Radeon R9 290X: Hawaii pod lupou
20.11.2013, Petr Štefek, recenze
Hawaii je po delší době zbrusu nové grafické jádro AMD, které budeme vídat v těch nejvýkonnějších grafických kartách tohoto výrobce. Novinky nejsou jen na úrovni GPU, ale ve fungování celé karty.
Kapitoly článku:
- Radeon R9 290X: Hawaii pod lupou
- Graphics Core Next 1.1 - malý ale důležitý krůček kupředu
- AMD Hawaii - vypilované Tahiti
- Vylepšené CrossFire - XDMA a další novinky
- Vylepšené PowerTune - Newton v praxi
CrossFire je podobně jako konkurenční SLI cestou, jak na jedné základní desce provozovat 2 nebo více grafických karet pro herní nasazení. CrossFire je také základem pro práci dvoučipových karet AMD, kde na jednom plošném spoji spolupracují 2 samostatná GPU. Někteří recenzenti objevili pomocí šikovné aplikace FCAT, že CrossFire má problém s vypouštěním snímků, které sice byly renderovány, ale nakonec nebyly zobrazeny. Tato skutečnost byla pro AMD velmi tristní, a tak nezbývalo nic jiného než pověřit příslušný tým, aby tuto politování hodnou skutečnost napravil.
V první fázi se AMD soustředilo na odladění problému na běžných systémech u rozlišení 2560x1600 a nižších, což znamená především samostatné monitory o úhlopříčce do 30“. Druhá fáze pak bude zahrnovat především multimonitorové systémy, kde je odstranění problému plánováno na listopad tohoto roku. Díky FCAT může dnes téměř kdokoli takto postavený systém prověřit. FRAPS, který byl recenzenty na tyto účely léta používán, je na odhalení tohoto problémů krátký.
XDMA je nový hardware DMA pro čipy na architektuře GCN 1.1 a mělo by se jednat o kompletní řešení pro výše uvedené problémy. XDMA je přítomno pouze na GPU Hawaii a bude tedy řešením pouze a jenom pro konfigurace, kde se uplatní dva a více Radeonů R9 290X. Novinkou také bude absence CrossFire můstku (CFBI – CrossFire Bridge Interconnect), kde se celá logika přesunula do GPU a komunikace se odehrává pouze přes sběrnici PCIe.
Starší řešení v podobě můstku CFBI, které je s námi již od dob Radeonu X1900 disponovalo datovou propustností 900 MB/s. Tento hardwarový můstek spojoval přímo obě GPU a měl mimo jiné ve svých kompetencích přenos renderovaného snímku do hlavního GPU (grafická jádra fungovala na principu master-slave). To má svá úskalí, protože s rostoucím rozlišením a obnovovací frekvencí může být právě tento můstek úzkých místem.
Představme si, že máme systém, kde je přítomný pouze jediný monitor a v systému máme dvojici starších Radeonů s můstkem CFBI. V tomto případě není problémem datová propustnost, protože FCBI bez problému zvládne až rozlišení 2560x1600 při 60Hz a AMD zde vše vyřeší pouhou úpravou algoritmu, který má na starosti slučování snímků v hlavním GPU. Zde by mohl být (a pro většinu z nás je) konec příběhu. Naneštěstí ale toto řešení nestačí u systémů s 4K monitory nebo multi-monitorovými systémy Eyefinity.
Zdroj: Anandtech.com - funkční schéma CrossFire architektury GCN 1.0
V případě 4K rozlišení a hraní na multi-monitorových konfiguracích je ovšem situace kritická, protože tam zmiňovaných 900 MB/s zdaleka nestačí. Pokud si vezmeme 4K rozlišení (3840x2160), znamená to, že s každým snímkem potřebujeme přenést 24 MB dat, což při snímkovací frekvenci na úrovni 60 Hz resp. 60 FPS znamená přenést 1440 MB/s. To znamená, že všechny snímky přenést nemůžeme a některé z nich prostě a jednoduše algoritmus vyřadí (podle jakého klíče nevíme).
