AMD продолжает раскрывать информацию о грядущих GPU. Конечно, никто не обязывает AMD делиться информацией о своих планах на 2016 год, но компания испытывает давление со стороны потребителей, партнеров и инвесторов. В любом случае, сегодня AMD решила раскрыть подробности архитектуры Polaris, которая будет использоваться в GPU новых поколений.
Начнем с наиболее важных фактов. GPU на основе новой архитектуры Polaris должны появиться в середине 2016 года, они будут производиться по 14-нм техпроцессу FinFET. Конкретных технических подробностей AMD избегает, предпочитая описательный характер повествования. Ниже мы приведем опубликованные подробности архитектуры, а также прокомментируем их.
Polaris является названием Полярной звезды, которая хорошо видна в небе Северного полушария – она как раз указывает на север.
Архитектура AMD Polaris
Сначала AMD решила провести экскурс в прошлое, который оказался весьма интересным. По сравнению с предыдущими поколениями GPU хорошо виден прогресс современных решений. В 2001 и 2002 году использовались GPU с техпроцессом 180 или 150 нм. Но уже тогда R300 стал серьезным шагом вперед по сравнению с RV100. Площадь чипа выросла более чем в два раза, несмотря на уменьшение техпроцесса, поскольку вместо 30 млн. транзисторов стали использоваться уже 110 млн. И вместо одного блока пиксельных шейдеров мы получили уже восемь блоков. Все это обусловило значительный прирост производительности в то время.
С архитектурой Polaris AMD планирует достичь схожей цели, но обновленная архитектура является далеко не единственным козырем. AMD добавила и много других наработок в разных сферах. Они связаны с подключением дисплеев, мультимедийными функциями, кэшем, контроллером памяти и системой управления энергопотреблением.
С представлением первого поколения архитектуры GCN (Graphic Core Next) AMD тоже преследовала несколько целей, а не просто увеличение производительности. Первые видеокарты Radeon R9 290X и R9 290 работали с высокой производительностью, но и энергопотребление тоже оказалась весьма высоким. Позднее AMD вносила различные оптимизации, и уже с графическими процессорами Tonga и Fiji потенциал архитектуры стал раскрываться.
Архитектура Polaris будет фундаментально отличаться от предыдущих версий GCN. Здесь можно назвать разные термины, такие как Primitive Discard Accelerator, Hardware Scheduler или Instruction Pre-Fetch, но без подробных сведений о работе архитектуры они не так интересны. Несколько иная ситуация с повышением эффективности работы шейдеров, которые приводят к повышению эффективности GPU в целом – как раз одна из целей архитектуры Polaris. И здесь интересна технология сжатия памяти. NVIDIA еще с первого поколения Maxwell добавила цветовую дельта-компрессию, что позволило отказаться от очень широких шин памяти. Конечно, AMD с памятью High Bandwidth Memory современных GPU Fiji смогла отодвинуть ограничение по пропускной способности памяти, но от использования сжатия памяти эффективность только возрастет. Особенно с учетом того, что память HBM в 2016 году останется прерогативой high-end GPU.
Еще один важный элемент архитектуры Polaris – поддержка подключений дисплеев через HDMI 2.0a и DisplayPort 1.3. AMD устранила некоторые «узкие места», наблюдавшиеся у нынешнего поколения. Как раз недавно AMD опубликовала подробную информацию о работе FreeSync через HDMI и HDR.
AMD добавит поддержку интерфейсов дисплеев с более высокой пропускной способностью, а также усилит аппаратный блок кодирования и декодирования, что позволит обрабатывать видео H.265 в разрешении 4K с частотой кадров 60 fps.
Довольно важной чертой новых поколений GPU от AMD и NVIDIA станет обновленный техпроцесс. После длительной паузы AMD (и, скорее всего, NVIDIA) нашли общий язык с контрактными производителями чипов, что позволит сочетать новую архитектуру и обновленный техпроцесс. Похоже, что последние годы здесь наблюдались определенные трудности, поскольку AMD и NVIDIA оставались на 28-нм техпроцессе TSMC. Переход на 14-нм техпроцесс FinFET обеспечит преимущества по энергопотреблению.
