Современные графические процессоры

Графические процессоры ATI линейки R4xx

Более года флагманским графическим процессором компании ATI, ставший основой для всего семейства Radeon R4xx, был R420, во многом повторяющий архитектуру предыдущего, весьма удачного семейства R300. Более того, основные характеристики Radeon Х800 (именно под этим маркетинговым именем известен графический процессор на основе ядра R420) во многом схожи с его основным конкурентом - NV40.

Судите сами: и тот, и другой изготовлены по 0,13-мкм проектным нормам, оба они оснащены четырехканальными 256-битовыми контроллерами памяти, совместимыми с перспективной памятью GDDR-3, блоки геометрической обработки у них имеют одинаковое число вершинных процессоров - по 6, пиксельных конвейеров - по 16, причем каждый из них оснащен двумя шейдерными блоками и одним текстурным. И в этом нет ничего удивительного - обе фирмы, идя каждая своим путем, стараются получить оптимальное решение, базирующееся на хорошо отработанной структуре графических конвейеров. Однако, в отличие от NV40, графическое ядро R420 обеспечивает аппаратную совместимость лишь с шейдерами поколения 2.0b (кстати, так и не принятыми Microsoft в качестве официального стандарта) и не полностью удовлетворяет требованиям спецификации DirectX 9.0с.

Энергопотребление R420 сравнительно невелико - он потребляет около 90 Вт и для его питания все же необходимо дополнительное подключение к блоку питания компьютера, уровень тепловыделения ядра невысок и, в отличие от NV40, позволяет использовать более компактную и менее шумящую систему охлаждения. Первоначально, графические процессоры R420 оснащались встроенным контроллером AGP, однако существует и другая его модификация - R423, отличающаяся наличием контроллера PCI Express. А вообще, в настоящее время существует пять модификаций ядра R42x. Наиболее популярны сегодня сравнительно новый чип R430, являющийся 0,11 мкм вариантом R423, а также чипы R480 (PCI Express) и R481 (AGP) - оптимизированные и слегка "разогнанные" (благодаря 0,13-мкм техпроцессу с использованием low-k диэлектриков) варианты R423 и R420 соответственно. Все они служат основой для доброго десятка самых различных модификаций видеокарт ATI. Так, на базе R480 выпускаются топовые PCI Express видеокарты Radeon X850 XT Platinum Edition (рабочие частоты чипа/памяти - 540/1180 МГц), Radeon X850 XT (520/1080 МГц) и Radeon X850 Pro (частоты такие же, как и у X850 XT, но число пиксельных конвейеров уменьшено до 12), а R481 - их AGP аналоги.

В семействе Radeon Х800 к настоящему времени произошло практически полное вытеснение устаревших R423/R420 более перспективным R430, который используется в относительно недорогих PCI Express видеокартах Radeon X800 XL (400/980 МГц) и Radeon X800 (400/700 МГц и 12 пиксельных конвейеров). С помощью дополнительного PCI-E/AGP моста Rialto получаются из AGP варианты. Кроме того, в последнее время, видимо с целью полной реализации имеющихся запасов топовых чипов семейства R4хх, в преддверии появления 500 серии, ATI выпустила две новые серии недорогих видеокарт Radeon Х800 GT (8 пиксельных конвейеров, рабочие частоты 475/980 или 700 МГц) и Radeon Х800 GTO (12 пиксельных конвейеров, рабочие частоты 400/980 или 700 МГц).

Ядро RV410, предназначенное для создания видеокарт Radeon Х700 среднего ценового диапазона, призвано составить достойную конкуренцию чрезвычайно удачной модели NVIDIA GeForce 6600 GT. Оно является масштабированным (путем уменьшения числа конвейеров и каналов контроллера памяти) решением, основанным на архитектуре R420, однако изготавливается по 0,11-мкм проектным нормам (с использованием low-k диэлектриков). Количество пиксельных конвейеров в нем уменьшено по сравнению с R420 вдвое (до 8), а шина памяти "ужата" до 128 бит. Зато неизменным (6) осталось число вершинных конвейеров, что предоставляет платам с RV410 определенное преимущество при конкуренции с GeForce 6600 (с его всего 3 вершинными блоками). Чип потребляет менее 70 Ватт энергии (поэтому на PCI-Express карте разъем для дополнительного питания не нужен), единственный предусмотренный интерфейс - PCI Express.