V případě Eyefinity a trojice monitorů je situace velmi podobná. Za každý vykreslený snímek musíme mezi GPU přenést zhruba 20 MB/s (situace při Full HD monitorech), což opět dává zhruba 1200 MB/s. Limitace je zřejmá a zde už pomůže jen opravdová změna řešení. Elegantnější je vyřešit tuto komunikaci skrze rychlé rozhraní PCIe.
Starší GPU (GCN 1.0) nedisponovaly jakoukoli podporou pro tento typ DMA přenosů přes PCIe, takže jedinou schůdnou cestou bylo omezení snímkovací frekvence tak, aby nepřesáhla limit propustnosti CFBI. To znamená např. pro 4K maximální snímkovací frekvenci 30 FPS. To samozřejmě není úplně ideální pro hraní. Podobná snímkovací frekvence postačí pro přehrávání videa, ale tam zase nepotřebujeme nasazovat CrossFire.
Zdroj: Anandtech.com - funkční schéma CrossFire architektury GCN 1.1
V případě GPU Hawaii si AMD bylo vědomo těchto problémů, a tak přistoupilo k využití PCIe sběrnice a přidalo dedikovaný hardware pro tyto přenosy přímo do GPU. XDMA má v kompetencích realizovat DMA přenosy mezi grafickými jádry bez pomoci CPU. Takto lze obejít limity starších grafických jader, jako Tahiti či Cape Verde. Bonair nebo Hawaii na tom tedy budou ve vysokých rozlišeních lépe než jejich předchůdci.
XDMA je umístěno na GPU jako součást DCB (Display Controller Block) a dovoluje těmto jednotkám komunikovat mezi sebou navzájem. CPU je z této komunikace vynecháno. XDMA je ale velmi jednoduchý DMA hardware, který není navržen jako nic jiného než jako DMA engine pro display controller. Vše ostatní zůstává pod taktovkou obrazového kontroleru. AMD řídí tento XDMA engine výhradně přes algoritmy v ovladačích grafického jádra a nejde o nějaký samostatný hardware. Tímto způsobem AMD také nepřišlo o možnost využití stávajících algoritmů zodpovědných za „skládání“ výsledného obrazu u CrossFire.
Samozřejmě, že je toto řešení opět něčím vykoupeno a tím něčím je alokování části přenosové kapacity PCIe pro své vlastní účely. Pokud ovšem srovnáme rychlost PCIe x16 (16 GB/s) s rychlostí CFBI (900 MB/s), tak je jasné, že je toto řešení rozumné. Ukrojení až 1,44 GB/s z přenosové kapacity PCIe 16x nezpůsobí žádný pozorovatelný propad ve výkonu. Rozdíl mezi výslednými výkony high-endových grafických karet na PCIe 8x a PCIe 16x je zanedbatelný. PCIe ovšem není navržena pro oboustrannou komunikaci mezi GPU a oproti dedikovanému můstku CFBI se zhorší významným způsobem i latence pro komunikaci. Vše bude do značné míry ovlivňovat PCIe bridge, který to může zhoršit nebo zlepšit. Společnost ale tvrdí, že přínos tohoto řešení, resp. jeho výhody značně převyšují nevýhody.
Podle prvních testů se zdá, že AMD své sliby splnilo a řešení CrossFire bez CFBI se jeví v praxi stejně dobré jako v případě verze CFBI. Nicméně, stále zde leží pro AMD několik výzev, které spadají především do oblasti 4K a Eyefinity, kde jsou stále problémy. AMD nyní usilovně pracuje ne řešení a podle všeho by se toto řešení mělo objevit tento měsíc. XDMA a další dílčí vylepšení nejsou dostupná pro starší GPU. Někde se ale začít musí a přinejmenším AMD ukázalo, že má řešení tohoto kritizovaného problému.
