Geforce GTX 380: High-End-GT300, DirectX 11 und 40nm noch Ende 2009?

Neue High-End-Grafikkarten, ob Geforce GTX 380 (GT300) oder Radeon HD 5870 (RV870), dürften bis zur DirectX-11-Generation auf sich warten lassen, dann aber einen großen Performance-Sprung gegenüber aktuellen Modellen wie HD 4890 und GTX 275 bringen.

Denn seien wir mal ehrlich: Die aktuellen Bemühungen bei Grafikkarten enttäuschen angesichts der langen Wartezeit von mehr als 6 Monaten den innovationshungrigen Enthusiasten. Doch das ist lediglich die Ruhe vor dem Sturm. Sowohl Nvidia als auch AMDs Grafikabteilung konzentrieren ihr gesamtes Budget in Sachen R&D (Research and Development, Forschung und Entwicklung) auf die ersten DirectX-11-tauglichen Grafikchips und verkaufen derweil Lagerbestände bzw. versuchen durch kleinere Updates oder simple Die-Shrinks (Wechsel auf einen kleineren, kostengünstigeren Fertigungsprozess) die Margen zu halten.

Update: Seit dem 1.10.2009 hat Nvidia den GT300 offiziell als Fermi vorgestellt. Sie finden alle wichtigen Infos zum Fermi im Artikel G300-Fermi: Nvidia fokussiert GPU-Computing mit Next-Gen-Grafikkarte.

GT300/RV870: 40-Nanometer-Fertigung, Milliarden von Transistoren
Ausgehend von der Transistordichte des RV740, welcher bereits in 40nm hergestellt wird, könnten großflächige High-End-Grafikchips mit ca. 500 mm² Fläche über 3 Milliarden Transistoren inkorporieren. Zwar liegt Nvidia zurzeit deutlich hinter AMD, was die Integration von Transistoren angeht, aber hier werden die Geforce-Schöpfer sich deutlich steigern müssen. Und die vermutlich stark vergrößerten Zwischenspeicher (Cache und Register) sind dankbare Optimierungskandidaten für eine höhere Transistordichte. Da die GT200-Reihe nicht so hochoptimiert wie AMDs RV770 wirkt, dürfte Nvidia hier mehr Steigerungspotenzial haben; wenn sie dieses ausnutzen können, ist dreifache GTX260-Leistung pro Quadratmillimeter denkbar. Vor allem, da einige von Nvidia eingereichte Patente darauf schließen lassen, dass vielleicht schon mit der DirectX-11-Generation ein klassischer Flaschenhals der Raster-Grafikkarten angegangen werden soll.

Hält AMD an der bekannten Strategie fest, einen für das Performance-Segment optimierten Chip als Basis für die Produktreihe zu fertigen, so dürften bei einer Chipfläche von circa 300 mm² rechnerisch knapp unter 2 Milliarden Transistoren für den RV870 denkbar sein. Auch AMD wird alles daransetzen, um die Rechen- und allgemein Leistung pro Transistor zu optimieren. Ein RV870-Chip wird daher mindestens doppelt so schnell wie die aktuellen RV790-GPUs ausfallen - sollte AMD sich an die ungefähre Chipgröße des Vorgängers halten.

Pipelines, Shader und MHz: Features von GT300 und RV870
3 Milliarden Transistoren in 40-Nanometer-Fertigung: Diese Eckpunkte deuten auf eine sehr leistungsfähige DirectX-11-Grafikkarten-Generation hin, selbst wenn die verfügbaren Rahmen nicht komplett ausgeschöpft werden. TSMCs 40nm-Prozess wurde bereits eine Leistungssteigerung von Faktor 3,76 gegenüber aktuellen 65nm-Produkten attestiert, auch wenn sich mittlerweile die Anzeichen mehren, dass diese optimistische Prognose nicht ganz gehalten werden kann. Allerdings werden beide Hersteller viel Energie daransetzen, die Leistung pro Quadratmillimeter zu erhöhen und so hochperformante DX11-GPUs zu schaffen.

Eine mögliche Geforce GTX 380 mit einem GT300-Chip in 40nm sowie 3 Milliarden Transistoren könnte mit einem verbesserten ALU/TEX-Verhältnis von mindestens 4:1 (aktuell 3:1 bei GTX 200-Reihe), verbesserter ROP-Granularität (12 Quad-ROPs mit je einem 32Bit-Controller), potenteren Textureinheiten (Stichwort: Gather/Scatter, Single-Cycle FP16) und einem verknappten Speicherinterface auf 384 Bit mit GDDR5-Anbindung erscheinen. Mit GDDR5 käme man so auf eine Bandbreite von rund 240 GByte pro Sekunde, welche 160 Textureinheiten füttern müssten - angesichts der zunehmenden Verlagerung auf Rechnen vor Texturieren sicherlich ein ausreichendes Verhältnis. Die Rechenleistung der dann 640 Shader-ALUs (mit vermutlich einer zweiten DP-Einheit pro TPC) bei 1.600 MHz läge bei knapp über 2 TFLOPs.

Beim RV870 erwarten wir eine Fortsetzung von AMDs Fokus auf brachiale Rechenleistung. Unter 1.600, eher 2.000 Shader-ALUs, organisiert in 20 bis 25 SIMD-Einheiten mit 80 Lanes wird der Chips vermutlich nicht ins Rennen gehen. Setzt man konservative 750 MHz an, ergäbe dies einen 3-TFLOPS-Chip. Entsprechend erhöht sich auch die TMU-Anzahl auf das Zwei- bis Zweieinhalbfache gegenüber RV770. In Sachen ROPs dürfte AMD weiterhin konservativ bleiben und eher die Effizienz der einzelnen Einheiten weiter verbessern sowie den Speichercontroller feiner unterteilen.