На базе RV410 существуют видеокарты двух модификаций - Radeon Х700 Pro и Х700, тактовые частоты ядра/шины памяти этих моделей 420/864 МГц и 400/700 МГц соответственно. При этом первая из них имеет еще и AGP-вариант, получаемый путем использования моста Rialto.

Семейство R4хх, к сожалению, не может похвастать решениями для бюджетных видеокарт - компания ATI непонятно почему для своей линейки графических процессоров среднего и младшего уровня решила оставить архитектуру ядра предыдущего поколения - RV380 для Radeon X600 и RV370 для Radeon X300 соответственно. Поэтому, они совместимы только с базовой спецификацией DirectX 9.0 (SM 2.0) и не обладают новыми возможностями ядер семейства R4xx. Оба ядра имеют по четыре пиксельных и два вершинных конвейера, и отличаются друг от друга в основном используемым техпроцессом: в то время как RV380 изготавливается по 0,13-мкм проектным нормам, RV370 переведено на более прогрессивный 0,11-мкм технологический процесс.

В настоящее время, на базе RV380 выпускаются видеокарты среднего уровня - Radeon Х600 ХТ и Radeon Х600 Pro с частотами ядра/шины памяти 500/740 МГц и 400/600 МГц соответственно. Value-класс представлен видеокартами Radeon Х550 (400/500 МГц), Radeon Х300 и Х300 SE (325/400 МГц). Максимальная ширина шины достигает 128 бит у всех моделей, кроме модификации Х300 SE, у которой она ограничена 64 бит. Впрочем, благодаря порой излишне "экономным" вендорам, сплошь и рядом встречаются и 64-битные "огрызки" как Х550, как и Х300. На самом "дне" бюджетного сегмента борется за "место под солнцем" с одиозной видеокартой NVIDIA GeForce 6200ТС ее не менее одиозный близнец от ATI - Radeon X300 SE HM (325/296 МГц), оснащенный системой использования части системной памяти для нужд видеосистемы Hyper Memory, мало чем отличающейся от TurboCache.

Графические процессоры ATI линейки R5xx

Всем хорошо семейство видеопроцессоров R4xx, но сегодня, в дни триумфального шествия нового топового графического процессора NVIDIA G70, оно выглядит уже несколько "бледновато". А достойный ответ новинкам NVIDIA сильно задержался. Анонс процессоров нового поколения первоначально ожидался едва ли не в мае, затем последовала череда все новых и новых переносов, связанных, по заявлениям ATI, с неудовлетворительным выходом годных к использованию чипов, изготавливаемых по 90-нанометрому техпроцессу TSMC. Наконец, в начале октября 2005 года долгожданное свершилось - компания ATI объявила о выходе нового семейства графических процессоров R5xx, предназначенных для видеокарт Radeon X1800, Radeon X1600 и Radeon X1300.

Возглавил линейку высокопроизводительный чип R520. Изготовленный по 90-нм техпроцессу, он имеет 16 пиксельных конвейеров, сгруппированных в 4 процессора квадов (состоящих из четырех пиксельных конвейеров каждый), а также 8 вершинными процессорами. Основными отличиями R520 от предыдущих видеопроцессоров ATI стала долгожданная поддержка на аппаратном уровне шейдеров SM 3.0, а также новая кольцевая внутренняя 512-битная шина памяти RingBus, обеспечившая стабильную работу чипа на очень высоких тактовых частотах. Программируемый восьмиканальный 256-битный (8х32) контроллер памяти поддерживает все современные типы GDDR памяти, а также новую GDDR4, появление которой ожидается в ближайшем будущем.