Даже без изменения архитектуры переходить на новый техпроцесс нелегко. Та же Intel неслучайно реализовала стратегию «тик-так», поочередно переходя на новую архитектуру или на новый техпроцесс. Такой подход позволяет избегать накапливания проблем, решая их по мере поступления. NVIDIA с архитектурой Fermi пришлось весьма нелегко, поскольку компания одновременно переходила на новую архитектуру и на новый техпроцесс. Проблемы возникли с так называемой Fabric, частью GPU, где проходит большое количество проводников, в том числе и пересекающихся – особенно сложно было поддерживать нормальную работу на высоких тактовых частотах. Для AMD одновременный переход на архитектуру Polaris и меньший техпроцесс тоже будет непрост. Пока что подробностей по этому вопросу не «утекло», но тестирование и разработка отдельных компонентов перед созданием первого образца кристалла – процесс нелегкий, на этом этапе и раньше приходилось преодолевать немало трудностей.
Что касается NVIDIA, то здесь информации о смене контрактного производителя пока нет, но TSMC перестанет играть ключевую роль при производстве GPU AMD нового поколения. Вместо тайваньской компании будут использоваться мощности GlobalFoundries, а именно завод в штате Нью-Йорк в США.
Архитектура AMD Polaris
Выше мы уже отмечали, что одним из фокусов архитектуры Polaris является повышение эффективности и снижение энергопотребления. AMD указывает, что на прежней или меньшей площади после уменьшения техпроцесса можно использовать больше транзисторов. Но переход на структуры меньшего размера приводит к другим проблемам GPU (например, токам утечки), что не позволяет получить теоретическое удвоение эффективности на практике.
Последние годы инженеры работали над тем, чтобы преодолеть указанные проблемы. У современных GPU уже не используется одно напряжение питания для разных компонентов. AMD называет области с разным напряжением "multi voltage islands". Конечно, подобный шаг требует использования отдельного контроллера питания, который добавляется к основным компонентам. Зато разные области GPU могут работать на разных частотах или даже полностью отключаться. Указанные меры позволяют снизить общее энергопотребление и повысить эффективность, но напрямую на производительность архитектур они не влияют.
Intel можно назвать пионером по разработке архитектур на FinFET. Компания перешла на 3D-структуру вместо обычных планарных транзисторов. Эмиттер, коллектор и затвор вышли за пределы плоской структуры, что обеспечило улучшенный контроль над прохождением тока через транзистор.
Архитектура AMD Polaris
Транзисторы FinFET дают преимущества по сравнению с обычными планарными транзисторами, пусть на первый взгляд это и не так очевидно. Разброс при производстве оказывается меньше. В результате можно более точно планировать разные области кристалла или даже транзисторы – это тоже повышает эффективность.
AMD планирует получить выигрыш от техпроцесса FinFET по двум направлениям: уменьшение энергопотребления и повышение производительности, что должно в совокупности дать прирост эффективности в 2,5 раза.
Меньшее энергопотребление должно положительно сказаться, в первую очередь, на сегменте ноутбуков. Здесь AMD уже неплохо выступила со своими APU Carrizo, хотя рынок отреагировал на него не так хорошо, как ожидалось. Но на high-end сегменте большинство производителей опираются на GPU от NVIDIA. Возможно, с архитектурой Polaris ситуация изменится.
На рисунке выше показано, какие части GPU AMD доработала с архитектурой Polaris. По сравнению с третьим поколением архитектуры GCN изменилось многое. К сожалению, детали AMD не раскрывает, здесь остается ждать только будущих объявлений. Возможно на CES 2016 в Лас-Вегасе мы получим новую информацию от AMD.
