Обзор и тестирование видеокарты AMD Radeon R9 Nano

С выходом видеокарт серии NVIDIA GeForce GTX 9xx компания NVIDIA довольно ощутимо пошатнула позиции своих конкурентов на рынке графических адаптеров. Выпуск линейки AMD Radeon R9 3xx вряд ли можно назвать достойным ответом, ведь все ее представители являются обычным ребрендингом моделей из предыдущих поколений. Конечно, привлекательная стоимость сделала свое дело – несмотря на отсутствие новых технических решений и сравнительно большое энергопотребление, переименованные видеокарты пользуются неплохим спросом среди пользователей. Однако такая маркетинговая стратегия хорошо работает только в тех случаях, где на первый план выходит показатель «стоимость / возможности», то есть в низшем и среднем ценовом сегменте рынка.

Если же мы рассматриваем нишу геймерских решений, то здесь фактор цены отходит на второй план, а основной характеристикой, конечно же, является производительность. В такой ситуации обычный ребрендинг уже бы не помог (да и по большому счету уже не было что переименовывать), поэтому сотрудникам компании AMD в обязательном порядке нужно было «сесть за чертежную доску» и придумать что-то новое.

Результатом стала линейка AMD Radeon R9 Fury, которая номинально и принадлежит к семейству AMD Radeon 3xx, но в технологическом плане существенно его превосходит. На данный момент анонсировано только три модели (AMD Radeon R9 Nano, AMD Radeon R9 Fury и AMD Radeon R9 Fury X), однако не исключаем, что в будущем их число увеличится. Как минимум мы ожидаем появления двухчиповой версии AMD Radeon R9 Fury. О каждой модели мы расскажем более подробно в соответствующих обзорах, а сейчас давайте посмотрим, что же находится внутри этих «фурий».

Общие сведения о новых видеокартах

Наверное, только ленивый не ругал топы прошлого поколения (AMD Radeon R9 290 / 290X) за их большой уровень энергопотребления и тепловыделения, который на бумаге составлял 250 Вт, а на деле не редко подбирался к отметке 300 Вт. Казалось бы, в компании AMD должны были сделать соответствующие выводы и пойти тем же путем, что и их конкурент – снижать TDP. В принципе, «красным» это может и удалось, если бы в планах NVIDIA не значился запуск в серию двух 250-ваттных монстров (NVIDIA GeForce GTX 980 Ti и NVIDIA GeForce GTX TITAN X). По сути, это значило: «закрываем глаза на энергопотребление и максимально наращиваем мощность». А, как известно, с последним у компании AMD никогда проблем не было.

В результате на выходе имеем самый крупный видеочип (площадь – 596 мм²), когда-либо выпущенный AMD, с самым большим количеством транзисторов (8,9 миллиардов). Новинка получила название «AMD Fiji», благодаря чему отлично вписалась в островную терминологию компании. Примечательно, что графическое ядро по-прежнему основано на 28-нм техпроцессе. К слову, у конкурента с переходом на более тонкую литографию тоже наметились определенные проблемы, поэтому в данной области между двумя компаниями наблюдается определенный паритет.

Сделав такое отступление, самое время перейти к такому любимому показателю всех фанатов продукции NVIDIA, как TDP. Напомним, при площади кристалла в 438 мм², основанном на том же 28-нм техпроцессе, и 6 миллиардах транзисторов уровень энергопотребления AMD Radeon R9 290X составлял 250 Вт. Флагман же нового семейства получил увеличенный на 36% чип и на 48% больше транзисторов. Казалось бы, при таких вводных его TDP должен был взлететь до небес. Однако нет, всего лишь 275 Вт, что лишь на 10% больше предыдущего показателя. Иными словами, в компании AMD не просто наращивали грубую мощь, но и задумывались над тем, как это сделать максимально эффективно. Кто-то может сказать, что продукция NVIDIA по показателю «производительность / энергопотребление» все равно смотрится лучше. Но, минуточку. Мы же говорим о флагмане линейки AMD Radeon R9 Fury. А ведь в ней есть и менее «прожорливые» модели. Взять хотя бы графический адаптер AMD Radeon R9 Nano: тот же чип AMD Fiji, те же 4 ГБ HBM-памяти, а на выходе уровень TDP всего лишь 175 Вт. Это своеобразный ответ всем скептикам: «если мы захотим, то мы тоже можем сделать быструю и эффективную видеокарту». Правда, другой вопрос, что такое желание на AMD накатывает крайне редко, но это, как говорится, уже нюансы.

