Огляд відеокарти AMD Radeon VII

За всіма правилами ринку графічних карт, цей пристрій не повиннен був з'явитися в продажу ще як мінімум півроку. Але в AMD вирішили використовувати проти прискорювачів NVIDIA головну зброю, яке зараз є у червоній команди - передовий техпроцес 7 нм. подивимося, Чи цього достатньо, щоб оновлений чіп Vega скинув з п'єдесталу GeForce RTX 2080

Вступ

В останні роки ми вже звикли, що AMD в змаганні з NVIDIA незмінно займає позицію наздоганяючого. Останній раз, коли ігрові відеокарти під марками GeForce і Radeon володіли рівними можливостями в верхньому ціновому сегменті, був за часів протиборства GeForce GTX 980 Ti і Radeon R9 Fury X. Слабкість графічного підрозділу AMD і архітектури Graphics Core Next, яка існує вже без малого десять років, стала особливо помітною після того, як NVIDIA випустила пристрої серії GeForce RTX. Дітище Дженсена Хуанга не тільки безроздільно панує на ринку високопродуктивних GPU, але вже задає курс розвитку всієї індустрії за рахунок технологій трасування променів в реальному часі і машинного навчання.

До честі AMD, в бюджетному і середньому класі ігрових відеокарт її продукти як і раніше затребувані, а моделі сімейства Radeon RX Vega чудово зарекомендували себе в якості прискорювачів розрахунків загального призначення. А тепер у «червоних» з'явився ще один привід для оптимізму: старший графічний процесор сімейства Vega мігрував на прогресивний стандарт 7 нм FinFET. Оновлений чіп Vega 20, який був представлений публіці восени в складі прискорювачів обчислень Radeon Instinct, став першим дискретним GPU, виробленим за цією технологією, в той час як NVIDIA лише порівняно недавно налагодити виробництво за нормою 12 нм.

З огляду на, як далеко попереду суперника виявилася AMD по темпу освоєння нових технологічних процесів, тільки найвідданіші прихильники компанії могли очікувати появи ігровий відеокарти, заснованої на кремнії Vega 20. Але часом навіть найсміливіші мрії збуваються, адже AMD вирішила вчинити саме так. Що це - демонстрація сили або жест відчаю? спробуємо з'ясувати.

GPU

Головні нововведення, які характеризують кремній Vega другого покоління, безпосередньо викликані переходом з вузла 14 нм FinFET на 7 нм. Виробництвом чіпів Vega 20 займається тайванська TSMC - схоже, що в цьому у AMD не було іншого вибору, GlobalFoundries адже, яка зараз випускає велику частину графічних чіпів архітектури Graphics Core Next, згорнула роботи над власною лінією 7 нм, а Samsung запустила її пізніше, ніж тайванці.

«Апгрейд» графічних процесорів за рахунок нового техпроцесу або просто доопрацювання схемотехніки для AMD вже перетворився в традицію. Візьмемо сімейство чіпів Polaris: старший з цих GPU - Polaris 10 - не так давно пережив своє третє народження, вже за технологією 12 нм. Однак мікросхеми стандартів 14 і 7 нм відрізняються один від одного набагато сильніше, ніж 14 і 12 нм. У TSMC ніколи не було виробничої лінії 14 нм, але для того, щоб оцінити масштаб змін, яких зазнав графічний процесор Vega, можна взяти за точку відліку характеристики техпроцесу 16 нм на заводах TSMC. У порівнянні з ними стандарт 7 нм в 3,2 рази збільшує щільність мікросхем, а енергоспоживання знижується на 61 %.

Подібні числа недосяжні на практиці, адже не всі мікросхеми настільки добре масштабуються, тим більше настільки складні, як сучасні процесори, Чи є це CPU або GPU. Однак AMD вдалося скоротити площу свого флагманського чіпа рівно в півтора рази - з 495 до 331 мм2, незважаючи на те, що в ньому стало на 0,7 млрд транзисторів більше. Як це вплинуло на тактові частоти і питому потужність чіпа, ми обговоримо на прикладі самої відеокарти Radeon VII, але мініатюризація графічного ядра дала Vega 20 ще одна важлива перевага.

