Обзор и тестирование видеокарты AMD Radeon RX 480: восход AMD Polaris

Релиз нового поколения видеоускорителей компании AMD ожидался с не меньшим интересом, чем дебют 16-нм микроархитектуры NVIDIA Pascal. И, наверное, дело даже не в анонсированном использовании наиболее прогрессивной 14-нм технологии FinFET или четвертого поколения микроархитектуры AMD GCN, а в том, что в последние годы AMD все тяжелее конкурировать с NVIDIA, что и отображается в постепенном снижении ее рыночной доли.

То есть ставки для Radeon Technologies Group (именно это структурное подразделение с сентября 2015 года отвечает за все, что связано с графическими ускорителями AMD) очень высоки, без права на ошибку. А чем выше градус напряженности ситуации, тем интереснее она для наблюдателей. Хотя все мы заинтересованы в сохранении здоровой конкуренции на рынке, а для этого обязательно нужно, чтобы AMD Polaris оправдал все возложенные авансы.

На данный момент известно о подготовке трех видеокарт линейки AMD Radeon RX 400: AMD Radeon RX 460, AMD Radeon RX 470 и AMD Radeon RX 480. Они нацелены на ценовой сегмент от $99 до $239, то есть напрямую не будут конкурировать с моделями NVIDIA GeForce GTX 1080 и NVIDIA GeForce GTX 1070, а попытаются отнять рыночную долю у NVIDIA GeForce GTX 750, NVIDIA GeForce GTX 750 Ti, NVIDIA GeForce GTX 950 и NVIDIA GeForce GTX 960. Позднее в этом году микроархитектура NVIDIA Pascal появится и в этом ценовом сегменте, позволив полноценно сравнить уровень новых продуктов двух конкурирующих лагерей.

Сразу же отметим, что выбор ценового диапазона не случайный. Согласно проведенным компанией AMD исследованиям, 95% пользователей сервиса Steam в одномониторных конфигурациях используют дисплей с разрешением Full HD или меньше. В свою очередь 84% геймеров покупают графические адаптеры в ценовой категории $100 − $300. Поэтому топовый сегмент, конечно, интересен в плане своих возможностей, но бюджет абсолютного большинства любителей игр на него не рассчитан.

Интересно выглядит и статистика систем под VR-развлечения: только 13 млн. компьютеров из 1,43 млрд. в мире в этом году могут похвастать возможностью воспроизведения VR. Желающих присоединиться к этой революции значительно больше, поэтому на рынок и выходит сравнительно доступная видеокарта AMD Radeon RX 480.

Но для начала давайте рассмотрим предварительную сводную таблицу технических характеристик моделей серии AMD Radeon RX 400 с их предшественниками:

Модель	AMD Radeon R7 360	AMD Radeon RX 460	AMD Radeon R7 370	AMD Radeon RX 470	AMD Radeon R9 380	AMD Radeon RX 480	AMD Radeon R9 380X
GPU	AMD Tobago PRO	AMD Polaris 11 (Baffin)	AMD Trinidad PRO	AMD Polaris 10 (Ellesmere PRO)	AMD Antigua PRO	AMD Polaris 10 (Ellesmere XT)	AMD Antigua XT
Микроархитектура	2-е поколение AMD GCN	4-е поколение AMD GCN	1-е поколение AMD GCN	4-е поколение AMD GCN	3-е поколение AMD GCN	4-е поколение AMD GCN	3-е поколение AMD GCN
Площадь кристалла, мм2	160	123	212	232	366	232	366
Техпроцесс, нм	28	14	28	14	28	14	28
Количество вычислительных блоков	12	14	16	32	28	36	32
Количество потоковых процессоров	768	896	1024	2048	1792	2304	2048
Количество текстурных блоков	48	56	64	128	112	144	128
Количество растровых блоков	16	16	32	32	32	32	32
Тактовая частота GPU, МГц	1050	1090 / 1200	925 / 975	926 / 1206	970	1120 / 1266	970
Тип видеопамяти	GDDR5
Объем, ГБ	2	2 / 4	2 / 4	4	2 / 4	4 / 8	4
Номинальная / эффективная частота памяти, МГц	1500 / 6000	1750 / 7000	1400 / 5600	1650 / 6600	1375 / 5500	1750 / 7000 и выше	1425 / 5700
Ширина шины памяти, бит	128	128	256	256	256	256	256
Пропускная способность, ГБ/с	96	112	179,2	211	176	224 и выше	182,4
Уровень производительности, TFLOPS	1,613	2,15	1,894	4,9	3,476	>5	3,973
Показатель TDP, Вт	100	<75	110	120	190	150	190
Ориентировочная стоимость, $	109	109 / 139	149	149 / 179	199	199 / 239	229

*В изначальном варианте могут содержаться неточности, поскольку не все официальные данные на момент написания обзора были известны. Как только эта информация станет доступной, мы сразу же обновим таблицу, если предварительная информация окажется неточной.

