Architettura AMD Navi RDNA: una GPU progettata esclusivamente per i giocatori di PC

Le prime schede grafiche AMD Navi sono state lanciate a luglio e sono state le prime a ospitare la nuova architettura GPU RDNA e sono state quindi le prime dal 2012 a sostituire il design Graphics Core Next (GCN). Ma le schede AMD RX 5700 XT e Radeon RX 5700 rappresentano solo l'avanguardia di questa nuova generazione, con le GPU tradizionali costruite dagli stessi blocchi RDNA che seguiranno alla fine di quest'anno, potenzialmente non appena le prime due settimane di ottobre se le recenti perdite sono qualcosa Andare con.

Ma cosa c'è in questa nuova architettura Radeon DNA che la rende così distinta dalle precedenti generazioni di silicio GCN che ha costituito le GPU della squadra rossa negli ultimi sette anni? La dott.ssa Lisa Su ci ha detto, in diverse occasioni, che l'architettura RDNA è un progetto completamente nuovo e completo, alla pari di come i suoi progettisti di CPU hanno iniziato da capo con Zen post-Bulldozer et al.

Grazie al rilascio completo delle informazioni sulla giornata dell'editor subito prima dell'evento E3 Next Horizon Gaming a Los Angeles, e in seguito alla pubblicazione del white paper, abbiamo ottenuto tutti i dettagli su ciò che rende questa nuova architettura Navi RDNA. E la prima cosa da dire è che, probabilmente, lo è non proprio una riprogettazione radicale, questa volta almeno …

Ci sono ancora alcune parti fantastiche del vecchio design GCN – è un fantastico motore di calcolo, per esempio – quindi buttare fuori il bambino di silicio con l'acqua del bagno sembra un po 'controintuitivo. Pertanto AMD ha principalmente creato questa prima iterazione dell'architettura RDNA utilizzando i blocchi predefiniti GCN. Ma la cosa principale da notare è che questo è uno pseudo-ibrido del design Graphics Core Next che è stato rielaborato specificamente con i giochi come obiettivo principale.

Ciò significa che GCN non è morto, ma AMD sembra voler trasformare i suoi sforzi grafici in un'unica architettura per le sue schede basate sul calcolo, come la gamma Radeon Instinct, e un design separato basato su RDNA incentrato sui giochi come la sua vera ragion d'essere etre.

Statistiche vitali

Data di rilascio di AMD Navi RDNA
I primi processori grafici RDNA basati su Navi sono state le GPU Navi 10 integrate in Radeon RX 5700 XT e RX 5700 rilasciate il 7 luglio 2019. Interessante nota a margine; quello è lo stesso giorno in cui AMD ha lanciato anche i suoi processori Ryzen 3000 allo stesso modo a 7 nm.

Specifiche AMD Navi RDNA
Quella GPU Navi 10 da 7 nm è stata il primo chip grafico basato su RDNA e il core completo – utilizzato dall'RX 5700 XT – viene fornito con 40 unità di calcolo e quindi 2.560 core su due motori shader, con 64 unità di output di rendering e 160 texture unità. Ha una lunghezza di 251 mm2 e contiene al suo interno 10,3 miliardi di transistor. Navi ha un controller di memoria GDDR6, sebbene sia compatibile con HBM, se necessario, e ha anche il supporto PCIe 4.0.

Architettura AMD Navi RDNA
Ci sono molte somiglianze tra GCN e RDNA, ma il focus principale per l'architettura RDNA è sulla latenza ridotta e una migliore efficienza specifica per i giochi. Ciò significa che Navi con RDNA è in grado di eseguire più istruzioni su ciascun ciclo di clock, pur utilizzando meno silicio effettivo. Ha anche una pipeline grafica semplificata e anche una struttura della cache molto migliorata.

Qual è la data di rilascio della GPU AMD Navi RDNA?

Le nuove schede grafiche RX 5700 XT e RX 5700 sono state lanciate con la GPU Navi 10, in due diverse configurazioni, il 7 luglio di quest'anno. Questa è stata la prima implementazione dell'architettura grafica RDNA, ma sicuramente non sarà l'ultima perché abbiamo in arrivo GPU Navi 12 e Navi 14, potenzialmente in ottobre, per completare il livello principale delle GPU Radeon.

David Wang, senior vp del Radeon Technologies Group, ha dichiarato esplicitamente che la seconda generazione di RDNA seguirà questa, probabilmente il prossimo anno. La slide della roadmap dell'architettura di gioco indica che il design di 7nm + RDNA 2 arriverà prima del 2021 … quindi 2020, quindi.

