با AMD Polaris آشنا شوید؛ نسل بعدی معماری تراشه های گرافیکی AMD

اولین نگاه به AMD Polaris

اولین نگاه به AMD Polaris

کمپانی معظم AMD بالاخره از نسل بعدی معماری کارت های گرافیک خودش پرده برداری کرد. Polaris «ستاره قطبی» نامی است که برای آن انتخاب شده و اولین بار در جریان نمایشگاه سالانه CES 2016 توسط وب سایت HardwareBattle با انتشار تصویری که نام معماری Polaris در آن دیده میشود، اعلام شد. این نام بر گرفته از درخشان‌ترین ستاره دب اصغر است و بدین معناست که ستاره ها بهتر از هر چیز دیگری میتوانند انرژی تولید کنند که احتمالاً این مضمون پیامی غیر مستقیم به انویدیا است.

اولین نسل معماری GCN در سال ۲۰۱۲ عرضه شد و سپس شاهد معرفی GCN 1.0 در در سال ۲۰۱۳ و GCN 1.2 در سال ۲۰۱۵ بودیم. پس از آن از دو معماری GCN 2.0 و GCN 3.0 پرده برداری شد که هم چنان در محصولات جدید این کمپانی مورداستفاده قرار میگیرند. منتهی به دلیلی ضعف و برخی نواقصش نمیتوان از دو معماری GCN 2.0 و GCN 3.0 به عنوان یک معماری نو نام برد و به همین دلیل شاهد معرفی معماری Polaris یا نسل چهارم معماری GCN برای کارت های سری Radeon 400 هستیم.

اطلاعات موجود حاکی از آن است که احتملاً از AMD Polaris در کارت های گرافیک سری Radeon 400 استفاده میشود و ذکر این نکته خالی از لطف نیست که این برای چندمین بار است که نام Polaris از مدیران AMD  شنیده میشود که احتمالاً نشان از برنامه جدی AMD برای شروع نسلی جدید به جای معماری GCN است. معماری قدرتمندی که در مقاله «بررسی تخصصی معماری GCN کمپانی AMD» به جزئیات آن پرداختیم. اطلاعات موجود نشان میدهد اولین محصول تولید شده بر پایه معماری AMD Polaris تا دو ماه آینده عرضه میشود و کوچکترین عضو این خانواده خواهد بود.

هدف نور هدایت ما برای برق رسانی بهینه به تمام پیکسل های موجود بر روی تمامی دستگاه ها است. ستاره ها بهترین تولید کننده فوتون در کائنات هستند. بهره وری آنها الهام بخش تمامی پیسکل هایی است که ما تولید میکنیم.

قرار است این محصول برای بازار لپ تاپ و کامپیوترهای کوچک عرضه شود تا جایگاه از دست رفته AMD در این بخش را بهبود بخشد. اولین نکته مهمی که در معماری AMD Polaris دیده میشود حرکت به سمت لیتوگرافی ۱۴ نانومتری FinFET است که موجب میشود این معماری از لحاظ بهره‌وری و قدرت در سطح بسیار بالاتری از معماری GCN قرار بگیرد. به گفت AMD یکی از اهداف توسعه این معماری واقعیت مجازی، اپلیکیشن های چند رسانه ای، افزایش فریم در بازی و کوچک تر شدن حجم سیستم های بازی آینده است.

همچنین اعلام شده میزان بهره وری این معماری برای هر وات مصرف انرژی به قدری بهبود یافته که در آینده پیشرو این صنعت خواهد شد و به خوبی میتواند از مانیتورهایی با کانکتورهای HDR ،HDMI 2.0a ،DisplayPort 1.3 و دقت تصویر ۴K پشتیبانی کند. Polaris برای رقابتی سخت با Pascal انویدیا طراحی شده و این مورد در نمایشگاه با اجرای Star Wars Battlefront با کیفیت ۱۰۸۰ و تنظیمات معمولی و مصرف برقی معادل ۸۶ وات نمایش داده شد که در زیر میتوانید ببینید. برای مقایسه بد نیست بدانید کارت گرافیک رده پایین GTX 950 مصرف برقی معادل ۱۵۳ وات دارد که در مقابل کارت های گرافیک مبتنی بر معماری Polaris رقم بالایی است.