Конкуренты по внутреннему модельному ряду были подобраны согласно их ценовому позиционированию на момент старта продаж. Сводная таблица визуализирует ряд важных моментов. Во-первых, в бюджетном игровом диапазоне ($100) уже несколько лет не было обновления микроархитектуры, ведь второе поколение AMD GCN было представлено в 2013 году.

Во-вторых, переход с 28 на 14 нм позволил существенно сократить площадь кристалла и в некоторых случаях увеличить количество структурных блоков в составе GPU. В-третьих, увеличение тактовых частот работы видеопамяти позитивно отразилось на повышении пропускной способности. И наконец, заявленный уровень производительности заметно вырос с одновременным понижением теплового пакета. Все это вселяет надежду на высокую конкурентоспособность новинок.

Микроархитектура и полезные технологии

Представляя 14-нм FinFET-техпроцесс, компания AMD напомнила, что энергопотребление графического процессора линейно увеличивается относительно количества вычислительных блоков в его структуре. А вот зависимость тактовой частоты и энергопотребления ближе к кубической. Например, 15% увеличение частоты приведет к 52% повышению потребления питания. Соответственно, производители пытаются в первую очередь увеличить количество структурных блоков. Ключевую роль в этом стремлении играет именно переход на более тонкий техпроцесс.

Для AMD Polaris была выбрана наиболее совершенная на данный момент 14-нм FinFET-технология, реализованная на фабриках Samsung и GLOBAL FOUNDRIES. Использование FinFET-транзисторов позволило снизить рабочие напряжения на 150 мВ в сравнении с предыдущим поколением, что эквивалентно уменьшению 30% потребляемой мощности.

Второй важный момент – интеграция 4-ого поколения микроархитектуры AMD GCN. В целом изменения в ней коснулись геометрического и командного процессоров, мультимедийных ядер, блока вывода изображения на экран, структуры кэш-памяти L2 и контроллера видеопамяти.

Структурная схема AMD Radeon RX 480

Структурная схема AMD Radeon R9 290X 

Если же углубиться в структуру, то мы увидим, что революционных изменений не произошло. Хотя и ждать их не стоило. Дело в том, что в индустрии существует неписанное правило: «Не следует менять техпроцесс и микроархитектуру в одном поколении», поскольку количество ошибок в предварительном дизайне такого продукта может быть слишком большое. Поэтому радикальные изменения в микроархитектуре производят на уже обкатанном техпроцессе и наоборот.

Структура CU в AMD Radeon RX 480

Структура CU в AMD Radeon R9 290X 

Структура самих вычислительных блоков (CU) также особо не изменилась, однако были улучшены механизмы предварительной выборки инструкций, расширен объем буфера инструкций (повышает производительность в однопоточных задачах), увеличен объем кэш-памяти L2 (с 1 до 2 МБ) и оптимизирована его работа, а также добавлена поддержка FP16 и Int16.

Дополнительно были внесены изменения в работу геометрического движка, что увеличило эффективность при обработке примитивов.

В результате всех этих модификаций производительность вычислительного блока в AMD Radeon RX 480 выше на 15%, чем у AMD Radeon R9 290.

Однако нельзя сказать, что нововведения вообще обошли стороной AMD Polaris. Например, в структуре появился абсолютно новый блок аппаратного планировщика для асинхронных вычислений. Он позволяет снять часть нагрузки с процессора, сбалансировать распределение задач и ресурсов в режиме реального времени и помочь в обработке VR-контента.

Обновления в контроллере видеопамяти, реализация улучшенных алгоритмов компрессии данных, увеличенный объем кэш-памяти L2 и более эффективная балансировка ресурсов позволили  существенно снизить энергопотребление при обращении к памяти.