Toto řešení zároveň AMD posunulo směrem k Nvidii, která podobné řešení bez můstku provozuje již léta, a zlí jazykové by mohli opět říkat, že AMD konečně v tomto ohledu dotahuje konkurenci. Skutečně tomu tak je, protože SLI pod taktovkou Nvidie bylo podstatně flexibilnější a společnost mohla případné problémy řešit optimalizací na straně ovladačů resp. algoritmů, což AMD dosud nemohlo. CrossFire v podobě dvou Radeonů R9 290X ale bude spíše výsadou opravdových nadšenců a majitelů multimonitorových systémů a 4K zobrazovačů.
V první fázi se AMD soustředilo na odladění problému na běžných systémech u rozlišení 2560x1600 a nižších, což znamená především samostatné monitory o úhlopříčce do 30“. Druhá fáze pak bude zahrnovat především multimonitorové systémy, kde je odstranění problému plánováno na listopad tohoto roku. Díky FCAT může dnes téměř kdokoli takto postavený systém prověřit. FRAPS, který byl recenzenty na tyto účely léta používán, je na odhalení tohoto problémů krátký.
XDMA je nový hardware DMA pro čipy na architektuře GCN 1.1 a mělo by se jednat o kompletní řešení pro výše uvedené problémy. XDMA je přítomno pouze na GPU Hawaii a bude tedy řešením pouze a jenom pro konfigurace, kde se uplatní dva a více Radeonů R9 290X. Novinkou také bude absence CrossFire můstku (CFBI – CrossFire Bridge Interconnect), kde se celá logika přesunula do GPU a komunikace se odehrává pouze přes sběrnici PCIe.
Starší řešení v podobě můstku CFBI, které je s námi již od dob Radeonu X1900 disponovalo datovou propustností 900 MB/s. Tento hardwarový můstek spojoval přímo obě GPU a měl mimo jiné ve svých kompetencích přenos renderovaného snímku do hlavního GPU (grafická jádra fungovala na principu master-slave). To má svá úskalí, protože s rostoucím rozlišením a obnovovací frekvencí může být právě tento můstek úzkých místem.
Představme si, že máme systém, kde je přítomný pouze jediný monitor a v systému máme dvojici starších Radeonů s můstkem CFBI. V tomto případě není problémem datová propustnost, protože FCBI bez problému zvládne až rozlišení 2560x1600 při 60Hz a AMD zde vše vyřeší pouhou úpravou algoritmu, který má na starosti slučování snímků v hlavním GPU. Zde by mohl být (a pro většinu z nás je) konec příběhu. Naneštěstí ale toto řešení nestačí u systémů s 4K monitory nebo multi-monitorovými systémy Eyefinity.
Zdroj: Anandtech.com - funkční schéma CrossFire architektury GCN 1.0
V případě 4K rozlišení a hraní na multi-monitorových konfiguracích je ovšem situace kritická, protože tam zmiňovaných 900 MB/s zdaleka nestačí. Pokud si vezmeme 4K rozlišení (3840x2160), znamená to, že s každým snímkem potřebujeme přenést 24 MB dat, což při snímkovací frekvenci na úrovni 60 Hz resp. 60 FPS znamená přenést 1440 MB/s. To znamená, že všechny snímky přenést nemůžeme a některé z nich prostě a jednoduše algoritmus vyřadí (podle jakého klíče nevíme).
V případě Eyefinity a trojice monitorů je situace velmi podobná. Za každý vykreslený snímek musíme mezi GPU přenést zhruba 20 MB/s (situace při Full HD monitorech), což opět dává zhruba 1200 MB/s. Limitace je zřejmá a zde už pomůže jen opravdová změna řešení. Elegantnější je vyřešit tuto komunikaci skrze rychlé rozhraní PCIe.