C'erano già state speculazioni su una GPU "big Navi" in arrivo il prossimo anno, che sarebbe stata progettata per sfruttare il meglio delle schede grafiche GeForce di Nvidia, quindi il chip Navi 20 poteva benissimo presentare l'architettura RDNA 2.

Quali sono le specifiche della GPU AMD Navi RDNA?

La GPU Navi 10 è stata il primo processore grafico RDNA ad implementare la nuova architettura AMD e le sue specifiche complete sono state messe in pratica con la nuova scheda Radeon RX 5700 XT. L'RX 5700 presenta una versione più ridotta della GPU Navi 10.

Il chip full-fat presenta la tecnologia di processo TSMC 7nm attraverso 40 unità di elaborazione RDNA (CU) che forniscono 2.560 processori stream o core RDNA, se lo desideri. La GPU Navi 10 viene inoltre fornita con 64 unità di output di rendering (o ROPS) e 160 unità di trama. Ospita anche quattro motori di calcolo asincroni distinti, 4 MB di L2 e 512 KB di cache L1.

In termini di scala effettiva della GPU stai guardando una GPU che è solo 251mm2. Questo è un inferno di una riduzione se si considera che la GPU Vega 10 da 14 nm, al confronto, è di circa 495 mm2. O 486 mm2. Stranamente dipende da chi chiedi o da quale parte delle diapositive di AMD che guardi … alcune parti della documentazione più recente hanno una cifra e altre ne hanno l'altra. Ad ogni modo, Navi 10 è molto più piccolo.

Eppure contiene ancora 10,3 miliardi di transistor, il che è ancora abbastanza buono se confrontato con i transistor da 12,5 miliardi di chip Vega 10 molto più grandi.

Al momento non sappiamo molto riguardo alle ridotte GPU Navi che entrano nel mainstream. È probabile che la GPU Navi 14 sia la prima in circolazione, e da alcune voci di benchmark trapelate andrà a impacchettare in 24 unità di calcolo e quindi 1.536 core RDNA.

Supporterà anche fino a 8 GB di memoria video, ma indipendentemente dal fatto che si tratti di GDDR6 o del GDDR5 leggermente più economico, è ancora in sospeso.

Cosa c'è di nuovo nell'architettura AMD Navi RDNA?

La più grande differenza tra l'ultimo GCN e i nuovi progetti di GPU RDNA, almeno in superficie, sono le modifiche apportate da AMD all'unità di calcolo. Con Vega, AMD ha introdotto la Next-Generation Compute Unit (NCU), ma l'unità di elaborazione RDNA interviene per riscrivere le regole per un processore grafico orientato al gioco.

Puoi vedere abbastanza rapidamente alcune delle differenze tra le due architetture osservando la sovrapposizione sopra. Il design Vega ha le classiche unità di calcolo individuali di classe GCN, che ospitano i processori di flusso in quattro lotti di otto CU, attraverso due motori shader. Il layout della GPU Navi, tuttavia, ha unito le CU per creare la Dual Compute Unit (DCU).

Ci sono quattro matrici grafiche distinte nella GPU Navi 10, ognuna con cinque DCU al loro interno che condividono risorse, suddivise su due motori shader, il che significa che ci sono in totale 40 singole CU su tutto il dado. Avere le unità di calcolo configurate in coppia, in quello che AMD chiama un processore Workgroup, consente alle due CU di lavorare insieme usando risorse condivise per ridurre la latenza, offrendo comunque un maggiore parallelismo.

Se c'è un po 'di Bulldozer PTSD che si insinua, capisco. L'idea di prendere parti discrete – nel caso delle CPU Bulldozer, i suoi core – e raggrupparle insieme a risorse condivise può potenzialmente aumentare il parallelismo ma rischia di ridurne il potere individuale.

Per fortuna non è questo il caso qui; ogni CU è quasi completamente distinta ma possono condividere l'istruzione shader e le cache di dati scalari, nonché la sezione di condivisione dati locale della DCU, se devono lavorare insieme. In breve, questo layout di unità a doppio calcolo non dovrebbe influire sulle prestazioni di una CU discreta.