Улучшения в блоке кодирования и декодирования видео позволяют AMD Polaris работать со стандартами HEVC (4K @ 60 FPS), VP9 (4K) и MJPEG (4K @ 30 FPS). Благодаря этому пользователи смогут смотреть HDR-видео с потоковых сервисов Netflix и Amazon, транслировать видео на Twitch с помощью кодека H.264, использовать стандарт VP9 для просмотра YouTube-видео или улучшить качество видеозвонков в Skype.

Frame Rate Targeting Control

Технологию Frame Rate Targeting Control (FRTC) нельзя назвать новой, поскольку она дебютировала вместе с видеокартами линейки AMD Radeon R9 Fury. Тем не менее, FRTC упоминается в презентации AMD Radeon RX 480, поэтому мы решили также напомнить о ее полезном предназначении. Суть ее работы заключается в возможности задания максимальной частоты для рендеринга изображения с целью снижения нагрузки на графический процессор и систему охлаждения. Например, ваша видеокарта может выдать в игре более 100 FPS при полной нагрузке, но особого эффекта от этого на 60-герцовом мониторе вы не испытаете. Поэтому можно ограничиться уровнем 60-70 FPS, при котором сохраняется отличная плавность игрового процесса и снижается нагрузка на видеокарту, а значит, и на блок питания, и на систему охлаждения в целом.

Async Compute

Компания AMD первой реализовала возможности асинхронных вычислений в своих графических процессорах, интегрировав в микроархитектуру AMD GCN блоки Asynchronous Compute Engines (ACE). Поскольку об этой технологии уже много говорилось, то лишь вкратце напомним, что при использовании API DirectX 11 все операции по рендерингу изображения выполняются строго в порядке очереди. А при переходе на API DirectX 12 появляется возможность параллельного выполнения отдельных составляющих, что приводит к сокращению общего времени обработки изображения.

В свою очередь AMD Polaris привнесла дальнейшие улучшения в технологию Async Compute благодаря новой технике семейства Quality-of-Service (QoS), именуемой «Quick Response Queue». Она позволяет разработчикам наделять высоким приоритетом очередь вычислительных задач, поэтому они будут выполняться раньше задач с обычным приоритетом и использовать для своих целей максимальное количество доступных ресурсов. Quick Response Queue реализована, например, для улучшения работы SDK AMD LiquidVR в частности и для более эффективной поддержки технологии виртуальной реальности в целом.

Vulkan

API Vulkan разработан консорциумом Khronos Group, который стоял за созданием стандарта OpenGL. Vulkan позиционируется в качестве его преемника, а также он является своего рода наследником AMD Mantle, поскольку в процессе создания API Vulkan компания AMD поделилась многими наработки из API Mantle. В результате разработчики получили новый программный интерфейс, обеспечивающий полный доступ к производительности, эффективности и функциональности GPU линейки AMD Radeon и мультипроцессорных систем.

В сравнении с OpenGL, Vulkan позволяет существенно снизить показатель «API Overhead». Под этим термином подразумевают весь комплекс фоновой работы, которую проделывает центральный процессор, чтобы реализовать игровые запросы к аппаратному обеспечению. Иными словами, снижается нагрузка на CPU и открывается возможность более полного использования вычислительной мощности графического процессора.

Кстати, активную поддержку API Vulkan обеспечивает компания Google в ОС Android, о чем она сообщила в августе 2015 года. Теоретически это должно существенно упростить работу программистов, ведь один и тот же программный интерфейс поддерживается десктопными системами, игровыми консолями и мобильными устройствами.

DirectX 12

Конечно, не стоит сбрасывать со счетов и компанию Microsoft, которая несколько лет готовила новую версию своего программного интерфейса – DirectX 12, являющегося эксклюзивом для Windows 10. Он также соответствует духу времени, предоставляя разработчикам больше контроля над использованием вычислительных ресурсов. И теперь от них будет зависеть, куда направить эти возможности: повысить плавность игрового процесса, снизить задержки (важно в VR-проектах), уменьшить потребление энергии аппаратной платформой, достичь максимально реалистичной картинки или попытаться сбалансировать все эти составляющие.

Согласно внутренним тестам компании AMD, в играх с DirectX 12 модель AMD Radeon RX 480 выглядит лучше внутреннего конкурента в лице AMD Radeon R9 380X и внешнего в виде NVIDIA GeForce GTX 970.