Starší GPU (GCN 1.0) nedisponovaly jakoukoli podporou pro tento typ DMA přenosů přes PCIe, takže jedinou schůdnou cestou bylo omezení snímkovací frekvence tak, aby nepřesáhla limit propustnosti CFBI. To znamená např. pro 4K maximální snímkovací frekvenci 30 FPS. To samozřejmě není úplně ideální pro hraní. Podobná snímkovací frekvence postačí pro přehrávání videa, ale tam zase nepotřebujeme nasazovat CrossFire.
Zdroj: Anandtech.com - funkční schéma CrossFire architektury GCN 1.1
V případě GPU Hawaii si AMD bylo vědomo těchto problémů, a tak přistoupilo k využití PCIe sběrnice a přidalo dedikovaný hardware pro tyto přenosy přímo do GPU. XDMA má v kompetencích realizovat DMA přenosy mezi grafickými jádry bez pomoci CPU. Takto lze obejít limity starších grafických jader, jako Tahiti či Cape Verde. Bonair nebo Hawaii na tom tedy budou ve vysokých rozlišeních lépe než jejich předchůdci.
XDMA je umístěno na GPU jako součást DCB (Display Controller Block) a dovoluje těmto jednotkám komunikovat mezi sebou navzájem. CPU je z této komunikace vynecháno. XDMA je ale velmi jednoduchý DMA hardware, který není navržen jako nic jiného než jako DMA engine pro display controller. Vše ostatní zůstává pod taktovkou obrazového kontroleru. AMD řídí tento XDMA engine výhradně přes algoritmy v ovladačích grafického jádra a nejde o nějaký samostatný hardware. Tímto způsobem AMD také nepřišlo o možnost využití stávajících algoritmů zodpovědných za „skládání“ výsledného obrazu u CrossFire.
Samozřejmě, že je toto řešení opět něčím vykoupeno a tím něčím je alokování části přenosové kapacity PCIe pro své vlastní účely. Pokud ovšem srovnáme rychlost PCIe x16 (16 GB/s) s rychlostí CFBI (900 MB/s), tak je jasné, že je toto řešení rozumné. Ukrojení až 1,44 GB/s z přenosové kapacity PCIe 16x nezpůsobí žádný pozorovatelný propad ve výkonu. Rozdíl mezi výslednými výkony high-endových grafických karet na PCIe 8x a PCIe 16x je zanedbatelný. PCIe ovšem není navržena pro oboustrannou komunikaci mezi GPU a oproti dedikovanému můstku CFBI se zhorší významným způsobem i latence pro komunikaci. Vše bude do značné míry ovlivňovat PCIe bridge, který to může zhoršit nebo zlepšit. Společnost ale tvrdí, že přínos tohoto řešení, resp. jeho výhody značně převyšují nevýhody.
Podle prvních testů se zdá, že AMD své sliby splnilo a řešení CrossFire bez CFBI se jeví v praxi stejně dobré jako v případě verze CFBI. Nicméně, stále zde leží pro AMD několik výzev, které spadají především do oblasti 4K a Eyefinity, kde jsou stále problémy. AMD nyní usilovně pracuje ne řešení a podle všeho by se toto řešení mělo objevit tento měsíc. XDMA a další dílčí vylepšení nejsou dostupná pro starší GPU. Někde se ale začít musí a přinejmenším AMD ukázalo, že má řešení tohoto kritizovaného problému.
Toto řešení zároveň AMD posunulo směrem k Nvidii, která podobné řešení bez můstku provozuje již léta, a zlí jazykové by mohli opět říkat, že AMD konečně v tomto ohledu dotahuje konkurenci. Skutečně tomu tak je, protože SLI pod taktovkou Nvidie bylo podstatně flexibilnější a společnost mohla případné problémy řešit optimalizací na straně ovladačů resp. algoritmů, což AMD dosud nemohlo. CrossFire v podobě dvou Radeonů R9 290X ale bude spíše výsadou opravdových nadšenců a majitelů multimonitorových systémů a 4K zobrazovačů.