ویدئو بالا روی سیستمی متشکل از یک پردازنده Core i7 4790k، مقدار ۱۶ گیگابایت DDR4-2600، محیط تست X-WING Training و یک عدد کارت گرافیک نسل جدید و البته میان رده مبتنی بر معماری Polaris و با دقت تصویر ۱۰۸۰p اجرا شده و موفق به ثبت ۶۰ فریم ثابت با تنها ۸۶ وات مصرف برق روی درایور ۱۶.۱۰ بوده که نتیجه بسیار جالب توجهی است. همانطور هم که در بالا گفتیم، GTX 950 تنها کارت معادل و هم رده این کارت است که با با درایور ۳۵۹.۰۶ میتوند حداکثر کارایی خودش را به خوبی نمایش دهد و در تست Star Wars Battlefront نیز مصرف برقی معادل ۱۵۳ وات را ثبت کرده است.

معماری Polaris بهبودهای فراوانی داشته و این مورد فقط به واحدهای محاسباتی محدود نمی‌شود و همانطور که قبلا در مقاله «بررسی شایعات و جزئیات کارت های گرافیک سری Radeon R300 و Radeon R400» اشاره کردیم، در این سری از دومین نسل از حافظه‌های HBM استفاده شود که مزایای فراوانی برای معماری Polaris به همراه دارد. در مورد نسل حافظه‌های HBM هم پیش از این در مقاله «با معماری تراشه گرافیکی Radeon R9 Fury X آشنا شوید» توضیحات مفصلی دادیم که پیشنهاد میکنیم آن را از دست ندهید.

از نظر تغییرات میتوان گفت که در Polaris بخش‌های جدیدی شامل Command Processor، اGeometry Processor، هسته‌های چند رسانه‌ای و موتور نمایشگر به معماری اصلی اضافه شده و در کنار آنها حافظه کش سطح دوم و کنترلر حافظه نیز ارتقا یافته است. قرار است تراشه های ۱۴ نانومتری Polaris با ساختار LPP توسط شرکت سامسونگ تولید شوند و تراشه های Pascal انویدیا هم با ساختار مهندسی FinFET Plus و با لیتوگرافی ۱۶ نانومتری تولید میشوند. جدول زیر شامل نقشه ارتقا معماری های گرافیکی AMD در سال های اخیر است.

معماری GCN و نامرمز تراشه های تولید شده بر اساس این معماری

سال عرضهنام رمزمعماریلیتوگرافی ساختبررسی تخصصی
۲۰۱۱Tahiti/Cape VerdeGCN 1.0۲۸ نانومتردارد
۲۰۱۳Hawaii/BonaireGCN 2.0۲۸ نانومتردارد
۲۰۱۵Fiji/TongaGCN 3.0۲۸ نانومتردارد
۲۰۱۶Polaris و AMD VegaGCN 4.0۱۴ نانومتربررسی اولیه
۲۰۱۷AMD Vega (HBM2)GCN 4.0--
۲۰۱۸AMD NAVIGCN ؟--

لازم به ذکر است که شکل کلی آرایه Compute unit های موجود در Polaris احتمالاً همچون معماری GCN باقی بماند و تنها تغییراتی جزئی در آن ایجاد شود. تصویر زیر را میتوان یک واحد محاسباتی و قلب معماری GCN نامید که احتمالا با توجه به نقش و جایگاه کنسول های نسل هشتمی PS4 و Xone دست نخورده بماند. این تصویر پایه ای ترین شکل محاسباتی یک تراشه را نشان میدهد و همانطور که میبینید، در سمت راست تصویر ابتدایی ترین Front end ها برای عملوند ها و دستور العمل ها به به ۴ ارایه ۱۶ تایی Vector Core و یک عدد Scalar core دیده میشود.

علاوه بر هسته های محاسباتی (Compute unit) میتوان به Command Processor اشاره کرد که مغز اصلی تراشه را شکیل میدهند و در واقع معادل موتورهای GTE موجود در معماری های گرافیکی انویدیا عمل میکنند. احتمالا این بخش در معماری جدید AMD Polaris همراه با ACE ها و برای دسترسی بهتر به منابع پردازنده و آدرس دهی بیشتر قرار میگیرند. با این اوصاف و به قول مدیران AMD میتوان انتظار ۲.۵ برابر بازدهی بهتر در هر وات مصرف انرژی را در نسل جدیدی معماری AMD داشته باشیم.