Особенности графического ядра AMD Fiji

Итак, выше мы уже разобрались, что чип AMD Fiji усилился довольно большим количеством транзисторов по сравнению с AMD Hawaii. Но куда же они пошли? Для ответа на этот вопрос предлагаем взглянуть на структурную схему самого ядра.

Структурная схема GPU AMD Hawaii XT (AMD Radeon R9 290X)

Структурная схема GPU AMD Fiji (AMD Radeon R9 Nano)

В концептуальном плане практически ничего не поменялось. В максимальном варианте чип AMD Fiji включает в себя четыре унифицированных шейдерных движка (Shader Engine, SE), построенных на основе микроархитектуры GCN 1.2, с отдельными геометрическими процессорами (Geometry Processor, GP), блоками растеризации (Rasterizer) и наборами вычислительных модулей (Compute Unit, CU). Последние по-прежнему располагают 64 потоковыми процессорами (ALU) и 4 текстурными блоками (Texture Unit, TU). Вроде бы, все то же самое. Однако за счет использования в каждом шейдерном движке (SE) 16 вычислительных блоков (CU) вместо 11, количество потоковых (ALU) и текстурных юнитов (TU) увеличилось на 45%: с 2816 до 4096 и с 176 до 256 соответственно.

Однако не стоит думать, что на практике вы получите такую же прибавку производительности. Ведь количество блоков, выполняющих растеризацию треугольников, осталось неизменным (4). А это значит, что происходит обработка максимум 4 примитивов за такт, тогда как флагманы от NVIDIA способны вести одновременный расчет сразу 24 элементов. Узким местом ядра AMD Fiji также может стать этап финализации объекта, поскольку количество ROP-конвейеров тоже не увеличилось и по-прежнему составляет 64. Для сравнения: у NVIDIA GeForce GTX 980 Ti этих блоков в 1,5 раза больше (96). Утешением в данной ситуации может служить лишь тот факт, что в компании AMD улучшили алгоритмы обработки геометрии, что при прочих равных делает чип AMD Fiji быстрее своего предшественника. Правда, о каких-либо подробностях или хотя бы о процентном соотношении скорости выполнения расчетных операций производитель умалчивает.

Еще один момент, на который хочется обратить внимание в контексте данного раздела, – это снижение скорости выполнения операций двойной точности (FP64): с 1/2 до 1/16 относительно скорости FP32-вычислений. В переводе на общедоступный язык это значит, что производительность графического чипа AMD Fiji в сложных профессиональных расчетах будет относительно невысокой, но на рендеринг 3D-сцен данный момент никак не повлияет. А так как в подавляющем большинстве случаев такие видеокарты покупаются для воспроизведения игрового процесса, то пользователям настольных ПК можно спать спокойно. Если же вы используете видеокарту для ускорения расчетов, то тогда лучше посмотреть в сторону профессиональных решений из серии AMD FirePro либо аналогов от NVIDIA. Между прочим, «зеленые» при выпуске своих топов выбрали точно такую же стратегию. На наш взгляд, это абсолютно правильный ход, потому что специализированный продукт показывает всегда лучшие результаты, чем универсальный.

Количество контроллеров памяти по сравнению с графическим процессором AMD Hawaii тоже не изменилось, однако теперь они работают не с микросхемами типа GDDR5, а с HBM-памятью, распаянной на общей с видеочипом подложке. Этой, без преувеличения, инновационной технологии мы решили посвятить отдельный раздел.

High Bandwidth Memory – новая ступенька в развитии видеопамяти

С ростом популярности высоких разрешений и активного использования разработчиками игр HD-текстур очень острым стал вопрос пропускной способности видеопамяти. Простое наращивание ширины − довольно ресурсоемкое занятие (задействуется большое количество контактов GPU и в разы усложняется компоновка печатной платы), а увеличение частоты чипов памяти – слишком затратное с точки зрения энергии и финансов (требуются отборные микросхемы, которые работают на повышенной скорости и напряжении питания). Одним словом, стандарт GDDR5 фактически исчерпал свой потенциал, и надо начинать двигаться в другом направлении. Инженеры из компании NVIDIA не решились на такой шаг, а вот их конкуренты из AMD, наоборот, еще в прошлом году заявили, что они полным ходом работают над новым типом памяти, которая получила название «High Bandwidth Memory» или сокращенно «HBM».

Ее принципиальное отличие от GDDR5 заключается в том, что для соединения с GPU используется очень широкая шина (4096 бит) и набор относительно медленных микросхем памяти (функционирующих на эффективной частоте 1 ГГц). С обычной видеопамятью GDDR5 все наоборот.

