Итоги 2015 года: графические ускорители

Уходящий год мы встретили с надеждой на большие перемены в категории дискретных видеоадаптеров (см. итоги 2014 года). Прошедшие двенадцать месяцев, конечно, не идут ни в какое сравнение с уже далеким 2011-2012 годом, когда оба крупнейших производителя GPU перенесли основную часть своих продуктовых линеек на рельсы техпроцесса 28 нм, практически удвоив производительность, доступную топовым моделям видеоадаптеров по сравнению с предыдущим поколением эпохи 40 нм. Но в отличие от откровенно застойного 2014 года, когда единственным способом сдвинуть планку быстродействия для производителей был выпуск «двухголовых» видеоадаптеров Radeon R9 295X2 и GeForce GTX TITAN Z (в этот раз особенно неуклюжих и монструозных в связи с тепловыделением соответствующих GPU), AMD и NVIDIA все же породили две микросхемы, ныне по праву занимающих верхний ранг в иерархии дискретных GPU – AMD Fiji (семейство Radeon R9 Fury) и NVIDIA GM200 (GeForce GTX 980 Ti, GTX TITAN X).

И это по-своему уникальная ситуация, ведь дискретные GPU уже четыре года подряд выпускаются на базе одной и той же фотолитографической технологии TSMC с нормой 28 нм. Прорыв, который обеспечили Fiji и GM200, стал возможен в первую очередь благодаря тому факту, что оба чипа по площади практически достигли предела, заданного фотомаской, применяемой на конвейере TSMC (596 и 601 мм² для Fiji и GM200 соответственно). Но, что не менее важно, в этих продуктах воплотились лучшие достижения в проектировании энергоэффективной процессорной архитектуры.

GPU нижних эшелонов в связи с появлением новых флагманов по большей части просто сдвинулись вниз и будут нести службу до тех пор, пока производители не представят им замену в лице чипов, произведенных по более прогрессивной норме (заветный час уже близок), однако у нас есть и третий новичок – NVIDIA GM206, который лег в основу видеоадаптеров GeForce GTX 950/960.

Таким образом, архитектура Maxwell, уже второго поколения, теперь заполнила всю линейку продуктов NVIDIA, начиная с карточек доступной геймерской категории. AMD, со своей стороны, перетасовала состав и конфигурацию уже существовавших GPU на базе архитектуры GCN различных версий и представила их под маркой Radeon R5/R7/R9 300.

Расскажем обо всем этом чуть более подробно, а в конце статьи по традиции будет синопсис слухов и публичных обещаний производителей относительно планов по выпуску новых GPU в следующие 12 месяцев. Можно с большой уверенностью утверждать, что в следующем году уж точно AMD и NVIDIA сменят изживший свое техпроцесс 28 нм на более прогрессивный – 14/16 нм, миновав промежуточную ступень 20 нм.

⇡#Что было

⇡#Большой Maxwell – NVIDIA GM200

NVIDIA внедрила новую архитектуру довольно быстрыми по меркам индустрии темпами, так что к моменту появления нового короля дискретных GPU уже существовали четыре чипа линейки Maxwell – GM107 (GeForce GTX 750, GTX 750 Ti), GM108 (GeForce GTX 730), GM204 (GeForce GTX 970, GTX 980) и GM206 (GeForce GTX 960).

Появление в этом ряду чипа с индексом 200 было предопределено, только выбор конкретного техпроцесса оставался под вопросом. Вопреки наилучшему сценарию, NVIDIA по-прежнему использовала проверенный техпроцесс с нормой 28 нм, однако архитектура Maxwell сама по себе создавалась с расчетом на максимально эффективное использование теплового пакета и площади кристалла. Как следствие, ограничения производственной линии на TSMC вполне позволили создать чип, вмещающий в 1,5 раза больше ROP и ядер CUDA и вдвое больше текстурных блоков по сравнению с GM204.

Впрочем, количественным составом вычислительных блоков отличия GM200 от двух остальных GPU из второго поколения Maxwell – GM204 и GM206 – и ограничиваются (не считая того, что GM206 единственный из тройки обладает аппаратным декодером видео формата H.265).

Два продукта, построенных на основе GM200, – GeForce GTX TITAN X и GTX 980 Ti – на сегодняшний день удерживают лидерство в скорости игрового 3D-рендеринга среди дискретных GPU. Единственная проблема GM200 – весьма ограниченная производительность в расчетах двойной точности (FP64). В отличие от предыдущих «Титанов» на базе GK110, TITAN X не имеет никаких преимуществ перед геймерским флагманом (GTX 980 Ti) в этом отношении.

