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:
Hawai přináší také vylepšení firemní technologie PowerTune, která ovšem není označena tak, aby bylo jasné, že jde o značně vylepšenou verzi téhož na starších GPU (GCN 1.0). Upravené PowerTune dává najevo, jak budou pracovat v tomto ohledu všechna nová GPU AMD (včetně Bonair). AMD zapracovalo nejen na flexibilitě PowerTune, ale i na řízení otáček větráků.
PowerTune ve spojení s GPU Hawaii dostalo do vínku komplexní monitorování hardware a možnosti nastavování jednotlivých parametrů, jako je tomu u Nvidia GPU Boost 2.0, což je také novinka letošního roku (AMD v tomto ohledu opět dohání). Možnosti zahrnují nejen jemné ladění pracovní frekvence a voltáže jádra (to nabízelo už Tahiti), ale i dohled nad celkovou spotřebou akcelerátoru, teplotou jádra a v neposlední řadě dohled nad rychlostí aktivních větráků. Hawaii resp. Radeon R9 290X by tak měl být uživatelsky podstatně přívětivější.
Srovnání starší a novější verze PowerTune je poměrně jednoduché. Starší architektura GCN 1.0 měla typicky podle typu GPU 3 nebo 4 stavy (stav v nečinnosti – iddle, střední vytížení, vysoké vytížení a konečně také boost, resp. zvýšení pracovní frekvence nad rámec standardu). Někdy ale nastala situace, kdy se z jednotlivých stavů přeskakovalo z jednoho do druhého, což vedlo ke zrychlování a zpomalování větráku a dalším negativním jevům včetně propadů výkonu. Hawaii má toto již vyřešeno a jde ještě dále.
AMD řešilo, jak se postavit k problému, kdy sice můžete jádru měnit frekvenci a tím částečně dosahovat regulace spotřeby, ale zároveň čelíte faktu, že největší vliv na spotřebu má regulace voltáže. U starších jader AMD snižovalo pracovní frekvenci GPU, ale jen málo a skokově se zabývalo také snižováním voltáže jádra. U Hawaie byl cíl jasný. Je nutné řídit jemným krokovým způsobem nejen pracovní frekvenci, ale v přímé úměře i voltáž, při které může GPU stabilně pracovat. Čím jemnější toto řízení bude, tím lépe se z GPU bude dát vydolovat maximum výkonu v každé situaci a zároveň udržet slušné provozní vlastnosti.
PowerTune Radeon HD 7790 - Bonair - 8 stavů (voltáž/frekvence)
Pro odstranění limitací staršího Tahiti a dalších GPU této architektury muselo udělat AMD změny nejen v GPU, ale i na grafické kartě. Tyto změny se týkají obou zástupců architektury GCN 1.1, tedy GPU Bonair a Hawaii. Power management karty je řízen externím kontrolerem a v GPU je telemetrické rozhraní, které dává příslušné informace právě zmiňovanému kontroleru, aby následně mohly být měněny v co nejkratší době jednotlivé power states jádra. Je to právě tento kontroler, který má klíčovou funkci a musí být tedy schopen zpracovávat všechna příchozí data a včas, resp. co možná nejrychleji měnit v rámci power managementu stav karty.
Architektura GCN 1.1 přidává specializované kontrolery voltáže pro nové rozhraní, které jsou označovány jako SVI2 (Serial VID Interface 2), které jsou nyní zodpovědné za řízení voltáže skrze PowerTune. Ve zkratce toto vylepšení telemetrického rozhraní znamená pro AMD schopnost definovat podstatně více power states a rychle mezi nimi přepínat (rychlost je to, o co zde běží).
Radeon R9 290X a Radeon R7 260X ve spojení s kontrolerem označovaným jako IR3567B dostává možnosti, jak rychle měnit voltáže každých 10 mikro sekund a k tomu přidává možnost měnit voltáže ve 255 krocích po 6,25 mV (v rozmezí od 0 do 1,5V). Jemné ladění voltáže a frekvence je klíčem k maximálnímu využití TDP a zároveň lze podle vytížení regulovat v závislosti na spotřebě množství vyzářeného odpadního tepla a regulovat také chlazení. Často kritizovaná vlastnost Radeonů v oblasti hlučnosti chlazení tak snad vezme za své a nové karty budou v případě práce nebo sledování filmů příkladně tiché a v případě vytížení bude dělat maximum, abychom neměli pod „kapotou“ počítače chlazení hlučné jako vysavač.