У прискорювачах вищого ешелону AMD давно відмовилася від пам'яті GDDR на користь мікросхем HBM, які розміщуються разом c GPU на кремнієвій підкладці (шифратор). Остання фактично являє собою скорочену мікросхему, в якій є тільки лінії провідників і немає транзисторів. Як наслідок, підкладку виробляють на стандартному фотолітографічного конвеєрі, а її розмір обмежений фотомаскою. Після запису Vega 10 добре видно, що гігантський GPU просто не дозволив AMD розмістити на підкладці більше двох стеків HBM2. Саме тому у Vega 10 вдвічі менше розрядність шини пам'яті порівняно з чіпом Fiji (першим GPU, в якому AMD використовувала пам'ять HBM), нехай навіть збільшені частоти другого покоління HBM компенсують мимовільний крок назад.

З іншого боку, на підкладці навколо Vega 20 вже досить місця для чотирьох збірок HBM2. AMD скористалася цією можливістю, щоб одночасно подвоїти пропускну здатність (яка тепер досягає неймовірних показників в 1 Тбайт / с) і обсяг оперативної пам'яті: прискорювачі обчислень Radeon Instinct на чіпах Vega 20 отримали аж до 32 Гбайт RAM, а Radeon VII - 16 Гбайт.

У додаткових контролерів пам'яті зосереджена частина тих 0,7 млрд транзисторів, які з'явилися в новій версії процесора, але архітектура GPU зазнала і інші зміни. AMD попрацювала над ефективністю конвеєра - як в 3D-рендеринга, так і розрахунках загального призначення. Зокрема, була збільшена продуктивність блоків ROP, щоб вони могли в повній мірі скористатися розширеної шиною пам'яті, а з боку шейдерних ALU - швидкість виконання FMA (Плавлений Multiply-Add), мабуть найважливішою операції для безлічі обчислювальних задач. В іншому Vega 20 як і раніше належить до п'ятого покоління GCN і не містить змін на рівні ISA (Набір інструкцій архітектури). Остання особливість чіпа, про яку варто згадати, це виконання розрахунків подвійної точності (FP64) на швидкості 1/2 від пікової продуктивності в FP32. В теорії така здатність є у будь-яких прискорювачів архітектури GCN, але на стадії проектування кристала AMD вирішує, як сильно буде обмежено швидкодію FP64 відповідно до ринкових позиціонуванням пристрою. Але якщо головним призначенням Vega 20 є додатки GPGPU (Загального призначення на GPU), Ця функція може бути була урізана на рівні кремнію.

Технічні характеристики, ціна

Хоча графічний процесор Vega 20 відповідає по набору головних обчислювальних блоків від старшої «Веги» першого покоління, Radeon VII бракує повністю функціональна версія GPU. Чип Vega 20 в конфігурації з 64-ма активними CU (Вега 20 XT) поки можна знайти лише на платі Radeon Instinct MI60, а в складі Radeon VII застосовують таку ж версію чіпа, як в Instinct MI50 - Vega 20 XL. У ній залишилося 60 працездатних CU, а це значить 3840 шейдерних ALU (потокових процесорів, в термінології AMD) і 240 блоків накладення текстур. Якщо провести порівняння з модельним рядом минулого покоління, то Radeon VII варто точно посередині між Radeon RX Vega 56 і Vega 64, а значить у AMD ще залишилася можливість випустити більш продуктивну відеокарту, якщо компанія вважатиме це за доцільне.

В тому, що графічний процесор Vega 20 з'явився на споживчому ринку лише в «урізаному» варіанті, немає нічого дивного. Вихід придатних мікросхем з такою кількістю транзисторів по нормі 7 нм ще напевно залишає бажати кращого, і повністю працездатні кристали AMD береже для своїх серверних продуктів. З іншого боку, немає і приводу для розчарування, адже геймерская версія Vega 20 зберегла 94 % свою повну обчислювальної потужності. Судячи з того, як в іграх співвідносяться Vega 56 і Vega 64, а вони з точки зору заліза розрізняються набагато сильніше, втрату чотирьох Compute Unit'ов Radeon VII абсолютно точно переживе.