این بدین معناست که میتوان انتظار قدرت بیشتر در کنار مصرف برق کمتر را داشته باشیم و این دقیقاً همان چیزی بود که شروعش توسط Radeon R9 Fury X آغاز شد. کارت نسل جدیدی که با وجود ۹ میلیارد ترانزیستور از مصرف برق کمتری به نسبت Radeon R9 290X بر خوردار بود و قدرت و سرعت بیشتری هم داشت که تنها دلیلش استفاده از مکانیزم «Clock gating» است. یکی از دلایل مهم اورکلاک نشدن R9 Fury X استفاده از همین مکانیزم بود که موجب شد کمپانی AMD به مشکل کنترل ولتاژ و فرکانس پردازنده برخورد کند و اینجا بود که اورکلاک را قربانی این مکانیزم کرد.

تغییرات جدید معماری Polaris

۱) Primitive Discard Accelerator یا شتاب دهنده ابتدایی: بخش های Primitive در واقع مربوط به D3D Pipline ها هستند که عموماً برای پردازش های خط لوله D3D استفاده میشوند.

۲) Hardware scheduler یا زمان بندی سخت افزاری: این بخش یکی از مهمترین بخش های معماری های AMD است و آنقدر مهم است که در معماری های نسل قبل AMD عامل ضعف کارت های این کمپانی در مقابل کارت های انویدیا محسوب میشد. با این توصیف میتوان گفت که تغییرات بسیار جدی ای در این بخش شاهدیم که میتواند کارایی کارت های مبتنی بر معماری Polaris را بسیار افزایش دهد. در مورد مبحث بسیار مهم Hardware scheduler پیش از این مقاله مفصلی به نام «از کپلر تا ماکسول | بررسی تخصصی مبحث زمان بندی در معماری های انویدیا» تهیه کردیم که خواندنش خالی از لطف نخواهد بود.

این بخش مربوط به افزایش قدرت محساباتی تراشه گرافیکی AMD است و علاوه بر آن یک Branch & message نیز به آن اضافه میشود تا در کنار یک scheduler بسیار پیشرفته کار محاسبات Compute unite را انجام دهد. در واقع یک Hardware scheduler پیشرفته موجب میشود هسته های محاسباتی یا همان Compute unite ها (بر فرض مثال در دیاگرام بالا) به طور خودکار عمل کنند که نتیجه آن افزایش شدید بهره وری (efficiency) است.

۳) Instruction Pre Fetch یا دستور العمل های از قبل آماده شده: این قابلیت جدید مربوط به افزایش نرخ IPC تراشه و همچنین افزایش قدرت محساباتی تراشه گرافیکی AMD است.

۴) پشتیبانی از فرمت ۴K با بیش از ۶۰ فریم: از مهمترین نقاط قوت معماری جدید AMD پشتیبانی سخت افزاری از از HDMI 2.0 و DisplayPort 1.3 است که در تراشه قدرتمند Fiji موجود در R9 Fury X هم دیده نمیشود. استفاده از این دو پورت موجب میشود بازیبازان بتوانند روی مانیتورهای ۴K به راحتی به نرخ ۶۰ فریم و حتی فراتر از آن برسند که برای بازیبازان حرفه ای امری حیاتی است. درمورد فرمت ۴K لازم است بگوییم در حال حاضر به دلیل قیمت بالای تولیدات مبتنی بر ۴K شاهد قیمت بالای آنها هستیم که قطعا با گذشت زمان این قیمت معقول خواهد شد.

تمام بازی های فعلی که توسط استدیوهای بزرگ معرفی میشوند از وضوح ۴K پشتیبانی میکنند و در مانیتورهای غیر از ۴K این وضوح قابل استفاده و پشتیبانی نخواهد بود. برای استفاده از چنین وضوحی علاوه بر کارت گرافیک قدرتمند، به مانیتورهایی با پشتیبانی از این وضوح نیز احساس میشود. علی رغم تبلیغات فراوان انویدیا و AMD برای ۴K در حال حاضر کارت های قدرتمندی همچون GTX Titan 6GB انویدیا و Radeon R9 290X کمپانی AMD قادر به پشتیبانی کامل از این وضوح نیستند.