Radeon R9 290X bude flexibilnější a bude reagovat na konkrétní aplikaci. Změny nastaly i v oblasti maximálních povolených teplot v kombinaci s otáčkami ventilátoru. Celkově se dá říct, že Hawaii se orientuje spíše na snížení hlučnosti než na nízké teploty GPU. V zátěži se pohybuje teplota GPU téměř vždy okolo 95°C a v závislosti na frekvenci a voltáži se regulují otáčky větráku aktivního chlazení.
AMD nemluví o maximální spotřebě, ale typicky se bude při maximálním zatížení pohybovat okolo 300 W. Zvolit si v případě PowerTune můžete také režim, v kterém bude karta pracovat. Tichý režim znamená, že karta se při zatížení dostane na maximální hranici 95°C při 40% otáčkách větráku. To v praxi znamená nižší voltáž jádra a nižší frekvenci GPU. Pak zde máme i režim, kdy jde o výkon na prvním místě a karta opět kopíruje vzorec, kdy dorazí na hranici 95°C při přibližně 55% maximální rychlosti větráků a samozřejmě vyšší frekvenci a voltáži jádra než při předešlém režimu. Hračičkové ale nemusí zoufat, protože v rámci PowerTune si můžete nastavit cílovou teplotu, spotřebu i jiné parametry.
Radeon R9 290X přináší přímou spojitost mezi výkonem a hlučností, takže uživatel si musí sám zhodnotit a pomocí PowerTune nastavit, jaké jsou jeho priority. Starší Radeony fungovaly tak, že se zvyšující spotřebou a následně teplotou stoupaly otáčky ventilátoru. To teď do značné míry neplatí, protože rozhoduje nastavená cílová teplota, kterou PowerTune udržuje, přizpůsobuje tomu otáčky. Cílová teplota ale nemusí být nutně poměrně vysokých 95°C, lze nastavit i nižší hodnoty.
Zajímavostí je zmiňovaný throtlling point, který na rozdíl od konkurenčních GeForce je nastavený o 15 stupňů výše. Ostatně i starší Radeon HD 7970 má tuto mez nastavenou na 80°C. Proč se tedy AMD rozhodlo takto rapidně změnit strategii? Tato operační teplota je tak vysoká, že žádnému křemíkovému čipu nemůže prospívat a žádná grafická karta zatím nebyla navržena, aby stabilně operovala při takto vysoké teplotě. Obecně platí, že čím vyšší je provozní teplota čipu, tím více se snižuje jeho životnost. Výrobce tak zvažuje kompromis mezi životností produktu, dosažitelnými frekvencemi a spotřebou. Jak jsme si již řekli, existuje tu přímá úměra mezi provozní teplotou čipu a jeho nutným selháním v čase, které přichází v případě vysokých teplot podstatně dříve. Stejná závislost existuje i mezi spotřebou a výslednou teplotou. Pokud to tak můžeme říci, nejmenší závislost existuje mezi teplotou a dosažitelnými frekvencemi čipu. Pro provoz na vysokých frekvencích není nutné, aby měl čip vysokou teplotu, což je zřejmé třeba z různých overclockerských soutěží.
Inženýři AMD usoudili, že 28nm výrobní proces TSMC v této fázi nebude představovat překážku pro nastavení maximální operační teploty na 95°C. Původní Tahiti bylo navrženo velmi konzervativně s ohledem na tehdy čerstvý výrobní proces 28nm. Nižší operační teploty jsou v takovémto případě ku prospěchu věci. Hawaii AMD navrhlo tak, aby využilo maximálně dospělého výrobního procesu, který je již zvládnutý na 100 %. Stále je ale nejasné, proč by chtělo AMD dobrovolně přistoupit na vysoké operační teploty GPU. Odpověď je překvapivě jednoduchá.