На этом, усовершенствования архитектуры не заканчиваются: также добавлено представление цвета в динамическом диапазоне (HDR, High Dynamic Range) и динамическое управление потоком данных, и эффективное распределение нагрузки между пиксельными процессорами (в терминологии ATI - Ultra-Threading Dispatch Processor, по аналогии с Intel Hyper-Threading). Компания-разработчик, также обеспечила качественную и всестороннюю поддержку видео высокого качества (включая HDMI-интерфейс для вывода изображения и звука на цифровые кинотеатры и другие аудио/видео воспроизводящие устройства нового поколения), а также технологию ATI Avivo, для чего в чипе R520 предусмотрен специальный видеопроцессор, выполняющий декодирование видео, его постобработку и вывод на экран.

Так что не удивительно, что графический процессор R520 получился более сложным, нежели NVIDIA G70. В результате, несмотря на наличие 16 пиксельных процессоров против 24 у изделия конкурента, общее число транзисторов достигло 320 миллионов, что сделало R520 самым сложным графическим процессором в мире. А если учесть и его высокую рабочую частоту, то печальное "лидерство" по тепловыделению, ранее принадлежащее NV40, ему гарантировано. Ведь графические карты Radeon X1800 XT, выполненные на базе R520, будут поддерживать тактовую частоту ядра 625 МГц, а память будет работать на частотах до 1,5 ГГц. Более доступные карты Radeon X1800 XL будут поддерживать 500 МГц тактовую частоту ядра и до 1,0 ГГц частоту памяти. Обе они изрядно греются, несмотря на "монстрообразные" системы их охлаждения, занимающие по два слота.

Менее производительная версия нового GPU - RV530 имеет: три пиксельных процессора квада (12 пиксельных процессоров), 5 вершинных процессора и всего 4 текстурных блока. В какой-то мере столь сильное "усечение" по сравнению с базовым вариантом компенсируется благодаря оптимизации работы конвейеров Ultra-Threading. Прогрессивная шина RingBus осталась, но она стала вдвое "тоньше", поэтому и внешний интерфейс памяти у RV530 только 128-битный. Но нет худа без добра - новый чип получился очень компактным (площадь кристалла RV530 практически равна площади RV380) и экономичным. Ожидается, что семейство Radeon X1600 займет место Radeon X700 Pro, а также заменит собой младшие модели линейки Radeon X800. Mainsteram-карты Radeon X1600 XT будут обладать тактовой частотой ядра на уровне 590 МГц и тактовой частотой памяти на уровне 1,38 ГГц. Карты на чипе Radeon X1600 PRO будут поддерживать частоту ядра 500 МГц, частоту памяти 780 МГц.

Самую нижнюю строчку в новой линейке видеочипов ATI занимает чип RV515, благодаря которому, наконец-то уйдут в прошлое всевозможные RV3xх. Он содержит всего лишь 4 пиксельных и 2 вершинных процессора. Как и в случае с RV530, ATI реализовала в нем технологию Ultra-Threading, обеспечивающую равномерное распределение загрузки между пиксельными процессорами. Он также оснащен видеопроцессором Avivo, обеспечивающим повышенное качество отображения видео и аппаратное декодирование формата H.264, используемого в DVD-дисках нового поколения. А вот шинная архитектура RingBus, к сожалению, не поддерживается.