AMD сделала важный шаг вперед на сегменте ноутбуков. По крайней мере, если судить по сравнению с конкурентом в разрешении 1.920 x 1.080 пикселей. Видеокарта на архитектуре Polaris показала 60 fps с энергопотреблением 86 Вт, но GeForce GTX 950 с такой же частотой кадров потребляла 140 Вт. Использовалась система с процессором Intel Core i7-4790K, 4x 4 Гбайт DDR4-2600 и Windows 10 64-bit. Если данный уровень энергопотребления подтвердится на практике (скорее всего, здесь работало ограничение частоты кадров), и игра Star Wars: Battlefront не является выпадающим примером по эффективности, то мы получим довольно серьезный прогресс AMD. Конкуренту следует обратить на него пристальное внимание.
Впрочем, использовались ранние образцы «железа» и драйверов, да и по одному примеру делать выводы вряд ли уместно. AMD тоже указывает это в примечаниях.
Приведем наиболее важные особенности архитектуры Polaris: будучи четвертым поколением архитектуры GCN, она получила улучшения почти во всех модулях GPU, добавилась поддержка новых стандартов видеовыходов HDMI 2.0a и DisplayPort 1.3. Новые GPU смогут кодировать и декодировать контент 4K с кодеком H.265.
Улучшение эффективности, по большей части, обусловлено новым 14-нм техпроцессом FinFET. Благодаря нему AMD ожидает принципиальное улучшение эффективности своих GPU, а не просто эволюционный шаг. Первые видеокарты на GPU с архитектурой Polaris выйдут в середине 2016.
Заключение
Новость получилась довольно длинной, но в грядущие недели мы ждем от AMD новых подробностей, поскольку детальная информация по многим пунктам отсутствует. Переход на новый техпроцесс ждали очень давно. AMD упомянула о многочисленных улучшениях архитектуры, но забыла предоставить детали. Конечно, к моменту представления новых видеокарт мы наверняка узнаем подробности.
Очень высокие ожидания от увеличения эффективности. Но здесь, конечно же, следует вооружиться результатами собственных тестов. Технология Frame Rate Target Control, в зависимости от класса производительности видеокарты, может творить чудеса – здесь есть огромный потенциал экономии энергопотребления. Но от AMD ждут не только новых рекордов по эффективности, но и высокой производительности новой архитектуры Polaris на high-end сегменте. Хотя нынешняя Radeon R9 Fury X не уступает конкурентам. Но NVIDIA не почивает на лаврах, в 2016 году компания готовит свежую архитектуру Pascal, которая тоже перейдет на память High Bandwidth Memory с высокой пропускной способностью. И пока неизвестно, кто из двух разработчиков GPU сможет выйти в лидеры.
AMD сегодня на распутье. С одной стороны, AMD смогла вернуть доверие многих клиентов весьма успешными GPU Fiji. С другой стороны, доля рынка и показатели продаж снижаются. AMD уже пошла на меры экономии, но будущее компании зависит от успешности новых продуктов. CEO AMD доктор Лиза Сью (Lisa Su) сказала на Computex 2015 в июне 2015, что только успешное представление архитектуры Zen в сегменте CPU и одновременная успешная разработка GPU обусловят дальнейшее успешное существование AMD. В прошлом году мы опубликовали отдельную новость, где проанализировали ситуацию и сделали ряд прогнозов.
Что касается процессоров Zen, то здесь пока нет информации, которая позволила бы говорить об успехе или неудаче AMD. Ситуация на рынке GPU несколько отличается, здесь путевыми вехами стали GPU Fiji и память High Bandwidth Memory (вместе с технологией подложки), а также организация отдельной группы Radeon Technologies Group, что позволяет сделать весьма позитивные прогнозы. Похоже, что рынок считает так же, если судить по росту акций в последние недели и месяцы, хотя цена остается на очень низком уровне. AMD осталось убедить потребителей и инвесторов. 2016 год для AMD станет решающим, потенциальные покупатели продуктов AMD ждут новых революционных функций и преимуществ.