این بدین معناست که اجرای بازی های سنگینی با وضوح ۴K و ۳۰ فریم ثابت بر روی این کارت ها غیر ممکن است. مگر آنکه فرکانس کارت مرجع اورکلاک شود تا بازیهای روز را با بهترین کیفیت ممکن روی ۴K اجرا کنند. بر اساس اطلاعاتی که تولید کننده های مرجع کارت گرافیک منتظر کرده اند تمامی کارت های گرافیک تولید شده در اواخر ۲۰۱۴ و سال های بعدی از فرمت ۴K به خوبی پشتیبانی میکنند. پس اگر کارت گرافیک شما تولید ۲۰۱۴ است نگران پشتیبانی کارت خود از این وضوح تصویر بسیار با کیفیت نباشید.

[su_note note_color=”#f5f7f7″]۴K چیست!؟ بررسی فنی وضوح تصویری ۴K[/su_note]

نکته بسیار مهم برای استفاده از ۴K این است که برای پخش تصاویر با این ابعاد و کیفیت باید از کابل های Display Port 2.1 و HDMI 2.0 استفاده کنید! زیرا کانکتور DVI نهایت وضوح تصویری که میتواند منتقل کند ۲۵۶۰×۱۶۰۰ با حداکثر ۶۰ فریم در ثانیه است! نه بیشتر! در حالیکه Display Port 2.1 میتواند تصاویر ۴K را با ۶۰ فریم (۶۰ هرتز) در ثانیه پخش و منتقل کند. البته اوضاع کمی پیچیده تر از این حرف هاست! کابل های Display Port در دو مدلMulti-Stream Transportیا (SMT) و Single-Stream Transport یا (SST) تولید و عرضه شدند! مدل اول میتواند تصاویر را با نرخ نو سازی ۶۰ فریم بر ثانیه یا ۶۰ هرتز منتقل کند ومدل دوم هم میتواند تصاویری با نرخ نوسازی ۳۰ فریم در ثانیه به صورت ۳۰ هرتز را منتقل کند.

همین حالت در HDMI هم صادق است! بدین صورت که اگر نمیتوانید از HDMI دل بکنید! با تهیه HDMI 1.4 میتوانید تصاویر ۴K را نهایتا با نرخ نوسازی ۳۰ فریم بر ثانیه ببینید! که این مقدار به شدت آزار دهنده خواهد بود و بارها با افت نرخ فریم حتی در ویندوز مواجه خواهید شد! به همین دلیل ما استفاده از HDMI 2.0 را پیشنهاد میکنیم که از صدا چند کاناله هم پشتیبانی میکند.

۵) پشتیبانی از کدک و فرمت های جدید: پشتیبانی از فرمت ۴K شرایط رقابتی برای ایجاد کدک های بهتر را فراهم میکند. به همین دلیل در این معماری شاهد اضافه شدن پشتیبانی سخت افزاری از اینکد و دیکد سخت‌افزاری کدک H.265 با رزولوشن ۴K هستیم که نتیجه آن پردازندش ویدئوهای بسیار با کیفیت و بدون بار پردازش برای پردازنده است. در معماری جدید AMD Polaris از دیکد سخت افزاری ۱۰bit HEVC Main10 استفاده شده که علاوه بر کیفیت بسیار بالا، مصرف انرژی بسیار کمتری به نسبت دیکد سخت افزاری ۸ بیتی استفاده شده در Fiji دارد که خودش نقطه قوت بسیار مهمی است. جدول زیر حاوی کارت های گرافیک نسل بعدی است که احتملاً قرار است بر پایه AMD Polaris عرضه شود.

نام کارتپردازنده جریانیرابط حافظهپهنای باند
Radeon R9 490X۴۰۹۶۸ گیگابایت HBM2 با رابط ۲۰۴۸ بیت
۵۱۲ گیگابایت
Radeon R9 490۳۰۷۲۸ گیگابایت HBM2 با رابط ۲۰۴۸ بیت
۵۱۲ گیگابایت
Radeon R9 480x۲۰۴۸۴ گیگابایت HBM2 با رابط ۲۰۴۸ بیت
۲۵۶ گیگابایت
Radeon R9 480۱۷۹۲۴ گیگابایت HBM2 با رابط ۲۰۴۸ بیت
۲۵۶ گیگابایت
Radeon R7 470X۱۰۲۴حافظه GDDR5 با رابط ۸ گیگاهرتزمشخص نیست
Radeon R9 R7 470۷۶۸حافظه GDDR5 با رابط ۸ گیگاهرتزمشخص نیست
خروج از نسخه موبایل