Естественно, все сложности разводки шины такой большой битности сохранились и здесь. Для решения сложившейся проблемы память была объединена в стеки по четыре микросхемы, которые нагромождены друг над другом, и перемещена как можно ближе к графическому процессору на общую кремниевую подложку. Последняя получила название «interposer». Она представляет собой некое подобие обычного кристалла, на котором вместо логических компонентов расположены слои и соединения для передачи сигналов. Иными словами, «interposer» является своеобразным аналогом печатной платы, но с гораздо более плотной прокладкой линий.

В результате появилась возможность не только развести шину шириной в несколько тысяч бит, но также снизить потери энергии за счет уменьшения длины подводных линий и использования чипов памяти с малой частотой работы. К тому же примерно в три раза сократилась площадь, занимаемая GPU и подсистемой памяти на печатной плате. Это упрощает проектирование систем охлаждения, улучшает их эффективность и позволяет создавать компактные, но мощные видеокарты.

В теории все выглядит очень красиво, а как же обстоят дела на практике? Можете быть спокойными, ведь с этим тоже полный порядок. На данный момент максимальная конфигурация HBM-памяти представлена четырьмя 1024-битными стеками из четырех чипов, которые функционируют на частоте 1 ГГц. Путем несложных вычислений получаем полосу пропускания со скоростью 128 ГБ/с для каждого такого стека или 512 ГБ/с для всех одновременно. Для сравнения: у AMD Radeon R9 290X соответствующий показатель составляет 320 ГБ/с, а у NVIDIA GeForce GTX TITAN X – 336 ГБ/с. В обоих случаях разница превышает 50%. Согласитесь, выглядит впечатляюще. А ведь это мы говорим только об HBM-памяти первого поколения, тогда как не за горами уже выход и второго, где вместо четырех чипов памяти в стеке будет использоваться восемь микросхем.

В плане энергоэффективности результаты тоже поражают – троекратное преимущество стандарта HBM над GDDR5. В абсолютных показателях это будет выражаться в виде экономии 15 – 25 Вт потребляемой энергии.

Единственным минусом этой технологии на данном этапе развития является ограничение по максимальному объему памяти – 4 ГБ. Как показывает практика, некоторым современным играм (та же GTA V) иногда требуется больше пространства для хранения текстур, что теоретически может привести к фризам либо падению уровня FPS. Однако оглядываясь на то количество преимуществ, которое несет новый стандарт видеопамяти, на этот недочет можно закрыть глаза. Тем более что во втором поколении уже будет доступно все 8 ГБ.

Поддержка технологий

К уже известным AMD TrueAudio, AMD Eyefinity, AMD Mantle, AMD FreeSync и синхронизации нескольких GPU посредством интерфейса PCI Express добавилась поддержка аппаратного декодирования видеоданных в формате H.265 и API DirectX 12. А вот стандарт HDMI 2.0 компания AMD опять почему-то обошла стороной, хотя конкурент уже давно реализовал его на представителях семейства NVIDIA GeForce GTX 9xx. Напомним, что с помощью данного интерфейса становится возможной передача видеоконтента через порт HDMI в формате 4K Ultra HD на частоте 60 Гц.

Что касается технологий, реализованных на программном уровне, то в первую очередь заслуживает внимания поддержка виртуального разрешения AMD VSR − аналог функции DSR от NVIDIA. Суть их заключается в следующем: на выходе формируется изображение в высоком разрешении, а затем подгоняется под возможности устройства вывода, тем самым увеличивая четкость картинки.

Еще одной интересной опцией является AMD Frame Rate Targeting Control (AMD FRTC). Как можно догадаться из ее названия, она позволяет задать максимальное значение FPS для 3D-приложений. В случае преодоления граничной отметки видеокарта будет автоматически замедляться, попутно снижая энергопотребление и скорость вращения вентиляторов на кулере. На наш взгляд, довольно востребованная опция, ведь нередки случаи, когда старые игры воспроизводятся с фреймрейтом порядка 80 – 100 FPS, хотя в таких высоких показателях нет никакого смысла. Гораздо уместнее ограничиться комфортными 60 FPS, снизив при этом нагрузку на видеокарту.

Видеокарта AMD Radeon R9 Nano 

Знакомство же с новой серией мы предлагаем начать с модели AMD Radeon R9 Nano, которая кроме использования графического процессора AMD Fiji и HBM-памяти, примечательна также очень компактными размерами, что вместе с TDP на уровне 175 Вт делает ее уникальным в своем роде продуктом.