Тем не менее, производительность видеокарт Radeon X1300 Pro на чипах RV515 с тактовой частотой ядра порядка 600 МГц, а памяти - 800 МГц, примерно соответствует Radeon X700 (но не Pro!). Массовые и относительно недорогие карты Radeon X1300 будут поддерживать тактовую частоту ядра 450 МГц, тактовую частоту памяти 500 МГц. Сверхбюджетные варианты Radeon X1300 с технологией HyperMemory будут поддерживать тактовую частоту ядра 450 МГц, памяти до 1 ГГц. Не исключено и появление видеокарт семейства Radeon X1300, поддерживающих при помощи переходного моста Rialto, интерфейс AGP 8x. Благодаря всего 30 Вт рассеиваемой мощности, очень привлекательно будет выглядеть бесшумный Radeon X1300, оснащенный пассивной системой охлаждения на тепловых трубках.

Примерно в первом квартале 2006 года, ATI должна представить нового флагмана - чип R580. Очевидно, что он не принесет каких-либо архитектурных, впрочем, как и технологических, изменений по сравнению с R520, а лишь обеспечит определенный прирост производительности (то ли за счет простого повышения рабочей частоты чипа, то ли благодаря увеличению числа пиксельных конвейеров - пока доподлинно не известно).

А вот последующие за ним графические процессоры промежуточного (т.е. занимающий место примерно между высокопроизводительным чипом R580 и "середнячком" RV530) уровня R560, а также среднего (RV535) и начального (RV505) уровней, ожидаемые ближе к лету 2007 года, представляют собой куда больший интерес - они, скорее всего, станут первыми 0,08 мкм чипами ATI. Такой "скромный" шаг вперед по сравнению с нынешним 0,09 мкм техпроцессом, объясняется ограничением технологических возможностей основных производителей чипов ATI - компаний TSMC и UMC. Сейчас массовое производство по 0,065 мкм техпроцессу, пока под силу только таким "грандам", как IBM и Intel.

О перспективах

Операционные системы следующего поколения, начиная с Windows Vista (бывшая Longhorn), будут использовать графический API нового типа, который получил условное обозначение WGF 2.0 (бывший DirectX 10). Стараниями ATI и Microsoft, в основу этого графического интерфейса, заложена философия унификации шейдерных операций на программном уровне, реализовать которую будут способны графические процессоры с принципиально новой, унифицированной архитектурой, в которой не будет разделения на пиксельные и вершинные шейдеры. За распределением нагрузки будет следит специальный блок, динамически определяющий, что в данный момент требует первоочередной обработки: вершины или пиксели. Судя по всему, ATI уже решила, что за унифицированной архитектурой будущее, так как для своего чипа C1 (или Xenos), который станет сердцем графической подсистемы игровой консоли Xbox 360, канадская компания выбрала именно такую архитектуру. Чип будет содержать 16 блоков выборки значений из текстур и 48 универсальных конвейеров, которые смогут выполнять как пиксельные операции, так и вершинные. На его базе, в следующем году можно ожидать появление по-настоящему революционного семейства видеочипов R6xx.

Компания NVIDIA, планирующая внедрить решения WGF 2.0 в графических ускорителях нового поколения G8x, вряд ли сильно отстанет в деле продвижения принципиально новой архитектуры от связки Microsoft/ATI. Так что в 2006 году, а именно на этот период запланирован анонс Windows Vista с унифицированным API WGF 2.0, мы можем стать свидетелями настоящего прорыва, благодаря которому, наконец-то, исчезнет асимметрия в возможностях текстурных блоков вершинных и пиксельных шейдеров, свойственной всем современным видеопроцессорам, включая и самые последние - G70 и R520.

И, наконец, об аутсайдерах

В заключение нашего обзора, можно было бы вспомнить и о других производителях, номинально присутствующих на современном рынке видеорешений - компаниях S3 Graphics и XGI Technology. Однако и та, и другая, с достойным лучшего применения упорством, пичкают нас обещаниями выпустить в ближайшее время что-то "эдакое". И только. В лучшем случае, мы можем лицезреть лишь макеты и фотографии на выставочных стендах. Поэтому и говорить об этих компаниях, больше нет никакого смысла. Хотя, давайте подождем карт на новой серии чипов VIA Chrome S20, вдруг что-то изменится…