DirectX 11

И если за DirectX 12 будущее, то DirectX 11 – это пока еще наше настоящее, поскольку многие актуальные проекты все еще не перешли на игровые движки с поддержкой нового программного интерфейса. Однако компания AMD уверяет, что в разрешении 1440p видеокарта AMD Radeon RX 480 практически на равных конкурирует с более дорогой NVIDIA GeForce GTX 970, опять оставив позади своего предшественника (AMD Radeon R9 380X).

VR

Технология виртуальной реальности (VR) – это настоящий подарок судьбы для всей компьютерной индустрии. У разработчиков программного обеспечения в целом и игр в частности появляется новый простор для реализации своих идей, а производители аппаратных комплектующих вправе рассчитывать на увеличение спроса на производительные видеокарты. Пытаясь охватить большую базу потенциальных покупателей, компания AMD наделила модель AMD Radeon RX 480 достаточной вычислительной мощностью для вывода VR-контента с надлежащим уровнем качества. А благодаря улучшенной поддержке асинхронных вычислений и использованию техники Quick Response Queue удалось реализовать, например, функцию Oculus Asynchronous Time Warp, которая повышает стабильность вывода изображения.

Максимальный же эффект нам обещают от связки AMD Radeon RX 480 в режиме AMD CrossFireX.

Задержки при рендеринге изображения

В прошлом компания AMD подвергалась существенной критике из-за высоких показателей задержки при рендеринге каждого кадра. Чем они ниже и стабильнее, тем лучше восприятие плавности визуального ряда. В AMD Polaris ошибки были полностью исправлены, о чем свидетельствуют результаты внутренних бенчмарков.

4 или 8 ГБ памяти

На выбор пользователя AMD Radeon RX 480 предлагается в двух вариантах: с поддержкой 4 или 8 ГБ GDDR5-памяти. Первая версия будет немного дешевле ($199). Она предназначена для большинства актуальных игр. Если же вы выбираете видеокарту с заделом на будущее, для мониторов с более высоким разрешением или под VR, тогда есть смысл обратить свой взгляд на 8-гигабайтную версию ($239). Как можно увидеть из следующих скриншотов, она обеспечивает более стабильный и низкий уровень задержек при рендеринге изображения, без каких-либо существенных всплесков.

HDR

Впервые технология High Dynamic Range (HDR) реализована в NVIDIA GeForce GTX 1080 Founders Edition, но теперь и у обладателей продукции компании AMD будет возможность ощутить все ее преимущества благодаря интеграции интерфейса DisplayPort 1.4.

Во-первых, HDR позволяет до 75% расширить цветовой диапазон, передаваемый с помощью мониторов. Во-вторых, улучшить диапазон яркости до 0,0005 – 10 000 кд/м². Также DisplayPort 1.4 реализует поддержку 5K-экранов с частотой до 60 Гц и увеличивает максимальную частоту развертки для уже активно использующихся мониторов.

А с помощью интеграции интерфейса HDMI 2.0b компания AMD планирует расширить количество мониторов, способных поддерживать технологию AMD FreeSync для минимизации артефактов при выводе изображения. Ведь теперь для ее активации можно будет использовать не только интерфейс DisplayPort, но и HDMI 2.0b.

Radeon WattMan

В фирменном программном обеспечении Radeon Software Crimson Edition произошла замена: место AMD OverDrive заняла утилита Radeon WattMan. Она предоставляет пользователю возможность мониторинга и контроля за напряжением на графическом процессоре, тактовыми частотами GPU и памяти, скоростью работы вентилятора и температурой графического процессора.

Наиболее полезным Radeon WattMan станет для геймеров и любителей оверклокинга. Для них утилита визуализирует используемые любой игрой аппаратные ресурсы и влияние на ключевые показатели (тактовые частоты, скорость вращения вентилятора, рабочие температуры). А также предоставит более широкие возможности для оверклокинга, включая возможность создания и автоматического запуска оптимизированного профиля для каждой установленной игры с необходимыми настройками.

Например, в профиле можно автоматически или в ручном режиме установить пределы поэтапного динамического повышения тактовой частоты GPU для достижения более высокой энергоэффективности или производительности.

Также можно контролировать изменение скорости вращения вентилятора или установить пороговое значение для температуры графического процессора, достигнув которого система автоматически начнет снижать скорость его работы. Дополнительно для температуры есть показатель «Target» − он обозначает пороговое значение, достигнув которого автоматически повышается скорость вращения вентилятора для охлаждения GPU.

Одним словом, функциональная и очень полезная утилита, которая в умелых руках позволит раскрыть заложенный в видеокартах компании AMD потенциал.