AMD chtělo využít Newtonova zákona chladnutí, který říká, že čím je větší je rozdíl mezi teplotou zdroje tepla a jeho prostředím, tím více tepelné energie lze převést. AMD tak dokáže se stejným chladičem odvést více tepla z GPU, které je teplejší. Radeon R9 290X pracující při teplotě 95°C spotřebuje více energie (a také poskytne více výkonu), ale nepotřebuje přitom zvýšení chladícího výkonu, který by AMD muselo dimenzovat jinak, pokud by maximální operační teplota byla nižší. Jakkoli to může znít absurdně, tak to prostě funguje.
Problém se snížením životnosti vlivem vysokých teplot ale AMD nijak nekomentuje kromě toho, že to nebude představovat problém. Podle designu chladiče s turbínou ale lze předpokládat, že výrobci grafických karet přijdou s vlastními chladiči, které budou dimenzovány lépe a navíc budou tišší. Přitom referenční chladiče AMD nikdy nebyly vzorovým příkladem tichého chlazení. Je tedy možné, že jinak dimenzovaný chladič přinese i výrazně jiné provozní teploty, resp. nižší otáčky větráků v těchto chladičích. A je taky možné, že ostatní výrobci budou kopírovat tuto strategii AMD a zůstanou u podobně dimenzovaných chladičů.
Berme tedy v případě nového Radeonu R9 290X resp. GPU Hawaii 95°C pouze jako číslo, které neznamená negativní nálepku karty, ale pouze její vlastnost. Tento měsíc budou výrobci jako Gigabyte nebo Asus uvádět své modely, takže první produktové recenze na sebe nenechají dlouho čekat.
Pro koncové uživatele je ale důležité, jak se PowerTune projeví v praxi, což v tomto případě znamená hlavně přetaktování a další možnosti ladění. Všechny možnosti, které PowerTune nabízí, budou uživateli zpřístupněny v ovladačích skrze ovládací panel Overdrive, kde graficky budete informování o tom, jak jsou vaše nastavení pro kartu únosná. Najdete tu běžné obligátní nastavení úrovně power limitu a nově také cílovou teplotu a maximální povolené otáčky. Můžete si zvolit přesně podle toho, co je pro vás v dané situaci prioritou.
AMD ale předělalo i možnosti přetaktování, kde se již nenastavuje zvyšování frekvencí pomocí šoupátek ukazujících konkrétní frekvence, ale pouze procentuální zvýšení oproti základní frekvenci. Pro zjištění aktuálních frekvencí tedy stejně budete muset využívat utilitu třetí strany. AMD se vyhýbá používání konkrétních frekvencí a vše bude ještě trochu chaotičtější, až se na trhu objeví speciální edice karet s GPU Hawaii a rozdílnými frekvencemi. Zvýšení o 5-10 % bude u těchto karet znamenat větší navýšení než u referenční verze. Ve své podstatě to ale problém nepředstavuje, protože chroničtí overclockeři si najdou své vlastní utility a těm ostatním bude zřejmě jedno, jestli vidí konkrétní frekvenci nebo ví, že přetaktovali o 10 %.
Uživatelům v taktování bude pomáhat 2D mapa, kde jsou znázorněny barvami očekávané provozní vlastnosti a na jednotlivých osách nastavované parametry. AMD toto vylepšení Overdrive nazývá tepelnou mapou a je to jedno z nejpraktičtějších vylepšení pro overclocking vůbec. Zkušení přetaktovávači zřejmě ohrnou na podobnou pomůckou nos, ale ti méně zkušení ji mohou považovat za slušné vodítko k tomu, aby ze své karty vymáčkli maximum.
Je samozřejmé, že implementovat podporu pro přetaktování grafických karet na základech GPU Hawaii se budou snažit i vývojáři oblíbených utilit pro přetaktování jako MSI Afterburner. Podle všeho se zdá, že AMD dotáhlo konkurenční GPU Boost 2.0 (Nvidia) a pokud se týká flexibility, tak svého rivala o malinký krok předběhlo. Vše bude ale záviset na tom, jak bude fungovat monitorování aktuálního stavu GPU, což je důležité pro přetaktovávače, aby byli schopni správně identifikovat, kde se karta přehoupla přes limit a proč její výkon šel dolů. V tomto ohledu si nejsem možnostmi PowerTune zcela jistý, ale většině uživatelů by to mělo stačit.