Перехід на «тонку» норму 7 нм дозволив радикально збільшити тактові частоти: робочий діапазон Vega 20 на платі Radeon VII становить 1400-1800 МГц. Цікаво, що саме останнє число фігурує в офіційних матеріалах, коли йдеться про верхній частоті, доступною відеокарти, в той час як прискорювачі Vega першого покоління частіше характеризуються терміном Boost Clock (максимальною частотою при типовою обчислювальної навантаженні), але ж нова «Вега» поважчала на 0,7 млрд транзисторів. схоже, AMD як ніколи впевнена в перевагах нового техпроцесу.

Втім, якщо відволіктися від абсолютних показників і порівняти Radeon VII з Vega 64 в процентному вираженні, то AMD зуміла розігнати GPU лише на 10 % по максимальній частоті, а між поколіннями різниця в пропускної здатності шейдерних операцій стандартної точності (FP32) і швидкості накладення текстур становить 12 і 7 % відповідно - не так вже й багато навіть з поправкою на чотири зниклих Compute Unit'а. Але звісно, в останні роки стало як ніколи очевидно, що титульний «нанометраж» (довжина затвора транзистора) - далеко не повна характеристика фотолітографічного процесу. Тому ми не можемо з упевненістю говорити про те, як сильно кремній, випущений за нормою 7 нм на заводах TSMC, повинен відрізнятися в теорії від 14-нанометрових чіпів Vega 10 виробництва GlobalFoundries.

Як би там не було, AMD стверджує, що швидкодія Radeon VII на 25 % вище, ніж у Vega 64 при рівній споживаної потужності, а середній приріст FPS в іграх складає від 20 до 42 %. Так це насправді чи ні, ми дізнаємося з тестів, але відомо, звідки беруться такі числа: завдяки чотирьом каналам пам'яті HBM2 чіп Vega 20 має пропускною спроможністю шини пам'яті більш ніж в два рази вище в порівнянні з Vega 10. А максимальних значень розрив між новинкою і Radeon RX Vega 64 досягає в тому випадку, коли додаток може освоїти більше 8 GB VRAM. Втім, для Radeon VII 16 Гбайт пам'яті - це здебільшого запас на майбутнє, адже поки що лише деякі гри і тільки в режимі 4К з агресивними настройками якості графіки виходять за рамки 8 Гбайт. Інша справа - робочі програми для 3D-візуалізації, відеомонтажу і подібних ресурсномістких завдання, в яких архітектура Vega вже відмінно себе проявила, але часом була обмежена обсягом локальної пам'яті.

Коль скоро зайшла мова про обчисленнях загального призначення, варто зауважити, що Radeon VII має унікальну для своєї ціни можливістю виконувати операції подвійної точності (FP64) на швидкості 1/4 від пропускної здатності в FP32. Як було сказано вище, в чіпі Vega 20 ця характеристика дорівнює 1/2 по FP32. Споживчу версію кремнію AMD вирішила штучно обмежити, але навіть в такому вигляді Radeon VII не знає собі рівних по співвідношенню ціна / швидкодія в розрахунках подвійної точності. У той же час для того, щоб залишити між Radeon VII і прискорювачами сімейства Radeon Instinct відповідну дистанцію, новинку позбавили від ряду інших регалій серверного продукту: зокрема, тут немає роз'єму шини Infinify Fabric для об'єднання декількох GPU в кластер і підтримки PCI Express четвертого покоління - відсутність останньої чимало бентежить в світлі того, що майбутня платформа Zen 2 скористається нею в повній мірі.

Radeon VII надійшов у продаж за рекомендованою вартості $699. Ціна однозначно вказує на відеокарту конкуруючої фірми, з якої новинці належить боротися в бенчмарках - GeForce RTX 2080. AMD запевняє, що по ігровому швидкодії ці пристрої еквівалентні. Так це чи ні, ми дізнаємося вже сьогодні. А ось чи є у AMD можливість задовольнити попит на Radeon VII з боку зголоднілих шанувальників, як і раніше питання відкрите. Ціна в без малого $700 - це рекорд для однопроцесорних прискорювачів Radeon. Однак згідно з неофіційними, але цілком переконливим розрахунками виробництво одного примірника Radeon VII (з урахуванням виходу придатних чіпів по нормі 7 нм і поточних розцінок на пам'ять HBM2) обходиться компанії в $650, і на перших порах відеокарта буде в жорсткому дефіциті.