Действительно, производитель нам обещает прирост производительности на уровне 20 – 30% по сравнению с флагманом предыдущего поколения AMD Radeon R9 290X. При этом новинка окажется почти вдвое короче и будет соответствовать стандарту Mini-ITX. Какая еще видеокарта может похвастать таким набором возможностей?

У NVIDIA, конечно, тоже есть компактные решения, например, мини-версия NVIDIA GeForce GTX 970. Но, судя по приведенным выше слайдам, ее вряд ли можно рассматривать в качестве серьезного конкурента для AMD Radeon R9 Nano. Единственным показателем, по которому она способна опередить тестируемую новинку, является чуть меньший уровень TDP – 160 Вт против 175 Вт. Хотя на практике разница в 15 Вт будет практически незаметна, о чем свидетельствуют термоснимки ПК во время игрового процесса.

Как видим, AMD Radeon R9 Nano имеет даже небольшое преимущество в плане нагрева. Правда, здесь все же надо делать поправку на то, что эксперимент проводили в компании AMD, а замеры осуществлялись не на открытом стенде, а через вентиляционную решетку крышки компьютерного корпуса. Тем не менее это никак не отменяет тот факт, что AMD Radeon R9 Nano и NVIDIA GeForce GTX 970 примерно равны с точки зрения тепловыделения.

Если же по данному параметру сопоставлять новинку с флагманом предыдущего поколения, то перевес будет однозначно на стороне «малютки» AMD Radeon R9 Nano. Она и энергии потребляет меньше, и нагревается не так сильно.

В большинстве случаев разница в максимальной температуре GPU достигает 18 – 20°С.

Спецификация AMD Radeon R9 Nano в сравнении с AMD Radeon R9 290X:

Внешний вид и система охлаждения

Как мы уже говорили выше, новинка имеет очень компактные размеры – всего лишь 166 мм в длину и 112 мм в ширину. При этом система охлаждения не выступает за пределы текстолита и интерфейсной панели. Так что с размещением ее в корпусе формата Mini-ITX не должно возникнуть никаких проблем. Главное, чтобы он был оборудован хотя бы двумя слотами для карт расширения.

Всю верхнюю часть видеокарты закрывает алюминиевый кожух с отверстием в центре для установки вентилятора. Как видим, в компании AMD отказались от своей знаменитой «турбины» в пользу более привычного варианта.

Для вывода изображения предусмотрен следующий набор интерфейсов:

• 3 х DisplayPort 1.2;
• 1 x HDMI 1,4а.

Поскольку AMD Radeon R9 Nano принадлежит к разряду топовых видеокарт, то вполне логично, что при ее проектировании производитель отказался от аналоговых интерфейсов и громоздкого DVI-D. Во всех случаях поддерживается вывод картинки в разрешении 4K Ultra HD (4096 х 2160), правда, с разной максимальной частотой. Для видеовыхода HDMI 1.4a она составляет 30 Гц, а для DisplayPort 1.2 – 60 Гц. Благодаря использованию технологии AMD Eyefinity вывод изображения может осуществляться одновременно на шесть мониторов.

Активной частью применяемой здесь системы охлаждения является 86-мм низкопрофильный вентилятор FirstDo FDC10H12D9-C мощностью 4,2 Вт. Такие вертушки повсеместно устанавливаются разными производителями еще со времен моделей AMD Radeon R9 280 / 280X. Поэтому в случае выхода из строя, ее легко можно будет заменить на другую.

За кожухом прячется массивный радиатор, который конструктивно состоит из медной испарительной камеры и прикрепленных к ней алюминиевых ребер. Для более быстрого и эффективного отвода тепла также используются две 8-мм тепловые трубки. Обращаем ваше внимание, что с охладителем контактирует не только графический процессор, но и четыре стека HBM-памяти.

Следующим компонентом системы охлаждения является металлическая пластина, закрывающая большую часть текстолита и соприкасающаяся с силовыми элементами преобразователей питания. Опять же, для большей эффективности в районе расположения фаз VRM производитель применил тепловую трубку и дополнительный радиатор.

Особенности реализации печатной платы

При разработке модели AMD Radeon R9 Nano ее печатная плата создавалась с нуля. Причем производитель старался использовать самые качественные и высокоэффективные компоненты (преимущественно для поверхностного монтажа). Преобразователь питания для графического ядра включает в себя четыре фазы, которые работают под управлением контроллера IR3564B. Напряжение для HBM-памяти формируется с помощью более простого однофазного модуля. Тыльная сторона платы не скрыта от глаз за традиционной металлической пластиной, так как в ней нет особого смысла. Ведь теперь чипы памяти расположены возле видеоядра и накрыты общим радиатором. Тем не менее X-образная пластина жесткости здесь присутствует. Все-таки система охлаждения весит почти полкилограмма, поэтому усиление текстолита лишним явно не будет.