PowerTune ve spojení s GPU Hawaii dostalo do vínku komplexní monitorování hardware a možnosti nastavování jednotlivých parametrů, jako je tomu u Nvidia GPU Boost 2.0, což je také novinka letošního roku (AMD v tomto ohledu opět dohání). Možnosti zahrnují nejen jemné ladění pracovní frekvence a voltáže jádra (to nabízelo už Tahiti), ale i dohled nad celkovou spotřebou akcelerátoru, teplotou jádra a v neposlední řadě dohled nad rychlostí aktivních větráků. Hawaii resp. Radeon R9 290X by tak měl být uživatelsky podstatně přívětivější.
Srovnání starší a novější verze PowerTune je poměrně jednoduché. Starší architektura GCN 1.0 měla typicky podle typu GPU 3 nebo 4 stavy (stav v nečinnosti – iddle, střední vytížení, vysoké vytížení a konečně také boost, resp. zvýšení pracovní frekvence nad rámec standardu). Někdy ale nastala situace, kdy se z jednotlivých stavů přeskakovalo z jednoho do druhého, což vedlo ke zrychlování a zpomalování větráku a dalším negativním jevům včetně propadů výkonu. Hawaii má toto již vyřešeno a jde ještě dále.
AMD řešilo, jak se postavit k problému, kdy sice můžete jádru měnit frekvenci a tím částečně dosahovat regulace spotřeby, ale zároveň čelíte faktu, že největší vliv na spotřebu má regulace voltáže. U starších jader AMD snižovalo pracovní frekvenci GPU, ale jen málo a skokově se zabývalo také snižováním voltáže jádra. U Hawaie byl cíl jasný. Je nutné řídit jemným krokovým způsobem nejen pracovní frekvenci, ale v přímé úměře i voltáž, při které může GPU stabilně pracovat. Čím jemnější toto řízení bude, tím lépe se z GPU bude dát vydolovat maximum výkonu v každé situaci a zároveň udržet slušné provozní vlastnosti.
PowerTune Radeon HD 7790 - Bonair - 8 stavů (voltáž/frekvence)
Pro odstranění limitací staršího Tahiti a dalších GPU této architektury muselo udělat AMD změny nejen v GPU, ale i na grafické kartě. Tyto změny se týkají obou zástupců architektury GCN 1.1, tedy GPU Bonair a Hawaii. Power management karty je řízen externím kontrolerem a v GPU je telemetrické rozhraní, které dává příslušné informace právě zmiňovanému kontroleru, aby následně mohly být měněny v co nejkratší době jednotlivé power states jádra. Je to právě tento kontroler, který má klíčovou funkci a musí být tedy schopen zpracovávat všechna příchozí data a včas, resp. co možná nejrychleji měnit v rámci power managementu stav karty.
Architektura GCN 1.1 přidává specializované kontrolery voltáže pro nové rozhraní, které jsou označovány jako SVI2 (Serial VID Interface 2), které jsou nyní zodpovědné za řízení voltáže skrze PowerTune. Ve zkratce toto vylepšení telemetrického rozhraní znamená pro AMD schopnost definovat podstatně více power states a rychle mezi nimi přepínat (rychlost je to, o co zde běží).
Radeon R9 290X a Radeon R7 260X ve spojení s kontrolerem označovaným jako IR3567B dostává možnosti, jak rychle měnit voltáže každých 10 mikro sekund a k tomu přidává možnost měnit voltáže ve 255 krocích po 6,25 mV (v rozmezí od 0 do 1,5V). Jemné ladění voltáže a frekvence je klíčem k maximálnímu využití TDP a zároveň lze podle vytížení regulovat v závislosti na spotřebě množství vyzářeného odpadního tepla a regulovat také chlazení. Často kritizovaná vlastnost Radeonů v oblasti hlučnosti chlazení tak snad vezme za své a nové karty budou v případě práce nebo sledování filmů příkladně tiché a v případě vytížení bude dělat maximum, abychom neměli pod „kapotou“ počítače chlazení hlučné jako vysavač.
