Budoucí CPU a GPU: co přinese příští rok?

Čekání na Greenland

Společnost AMD letos dostala na trh novou generaci karet Radeon Rx 300, které ovšem ve všech případech použily 28nm GPU a leckdy i opět recyklované staré čipy s architekturou GCN 1.0, tedy Trinidad (dříve Pitcairn) nebo Oland. Moderní architekturu GCN 1.2 nabízí pouze Antigua (Tonga) a zbrusu nové Fiji. Vedle karet Fiji, čili Radeon R9 Fury X, Fury a Nano, se tedy za moderní dá považovat už jen Radeon R9 380, jenž by měl brzy dostat po bok model Radeon R9 380X. Ten má vůbec poprvé využít plnohodnotnou Tongu s výbavou 2048 GCN jader, 124 TMU a 32 ROP. Ještě před koncem tohoto roku se pak má objevit dvoučipová R9 Fury X2 a pak už můžeme čekat na zbrusu novou generaci.
AMD si ji připravuje pod označením Arctic Islands, jimž bude vévodit Greenland, tedy největší a nejvýkonnější čip. Firma hovoří o dvojnásobné energetické efektivitě, což jde na vrub tomu, že po řadě let bude 28nm technologie nahrazena 16nm nebo 14nm. Záleží na tom, zda AMD využije továrny firmy TSMC (16FF+) nebo GlobalFoundries (14LPP), což nám tato firma na rozdíl od NVIDIE ještě neprozradila. Lepší výrobní technologie a vyšší energetická efektivita zajistí, aby se na stejnou plochu mohl vměstnal přibližně dvojnásobek tranzistorů, přičemž to je hlavní cesta ke zvýšení výkonu. Nové čipy tak nabídnou podstatně více shaderů, TMU a ROP.

Dalším předpokladem pro nástup generace karet, jež nechá ty minulé daleko za sebou, je i nahrazení dýchavičných pamětí GDDR5. Ty už téměř nemají kam růst, neboť cesty ke zvýšení jejich propustnosti jsou dvě a výrobci jsou na jejich konci. Jde o pracovní frekvenci samotných pamětí a pak o rozšiřování rozhraní. Dnes se používají maximálně 7GHz GDDR5, přičemž strop této technologie je na 8 GHz (efektivně, jinak je takt 2 GHz), přičemž ani to by nic zásadního nepřineslo. AMD zase využívá spíše širší rozhraní, a to až 512bitové, což zase vyžaduje složité PCB a snížení frekvencí pamětí. Čili GDDR5 jsou zralé na to, aby uvolnily místo jiným technologiím, přičemž reální adepti jsou dva - HBM2 nebo GDDR5X.

GDDR5X jako vylepšené paměti sice slibují vysoký výkon, jenž by se mohl dostat na dvojnásobek původních GDDR5, ovšem neřeší jejich vysokou spotřebu. Paměti typu HBM na to jdou jinak, a to značným rozšířením sběrnice, díky čemuž mohou dosáhnout vysoké propustnosti a přitom pracovat na nízkém taktu a být úsporné. Ušetřenou energii pak může karta využít v GPU a zvýšit jeho výkon. GDDR5X by tedy mohly nahradit GDDR5, což bude záviset na tom, jak složité bude či nebude jejich nasazení. Budoucnost grafických karet ovšem je v pamětech HBM či podobných, ale s GDDR5 se samozřejmě ihned nerozloučíme, čeká nás jako obvykle postupný přechod.

Jaké budou Arctic Islands?

AMD je v tomto případě méně sdílné než NVIDIA, a tak jsou známé informace zatím spíše v rovině spekulací a něco si můžeme odvodit. Už jsme nakousli téma výkonu, který bude tedy ovlivněn především dostupností lepšího výrobního procesu, na nějž čekáme už dlouho. Díky němu by se tedy konfigurace jádra 4096:256:64 (SP:TMU:ROP) mohla ideálně zdvojnásobit, na což tedy nejze spoléhat. Teoreticky by tedy Greenland mohl dosáhnout dvojnosobného výkonu čipů Fiji XT na kartě Fury X. A to je něco, co jsme ve světě grafických karet už dlouho nezažili.
Nicméně to je také vše, co nám AMD o chystaných kartách prozradilo. Můžeme se ale ještě spolehnout na to, že firma využije paměti HBM2, protože to je logické a očekávatelné. AMD už má s těmito paměťmi své zkušenosti a investovalo dost času a prostředků do jejich vývoje ve spolupráci s firmou SK Hynix, která tedy odvedla hlavní část práce. Díky tomu bude mít své HBM2 u této firmy rezervované, což by mohl být pro NVIDII problém, kdyby ovšem HBM2 nevyráběl také Samsung.