NVIDIA GeForce GTX TITAN X

⇡#GeForce GTX 950 и GTX 960

Эти видеокарты, вышедшие в 2015 году, не предназначены поражать воображение. NVIDIA просто обновила середину своего модельного ряда (и убрала лишние позиции) за счет чипа GM206 на базе архитектуры Maxwell второго поколения. GTX 960 на своем месте заменил GTX 660 и GTX 760, принадлежащие к семейству Kepler, что принесло колоссальное снижение энергопотребления при сохранении прежнего уровня быстродействия. GTX 950 не так эффектно выглядит на фоне остающихся в продаже GTX 750 и GTX 750 Ti (так как это уже GM107 – Maxwell первого поколения), однако принес и рост производительности, и дополнительные функции рендеринга, свойственные второму поколению Maxwell.

MSI GeForce GTX 960 GAMING 2G

GeForce GTX 950 и GTX 960 обладают уникальной на данный момент особенностью среди дискретных видеоадаптеров – аппаратным блоком декодирования видео, сжатого в формате H.265.

О новом флагманском GPU от AMD ходили самые разнообразные, во многом противоречивые слухи. Что-то из этого сбылось, что-то – нет, но в результате AMD представила действительно оригинальный и передовой продукт.

Как и GM200 от NVIDIA, новое «большое ядро» от AMD – Fiji – по площади кристалла практически исчерпало возможности производственной линии 28 нм на TSMC. Архитектура вычислительных блоков Fiji включает в 1,45 раза больше шейдерных ALU («потоковых процессоров») и текстурных модулей, чем в предыдущем флагманском GPU – Hawaii, при неизменном количестве ROP.

Революционная особенность Fiji – новый тип памяти HBM (High-Bandwidth Memory), предусматривающий размещение микросхем на одной кремниевой подложке с графическим процессором. За счет этого стала возможной реализация чрезвычайно широкой, 4096-битной шины памяти, которая при относительно низкой частоте 1 ГГц обеспечивает лидирующую пропускную способность и втрое более низкое удельное энергопотребление сравнительно с GDDR5.

Однако несмотря на свои достоинства и новаторство, дизайн Fiji содержит досадное ограничение в виде низкой пропускной способности front-end’а, выполняющего растеризацию треугольников. Как следствие, топовый продукт на базе Fiji – Radeon R9 Fuxy X, изначально оцененный производителем наравне с GeForce GTX 980 Ti, по совокупной производительности все же немного недотягивает до уровня конкурента. Первая итерация памяти HBM также наложила ограничение на объем RAM, доступный Fiji, – 4 Гбайт, чего в ряде случаев уже не вполне хватает для игр, наиболее требовательных к этому параметру. Впрочем, Fury X на равных соревнуется с GTX 980 Ti в 4К-разрешении и может похвастаться эффективной и тихой системой жидкостного охлаждения в референсной конфигурации.

Помимо флагманского Radeon R9 Fury X, GPU Fiji лег в основу двух других видеокарт – Radeon R9 Fury и R9 Nano. Обе по игровому быстродействию занимают промежуточное положение между GeForce GTX 980 и Fury X. Но если Fury – это более дешевая карта на базе Fiji с частично ограниченной конфигурацией вычислительных блоков, в стандартном форм-факторе, с массивным воздушным кулером, то R9 Nano обладает уникальным сочетанием компактного форм-фактора и полнофункционального чипа Fiji с пониженными частотами (цена за такое удовольствие – как у Fury X).

⇡#AMD Radeon 300-й серии

Fiji – единственный GPU десктопного класса, который AMD представила в 2015 году. Остальную линейку в связи с появлением новых позиций вверху реорганизовали и выпустили под названиями Radeon R5/R7/R9 300-й серии.

Наибольший интерес в ней представляют Radeon R9 390 и R9 390X (де-факто разогнанные версии Radeon R9 290 и R9 290X на ядре Hawaii), которые AMD позиционирует как более дешевую и/или выгодную альтернативу GeForce GTX 970 и GTX 980 соответственно, которая к тому же обладает объемом RAM 8 Гбайт – вдвое большим, чем предлагает NVIDIA в этом сегменте.