Radeon R9 290X bude flexibilnější a bude reagovat na konkrétní aplikaci. Změny nastaly i v oblasti maximálních povolených teplot v kombinaci s otáčkami ventilátoru. Celkově se dá říct, že Hawaii se orientuje spíše na snížení hlučnosti než na nízké teploty GPU. V zátěži se pohybuje teplota GPU téměř vždy okolo 95°C a v závislosti na frekvenci a voltáži se regulují otáčky větráku aktivního chlazení.
AMD nemluví o maximální spotřebě, ale typicky se bude při maximálním zatížení pohybovat okolo 300 W. Zvolit si v případě PowerTune můžete také režim, v kterém bude karta pracovat. Tichý režim znamená, že karta se při zatížení dostane na maximální hranici 95°C při 40% otáčkách větráku. To v praxi znamená nižší voltáž jádra a nižší frekvenci GPU. Pak zde máme i režim, kdy jde o výkon na prvním místě a karta opět kopíruje vzorec, kdy dorazí na hranici 95°C při přibližně 55% maximální rychlosti větráků a samozřejmě vyšší frekvenci a voltáži jádra než při předešlém režimu. Hračičkové ale nemusí zoufat, protože v rámci PowerTune si můžete nastavit cílovou teplotu, spotřebu i jiné parametry.
Radeon R9 290X přináší přímou spojitost mezi výkonem a hlučností, takže uživatel si musí sám zhodnotit a pomocí PowerTune nastavit, jaké jsou jeho priority. Starší Radeony fungovaly tak, že se zvyšující spotřebou a následně teplotou stoupaly otáčky ventilátoru. To teď do značné míry neplatí, protože rozhoduje nastavená cílová teplota, kterou PowerTune udržuje, přizpůsobuje tomu otáčky. Cílová teplota ale nemusí být nutně poměrně vysokých 95°C, lze nastavit i nižší hodnoty.
Zajímavostí je zmiňovaný throtlling point, který na rozdíl od konkurenčních GeForce je nastavený o 15 stupňů výše. Ostatně i starší Radeon HD 7970 má tuto mez nastavenou na 80°C. Proč se tedy AMD rozhodlo takto rapidně změnit strategii? Tato operační teplota je tak vysoká, že žádnému křemíkovému čipu nemůže prospívat a žádná grafická karta zatím nebyla navržena, aby stabilně operovala při takto vysoké teplotě. Obecně platí, že čím vyšší je provozní teplota čipu, tím více se snižuje jeho životnost. Výrobce tak zvažuje kompromis mezi životností produktu, dosažitelnými frekvencemi a spotřebou. Jak jsme si již řekli, existuje tu přímá úměra mezi provozní teplotou čipu a jeho nutným selháním v čase, které přichází v případě vysokých teplot podstatně dříve. Stejná závislost existuje i mezi spotřebou a výslednou teplotou. Pokud to tak můžeme říci, nejmenší závislost existuje mezi teplotou a dosažitelnými frekvencemi čipu. Pro provoz na vysokých frekvencích není nutné, aby měl čip vysokou teplotu, což je zřejmé třeba z různých overclockerských soutěží.
Inženýři AMD usoudili, že 28nm výrobní proces TSMC v této fázi nebude představovat překážku pro nastavení maximální operační teploty na 95°C. Původní Tahiti bylo navrženo velmi konzervativně s ohledem na tehdy čerstvý výrobní proces 28nm. Nižší operační teploty jsou v takovémto případě ku prospěchu věci. Hawaii AMD navrhlo tak, aby využilo maximálně dospělého výrobního procesu, který je již zvládnutý na 100 %. Stále je ale nejasné, proč by chtělo AMD dobrovolně přistoupit na vysoké operační teploty GPU. Odpověď je překvapivě jednoduchá.