конструкція

Референсні прискорювачі на «червоних» чіпах, призначені для масового виробництва, ніколи не відрізнялися вишуканим дизайном. інженерів AMD (а точніше, SAPPHIRE, адже саме ця компанія завжди випускає для AMD еталонні зразки) не можна дорікнути в нехтуванні якістю, але, як правило, про естетику продукту вони думають в останню чергу - навіть якщо мова йде про таких недешевих і в якомусь сенсі статусних речах, як високопродуктивні графічні карти. Винятком були лише окремі модифікації Radeon RX Vega (обмежені серії Frontier Edition, Limited Edition і Vega 64 з рідинним охолодженням), висока ціна яких виправдовує для виробника витрати на дизайн і дорогі матеріали. Однак Radeon VII теж не призначений для масового ринку, для AMD це в першу чергу сигнал про готовність боротися за ринок відеокарт вищого ешелону. А значить, пристрій повинен справити сприятливе враження при знайомстві.

У вигляді Radeon VII чути той же «мова дизайну», але якою розмовляють «преміальні» версії Radeon RX Vega. Оболонка відеокарти цілком виконана з анодованого алюмінію, а з пластикових елементів залишився тільки логотип Radeon і кубик з буквою R в кутку корпусу - і то, і інше світиться червоним кольором, коли пристрій отримує харчування. Примітно, що навіть на вентиляторах охолодження є алюмінієві кришки.

Але, звичайно, головна відмінність Radeon VII від минулих референсних карт на великих чіпах архітектури GCN, це система охолодження відкритого типу. У SAPPHIRE виходять добротні кулери з радіальним вентилятором - навіть Vega 64 зі штатним енергоспоживанням в районі 295 Вт обслуговується подібної СО. Слабке місце «турбинки» - це рівень шуму, і якщо Radeon VII переступив позначку в 300 Вт, AMD довелося створити для референсной версії більш ефективну конструкцію.

Довжина друкованої плати і корпусу Radeon VII - за цими параметрами новинка не відрізняється від Vega 64 - дозволили розмістити над радіатором три крильчатки діаметром 75 мм. У порівнянні з більшістю вентиляторів, які застосовують партнери AMD і NVIDIA в пристроях оригінального дизайну, SAPPHIRE вибрала надзвичайно потужну модель, яка може розвивати швидкість вище 3000 об / хв - забігаючи вперед, визнати, що новинку це дуже підходить, але про температурний режим чіпа Vega 20 ми поговоримо трохи пізніше.

У порівнянні з референсними версіями Vega 64 новий флагман AMD виріс в ширину: тепер корпус виступає за кордону панелі з відеовиходами. В першу чергу це пов'язано зі збільшеною площею друкованої плати, і в той же час під фронтальною панеллю кожуха з'явилося більше місця для радіатора GPU. Система охолодження Radeon VII влаштована добротно, але разочаровивающе просто: графічний процесор і мікросхеми пам'яті HBM2 накриті испарительной камерою, а розподіляти тепло по радіаторним ребрах допомагають п'ять сплюснутих теплових трубок шириною 10 мм. AMD обійшлася без таких надмірностей, як испарительная камера на всю площу друкованої плати, а компоненти регулятора напруги охолоджуються за рахунок плоскої металевої рами. Остання деталь відокремлена від основного радіатора: між нею і нижньою поверхнею теплових трубок є контакт, але він навряд чи сприяє передачі тепла, т.к. в проміжку немає термопрокладок.

В цілому можна констатувати, що кулер нової конструкції цілком гідний охолоджувати настільки потужний і гарячий GPU, як Vega 20, але навряд чи проявить в тестах екстраординарну ефективність. Як не крути, для 300 Вт потужності у Radeon VII досить-таки невеликий радіатор, а напрямок ребер радіатора і закрита форма кожуха дозволяють випускати повітря тільки перпендикулярно материнській платі.

