjęć z monachijskiej prapremiery kart ATI Radeon 5800. Na początek kilka agencyjnych zdjęć samej karty referencyjnej – moje niestety nie wyszły tak dobrze :-). Zwróćcie uwagę na nietypowy design karty, wyloty powietrza, oraz dwa dodatkowe złącza zasilające kartę. Uprzedzając pytania, mieści się ona bez problemu w standardowej obudowie – zajmuje tak jak jej poprzednik szerokość dwóch „śledzi”.