AMD chtělo využít Newtonova zákona chladnutí, který říká, že čím je větší je rozdíl mezi teplotou zdroje tepla a jeho prostředím, tím více tepelné energie lze převést. AMD tak dokáže se stejným chladičem odvést více tepla z GPU, které je teplejší. Radeon R9 290X pracující při teplotě 95°C spotřebuje více energie (a také poskytne více výkonu), ale nepotřebuje přitom zvýšení chladícího výkonu, který by AMD muselo dimenzovat jinak, pokud by maximální operační teplota byla nižší. Jakkoli to může znít absurdně, tak to prostě funguje.
Problém se snížením životnosti vlivem vysokých teplot ale AMD nijak nekomentuje kromě toho, že to nebude představovat problém. Podle designu chladiče s turbínou ale lze předpokládat, že výrobci grafických karet přijdou s vlastními chladiči, které budou dimenzovány lépe a navíc budou tišší. Přitom referenční chladiče AMD nikdy nebyly vzorovým příkladem tichého chlazení. Je tedy možné, že jinak dimenzovaný chladič přinese i výrazně jiné provozní teploty, resp. nižší otáčky větráků v těchto chladičích. A je taky možné, že ostatní výrobci budou kopírovat tuto strategii AMD a zůstanou u podobně dimenzovaných chladičů.
Berme tedy v případě nového Radeonu R9 290X resp. GPU Hawaii 95°C pouze jako číslo, které neznamená negativní nálepku karty, ale pouze její vlastnost. Tento měsíc budou výrobci jako Gigabyte nebo Asus uvádět své modely, takže první produktové recenze na sebe nenechají dlouho čekat.
Pro koncové uživatele je ale důležité, jak se PowerTune projeví v praxi, což v tomto případě znamená hlavně přetaktování a další možnosti ladění. Všechny možnosti, které PowerTune nabízí, budou uživateli zpřístupněny v ovladačích skrze ovládací panel Overdrive, kde graficky budete informování o tom, jak jsou vaše nastavení pro kartu únosná. Najdete tu běžné obligátní nastavení úrovně power limitu a nově také cílovou teplotu a maximální povolené otáčky. Můžete si zvolit přesně podle toho, co je pro vás v dané situaci prioritou.
AMD ale předělalo i možnosti přetaktování, kde se již nenastavuje zvyšování frekvencí pomocí šoupátek ukazujících konkrétní frekvence, ale pouze procentuální zvýšení oproti základní frekvenci. Pro zjištění aktuálních frekvencí tedy stejně budete muset využívat utilitu třetí strany. AMD se vyhýbá používání konkrétních frekvencí a vše bude ještě trochu chaotičtější, až se na trhu objeví speciální edice karet s GPU Hawaii a rozdílnými frekvencemi. Zvýšení o 5-10 % bude u těchto karet znamenat větší navýšení než u referenční verze. Ve své podstatě to ale problém nepředstavuje, protože chroničtí overclockeři si najdou své vlastní utility a těm ostatním bude zřejmě jedno, jestli vidí konkrétní frekvenci nebo ví, že přetaktovali o 10 %.
Uživatelům v taktování bude pomáhat 2D mapa, kde jsou znázorněny barvami očekávané provozní vlastnosti a na jednotlivých osách nastavované parametry. AMD toto vylepšení Overdrive nazývá tepelnou mapou a je to jedno z nejpraktičtějších vylepšení pro overclocking vůbec. Zkušení přetaktovávači zřejmě ohrnou na podobnou pomůckou nos, ale ti méně zkušení ji mohou považovat za slušné vodítko k tomu, aby ze své karty vymáčkli maximum.
Je samozřejmé, že implementovat podporu pro přetaktování grafických karet na základech GPU Hawaii se budou snažit i vývojáři oblíbených utilit pro přetaktování jako MSI Afterburner. Podle všeho se zdá, že AMD dotáhlo konkurenční GPU Boost 2.0 (Nvidia) a pokud se týká flexibility, tak svého rivala o malinký krok předběhlo. Vše bude ale záviset na tom, jak bude fungovat monitorování aktuálního stavu GPU, což je důležité pro přetaktovávače, aby byli schopni správně identifikovat, kde se karta přehoupla přes limit a proč její výkon šel dolů. V tomto ohledu si nejsem možnostmi PowerTune zcela jistý, ale většině uživatelů by to mělo stačit.