Tyto nové paměti tedy dorazí právě včas, aby nabídly svou vysokou propustnost výkonným GPU, jež by klasické GDDR5 už brzdily. Ještě první generace HBM je značně omezena, a to tím, že karty Fury mohou využít jen 4 GB s propustností 512 GB/s. Nové HBM2 tato omezení překonají. Jednak zdvojnásobí svou propustnost, takže herní modely karet dosáhnou na 1 TB/s a potom bude k dispozici i více různých kapacit.
Jak ukazuje tato fotografie, výkon pamětí HBM2 bude záviset čistě na jejich počtu, neboť každý paměťový čip rozšíří paměťové rozhraní. Jeden tak dosáhne 256 GB/s, dva 512 GB/s, atd. A vzhledem k tomu, že jde o vrstvené paměti, tak stačí přidat další vrstvy pro rozšíření kapacity. HBM2 tak mohou začít na 2 GB a 256 GB/s a sklončit až na 48 GB s propustností 1,5 TB/s. Pro grafické karty chystané na příští rok se ale počítá se čtyřmi konfiguracemi. Mainstreamové modely (dnes to je třeba Radeon R9 380) dostanou 2 GB s 256 GB/s (mohly by to být ale i 4 GB). Výkonnější modely jako R9 390 už dostanou dvojnásobek kapacity i propustnosti a Greenland jako nejlepší model bude moci využít až 16 GB s 1 TB/s.

Jde také o to, že čím méně paměťových čipů se využije, tím bude jednodušší a levnější i výroba. Pro propojení GPU a HBM se totiž využívá tzv. interposer, tedy křemíková destička s tisíci datovými spoji, která nahrazuje klasické datové cestičky v PCB. Dnes je to na kartách Fury konfigurace GPU a čtyř čipů HBM, přičemž pro nový mainstream bude stačit jen jeden paměťový čip. Otázka tedy je, zda takové řešení nakonec nebude pro výrobce z hlediska nákladů srovnatelné s GDDR5, jež by se tedy dostaly už jen do low-endu. Firmy AMD a NVIDIA by o to rozhodně měly mít zájem, a to právě díky energetické úspornosti HBM. Mimochodem, kódové označení pro čipy stojící pod vlajkovým Greenland jsou dle nezaručených zpráv Ellesmere a Baffin, oba rovněž čipy určené pro výrobní proces FinFET.

Rodina	AMD Arctic Islands	AMD Caribbean Islands
Označení nejlepšího GPU	AMD Greenland	AMD Fiji XT
Výrobní proces	16/14 FinFET (TSMC/GloFo)	28nm HPM
Počet tranzistorů	15-18 miliard	8,9 miliard
HBM (spotřebitelské karty)	4-16 GB (SK Hynix) HBM2	4 GB HBM (SK Hynix)
HBM Memory (profesionální)	32 GB (SK Hynix) HBM2	-
Paměťová propustnost	1 TB/s (max)	512 GB/s
Architektura	GCN 2.0?	GCN 1.2
Předchůdce	Fiji (R9 Fury X)	Hawaii XT (R9 290X)

Doufejme tedy, že se brzy objeví nové informace, na jejichž základě bychom mohli tyto předpovědi upřesnit. Dobrá zpráva ale také je, že AMD chce obměnit všechna GPU, čili příští generace Radeonů by už neměla recyklovat starší modely a otázka je, jakou strategii AMD zvolí pro jejich uvedení na trh. Dle wccftech by je firma měla představit hromadně, stejně jako aktuální Radeony 300.