Питание новинки осуществляется через слот PCI Express и 8-контактный разъем PCIe. Такая конфигурация без проблем может выдержать нагрузку в 225 Вт, тогда как показатель TDP AMD Radeon R9 Nano составляет 175 Вт. Этот задел будет востребован во время разгона видеокарты.

На текстолите отсутствует привычный разъем для подключения мостика AMD CrossFireX, так как здесь синхронизация нескольких графических адаптеров, объединенных в одной связке, происходит через интерфейс PCI Express. Зато никуда не делся DIP-переключатель, позволяющий активировать резервный BIOS в случае сбоя или неудачной прошивки основной микросхемы.

В основе AMD Radeon R9 Nano лежит графический чип AMD Fiji, произведенный по 28-нм техпроцессу с использованием передовой микроархитектуры AMD GCN 1.2. Он включает в себя 4096 потоковых процессоров с 256 текстурными блоками и 64 модулями растеризации. Максимальная скорость работы GPU составляет 1000 МГц, о базовой частоте пока что не сообщается.

Подсистема памяти представлена четырьмя стеками микросхем SK Hynix суммарным объемом 4 ГБ, работающих на эффективной частоте 1000 МГц. Для их подключения к GPU используется шина шириной 4096 бит, что обеспечивает пропускную способность на уровне 512 ГБ/с. Такие показатели являются рекордными для видеокарт, доступных сегодня на рынке.

Проверка эффективности системы охлаждения на практике

Результаты во время прохождения стресс-теста Unigine Heaven (слева) и MSI Kombustor (справа)

В автоматическом режиме, при продолжительной максимальной нагрузке, температура графического ядра доходила до отметки 75°С, которая является целевым показателем для модели AMD Radeon R9 Nano. Критическое же значение, которое производитель не рекомендует преодолевать, составляет 85°С. Как можно убедиться из скриншотов, видеокарта сама подбирает такой режим работы, чтобы нагрев не превышал 75°С. С одной стороны, вроде бы хорошо – вы можете быть уверены, что графический чип не перегреется во время работы. Но с другой – такой алгоритм фактически сам подтормаживает видеокарту, уменьшая ее возможности. Так, например, когда нагрузка создавалась бенчмарком Unigine Heaven, скорость GPU менялась в пределах 930 – 950 МГц. При запуске более требовательного теста MSI Kombustor частота графического ядра автоматически снизилась до 800 – 810 МГц. Напомним, в максимуме она может составлять 1000 МГц. Вряд ли 20%-ое замедление сильно обрадует пользователей. На наш взгляд, нужно было как-то по-другому настроить лимиты, чтобы так сильно не ограничивать скорость GPU. Не исключаем, что в нереференсных версиях AMD Radeon R9 Nano от сторонних производителей этот алгоритм будет подправлен.

Но вернемся к системе охлаждения. В зависимости от стресс-теста скорость вращения вентилятора менялась в пределах 2000 – 2200 об/мин. При этом видеокарта создавала различимый, но вполне приемлемый для продолжительного времяпровождения за ПК шум.

В режиме максимальной скорости вращения вентилятора (примерно 3600 об/мин по данным встроенного тахометра), температура GPU снизилась до 62°С. Создаваемый при этом шум ощутимо выделялся на общем фоне, и назвать его комфортным уж никак нельзя. Хотя от низкопрофильного 86-мм вентилятора вряд ли стоило ожидать что-то другое.

Но в данном случае не это главное. Посмотрите на частоту графического процессора. Как и раньше, она не поднималась до отметки 1000 МГц, а находилась на уровне 815 МГц. Хотя до целевого значения температуры (75°С) оставалось еще целых 13°С. Из этого можно сделать вывод, что механизм экономии энергии здесь имеет слишком агрессивные настройки: максимальная нагрузка сразу же приводит к падению скорости GPU. Радует, что реальные приложения не создают таких жестких условий, как утилита MSI Afteburner, а соответственно, во время запуска игр можно рассчитывать на большие показатели частоты: 900 – 950 МГц.

Однако немного разочаровывает тот факт, что мы так и не увидели значение в 1000 МГц, которое заявлено в спецификации.

При отсутствии нагрузки частота и напряжение на GPU автоматически понижались, что приводило к его меньшему энергопотреблению и тепловыделению. Вентилятор в таком режиме вращался со скоростью около 1500 об/мин по данным встроенного тахометра. При этом не издавалось практически никакого шума, а температура графического процессора не превышала 33°С.