Однак ці недоліки в якійсь мірі компенсує незвичайний термоінтерфес між радіатором і кристалом GPU. Замість термопасти підставу випарної камери покрито особливим щільним складом. За словами AMD відомо, що це термопрокладка Hitachi TC-HM03 на основі графітових волокон. Але зі звичайними Термопрокладки, які в Radeon VII наклеєні на польові транзистори VRM, вона має мало загального. Паспортна теплопровідність Hitachi TC-HM03 (25-45 Вт/м·К) істотно вище, ніж у якісних мінеральних термопаст (12,5 Вт/м·К). Єдиний мінус цього рішення в тому, що прокладку можна використовувати повторно після зняття радіатора - матеріал обов'язково порветься і не факт, що його можна замінити на звичайну термопасту. Справа в тому, що зазор між підошвою випарної камери і поверхнею GPU розрахований на товщину прокладки - після того, як користувач видалить з чіпа недоноски Hitachi TC-HM03, доведеться нанести термопасту надлишково товстим шаром, і ніхто не гарантує рівномірність притиску радіатора. В теорії, можна посилити тиск за рахунок гвинтів на зворотному боці PCB, але вони, здається, вже і так закручені дощенту.

Серед перших володарів Radeon VII обов'язково знайдуться сміливці, які демонтують систему охолодження, і тоді стане відомо, допускає новинка безпечну зміну термоінтерфейсу. Але ми вирішили поберегти дороге і потенційно дефіцитне пристрій, залишивши радіатор на місці.

Друкована плата

Оскільки ми не стали розбирати тестовий екземпляр Radeon VII через побоювання порушити роботу системи охолодження або розколоти GPU в результаті заміни термоінтерфейсу, а AMD не надала фотографій внутрішнього устрою відеокарти, в цьому питанні довелося вдатися до сторонніх джерел. Однак PCB різних зразків Radeon VII навряд чи відрізняються в межах однієї партії, а єдине фото фронтальної поверхні несе майже всю цікаву нам інформацію.

завдяки тому, що стеки оперативної пам'яті HBM2 розташовані на загальній кремнієвій підкладці з графічним процесором (на відміну від перших зразків Radeon RX Vega 64, проміжки між чіпами вже залиті епоксидним компаундом), значна частина текстоліту в Radeon VII пустує, але відразу видно, з якою метою друковану плату зробили ширше в порівнянні з референсними зразками Radeon RX Vega. Додаткова площа знадобилася для того, щоб розмістити компоненти посиленою системи харчування. Тут є посадочні майданчики для дроселів, конденсаторів і MOSFET'ов шістнадцяти окремих фаз. AMD не тільки відмовилася від здвоєних драйверів польових транзисторів, але застосовує дорогі польові транзистори з інтегрованим драйвером (DrMOS). Крім того, текстоліт Radeon VII незвично товстий - мабуть товщі, ніж у будь-якій іншій відеокарти, з якої ми мали справу. А оскільки доріжки на платі для зв'язку з оперативною пам'яттю чіпу Vega 20 не потрібні, причина напевно в регуляторі напруги.

Втім, з шістнадцяти фаз VRM в Radeon VII розпаяні тільки дванадцять - на одну менше, ніж на референсних платах Vega першого покоління. Судячи з розведення, десять фаз призначені для графічного процесора і дві - для чіпів пам'яті HBM2. Харчування надходить через два восьмиконтактних роз'єму, а значить потужність, яку Radeon VII може освоїти в рамках струму, на який розраховані ці провідники разом зі слотом PCI Express, становить 375 Вт. Судячи з того, що BIOS відеокарти дозволяє збільшити енергоспоживання зі штатних 300 Вт на 20 % (аж до 360 Вт), AMD дотримується цих специфікації.

Завершуючи фізичний огляд новинки, відзначимо що на платі Radeon VII немає двох компонентів, без яких в останні роки не обходилась жодна високопродуктивна карта AMD - індикатора потужності у вигляді світлодіодним лінійки поруч з роз'ємами живлення і, що більш важливо, резервної мікросхеми BIOS.