Die Taktraten der Chips werden dagegen wohl eher nicht in schwindelerregende Höhen steigen, wenn man die 750 MHz, welche die Gerüchteküche der 40nm-HD4770 andichtet, für bare Münze nimmt. Angesichts der sonstigen Leistungsexplosion wäre das auch nötig, um nicht die Leistungsaufnahme ebenfalls explodieren zu lassen.

Leistungsaufnahme der DirectX-11-Generation:
Hier ist im Großen und Ganzen keine Änderung in Sicht. Die PCI-Express-Spezifikation deckelt die Leistungsaufnahme einer Karte weiterhin bei ca. 300 Watt - 75 aus dem Slot, 75 aus einem Sechspol-Anschluss und 150 aus einem Achtpol-Kabel - das halten wir auch für das absolute Maximum, mit dem eine Single-GPU-Grafikkarte wie die Geforce GTX380 auskommen muss. Denkbar sind eventuell Dual-GPU-Karten wie eine HD 5870 X2 oder eine Dual-GT300-Karte mit zwei Achtpol-Anschlüssen, welche dann mit bis zu 375 Watt versorgt werden können, da bereits aktuelle High-End-Grafikkarten die Spezfikation unter extremer Belastung überschreiten.

AMD und Nvidia sollten hier allerdings auf effiziente Auslegung von GT300 und RV870 besonders mit guten Idle-Fähigkeiten achten, denn das vertrebare Maß für Lautstärke und Leistungsaufnahme ist bei vielen Nutzern bereits erreicht. Insofern liegt unsere Hoffnung darauf, dass die aktuellen Werte (GTX285: 183W TDP, HD 4890: 190W MBP) nicht überschritten werden - eine einzelne HD4770 soll laut Gerüchteküche mit circa 80 Watt auskommen.

Speicher: GDDR5 im Kommen, DDR3 für Mainstream
An der Speicherfront dürfte die Einigung auf GDDR5-RAM bevorstehen. AMD bietet entsprechende Grafikkarten bereits seit Mitte 2008 an, Nvidia übersprang die GDDR4-Generation komplett und setzte bis zuletzt auf ein breites GDDR3-Speicherinterface. Dieses kostet dank der fest damit verbundenen ROP-Einheiten zwar einiges an Chipfläche und macht den Chip damit teurer in der Herstellung. Andererseits liegt die hohe Leistungsaufnahme der GDDR5-Grafikkarten aus der HD-4800-Reihe im Leerlauf wohl zum guten Teil daran, dass die Speichercontroller in der GPU vom hohen Datentransfer des GDDR5-RAMs am Heruntertakten ohne Bildflackern gehindert werden. Hoffentlich bekommen sowohl AMD als auch Nvidia dieses Problem bei den mit GDDR5 ausgestatteten High-End-Grafikkarten der DirectX-11-Generation in den Griff.

Für AMDs RV870 erwarten wir - aufgrund der Ausrichtung als Performance-Chip und der späteren Skalierung ins High-End mithilfe einer Dual-GPU-Karte - weiterhin ein 256 Bit breites Speicherinterface. Allerdings dürften die Taktraten unter Verwendung der neuesten GDDR5-Chips von derzeit 900 bis 975 MHz (3.600 - 3.900 Mbps) auf ca. 1.400 bis 1.500 MHz (5.600 bis 6.000 Mbps), denn bereits jetzt sind 1GBit-Chips mit einer Datenrate von 5.000 Mbps (1.250 MHz) lieferbar.

Im Einsteiger- und zum Teil auch Mainstreambereich wird der Wechsel von GDDR3 zu DDR3, welches dieselben Chips wie DDR3-DIMMs für den Arbeitsspeicher nutzt, vollzogen werden. Dies ist hauptsächlich ein Schritt, um Kosten durch große Mengen von Chips gleicher Bauart zu sparen, und stellt kein Feature dar, von dem der Kunde leistungsmäßig profitiert.

Verfügbarkeit: Neue Grafikkarten
Alles spricht dafür, dass die IHVs mit allen Mitteln versuchen werden, noch das Weihnachtsgeschäft mitzunehmen. Zuvor werden wir mit RV740 (HD4770) und GT216/GT218 jedoch noch einen Midrange-Chip bei AMD und zwei Einsteiger-GPUs bei Nvidia sehen, welche wie bisher allerdings DirectX 10 (10.1 bei AMD) unterstützen.

DirectX 11: Was bringt's?
Mircosofts neue Multimedia-API bietet eine Reihe neuer Features, von denen einige auch Änderungen an den Funktionseinheiten der GPU wie den Shadern, TMUs oder ROPs beinhalten. Besonders interessant sind hier die Kompression für HDR-Formate, Texturauflösungen bis 268,4 Megapixel (16.384 Pixel Kantenlänge) und die Compute-Shader. Genaue Beschreibungen von DirectX 11 und weitere Details zu den Möglichkeiten finden Sie in unserem Referenz-Artikel zum Thema. DirectX-11-kompatible GPUs müssen bei gleicher Leistungsfähigkeit wie DX10-Pendants also einiges an zusätzlichem Transistorbudget aufwenden.

Über einige Videos, die die Möglichkeiten von DirectX 11 demonstrieren, haben wir bereits berichtet.

Passend zum Thema interessieren Sie sich vielleicht auch für unsere Artikel zu TSMCs optimistischer Prognose für den 40nm-Prozess, dem möglichen Erscheinen von DirectX-11-Grafikkarten vor Windows 7 und für die Spekulationen rund um Nvidias Next-Gen-Grafikkarte Geforce GTX 380.