In effetti, le unità di calcolo RDNA in Navi hanno effettivamente più unità dedicate al loro interno rispetto a un'unità di calcolo GCN tradizionale. Ogni CU ora ha un pianificatore extra e un'unità scalare extra, raddoppiando il loro conteggio su entrambi i punteggi. E questo è specificamente per offrire il doppio del potenziale tasso di istruzione al fine di creare un'unità di calcolo più efficiente dedicata ai carichi di lavoro di grafica di gioco standard.

Questo adattamento al gioco è più evidente nel più grande cambiamento architettonico dell'architettura RDNA: istruzioni potenziate per orologio. Adesso scenderemo ancora più in basso nel canyon degli acronimi, ma abbiate pazienza.

L'architettura GCN utilizza unità SIMD16, un'unità in grado di elaborare 16 istruzioni alla volta. La nomenclatura SIMD sta per "singola istruzione, più dati", il che significa che ci sono più elementi che eseguono la stessa operazione su punti dati diversi contemporaneamente.

E le quattro unità SIMD16 in un'unità generale di esecuzione GCN sono eccezionali nel fare calcoli complessi per applicazioni scientifiche, ma ciò che non sono bravi a funzionare in modo particolarmente efficiente quando si tratta di carichi di lavoro di gioco. Questo perché le quattro unità SIMD16 funzionano su un problema a 4 cicli, il che significa che non possono elaborare un'istruzione in un singolo ciclo di clock.

È qui che il nuovo design dell'unità di esecuzione di RDNA si impone per i giochi. Invece di quattro unità SIMD16, RDNA utilizza una coppia di SIMD32 con un singolo problema del ciclo di clock, che consente non solo di offrire un throughput più elevato, ma anche di utilizzare più GPU Navi in ​​qualsiasi momento, rendendolo molto più efficiente per anche richieste grafiche.

Con Vega in particolare, ci sono spesso momenti in cui gran parte della GPU non fa nulla durante l'elaborazione della grafica di gioco perché sta aspettando che un'istruzione passi attraverso il suo processo in quattro cicli. Sarà molto meno un problema per Navi.

È quasi del tutto analogo al modo in cui AMD si è avvicinato alla sua nuova architettura Zen 2. Sa che l'elaborazione multi-thread è vitale – e lo è ancora di più per il parallelismo richiesto dai processori grafici – ma scavare davvero a fondo per rendere le tue prestazioni single-thread migliori e il più efficiente possibile serve solo a sollevare tutto il resto.

AMD si è ampliato con il suo design Zen, aggiungendo sempre più core e ora sta cercando di andare più veloce spingendo le prestazioni di quei singoli core. Ed è esattamente quello che sta facendo la parte GPU dell'azienda con il passaggio dal design GCN di Vega all'architettura RDNA di Navi. E significa che non hai necessariamente bisogno di tanti core per andare più veloce.

AMD ha anche migliorato la gerarchia della cache per RDNA e le GPU Navi. C'è un nuovo design della cache L1, con la stessa cache da 16kb per CU, ma 128 KB aggiuntivi di cache L1 separata per ciascuno dei quattro array grafici sul chip. Quindi hai 4 MB completi di cache L2 globale condivisa da tutto.

Questa cache L1 extra localizzata significa che i requisiti sulla cache L2 sono ridotti, offrendo solo un po 'di larghezza di banda extra all'interno del sistema RDNA. In effetti stai osservando una larghezza di banda leggermente maggiore per la GPU Navi 10 rispetto al silicio Vega 10 completo, nonostante ci siano solo 40 CU in Navi e 64 in Vega. A livello di CU, quindi, l'architettura RDNA di Navi offre una larghezza di banda notevolmente aumentata.

E questo è abbastanza eccitante per ciò che il grande core Navi potrebbe finire per consegnare tramite il design Navi 20 e RDNA 2 7nm + in arrivo il prossimo anno.

Ci sono altri miglioramenti architetturali di base che AMD ha apportato con il design RDNA di Navi, che contribuiscono a migliorare le prestazioni di gioco. Ha inoltre semplificato la sua pipeline grafica per offrire maggiori prestazioni per clock, ad esempio, e ha migliorato gli algoritmi di compressione del colore, consentendo a più parti del chip di leggere e scrivere su quei dati di colore compressi.

Ma la cosa più importante per Navi è che l'attenzione al laser per garantire il massimo IPC per carichi di lavoro grafici specifici e avere un'architettura GPU di gioco dedicata – al contrario di quella che sta cercando di essere tutto per tutti – potrebbe davvero ripagare AMD nel lunga corsa.