Radeon HD 5870: DirectX-11 mit hoher Performance, AMD vor Nvidia?

Nachdem bereits der Ausblick auf eine mögliche DirectX-11-Grafikkarte von Nvidia (Geforce GTX 380) mit GT300-Chip auf positives Echo seitens der Leserschaft stieß, haben wir uns noch einmal mit der aktuellen Gerüchtelage zu AMDs RV870-Chip beschäftigt und die Informationen diesbezüglich auf den aktuellen Stand gebracht. Zwar sind weiterhin jegliche Leistungsangaben pure Einschätzung unsererseits, aber natürlich nicht völlig aus der Luft gegriffen. Zum Geforce-Artikel gibt es mittlerweile neue Spekulationen seitens Brightsideofnews.com, die sich zusammen mit Hardware-Infos.com bereits ziemlich sicher über den GT300 äußern ohne jedoch Anhaltspunkte für die Quellen zu nennen. Über diese neuerlichen Spekulationen, die im GT300 16 MPMDs (erweiterte SIMDs auf dem Weg zu MIMDs) à 32 Shader-ALUs sehen, haben wir bereits am Donnerstag berichtet.

Kommen wir zur Sache: Sowohl Nvidia als auch AMDs Grafikabteilung - das können wir mittlerweile bestätigen - 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.

RV870: 40-Nanometer-Fertigung und 2 Mrd. Transistoren gesetzt?
Hält AMD an der bekannten Strategie fest, zuerst einen für das Performance-Segment optimierten Chip als Basis für die gesamteProduktreihe zu fertigen, so dürften bei einer Chipfläche von circa 300 mm² rechnerisch knapp unter 2 Milliarden Transistoren für den RV870 denkbar sein. Zwar wird AMD alles daransetzen, um die Rechen- und allgemein Leistung pro Transistor zu optimieren, jedoch sind bereits die Chips der RV770-Reihe extrem leistungsfähig pro Quadratmillimeter. Allerdings gilt es, zweierlei zu bedenken: DirectX 11 erfordert u.a. aufgrund der GPGPU-Ausrichtung mit Compute-Shadern prinzipiell größere Caches auf den GPUs - auch größere Registerspeicher wären für extrem umfangreiche Compute-Shader selbst bei den Radeons noch vorteilhaft. Speicherzellen lassen sich aufgrund der regelmäßigen Strukturen dichter packen als Logikschaltungen und so könnte die Schaltungsdichte auf DirectX-11-GPUs nochmals ansteigen. Wird der RV870 zudem leicht größer als die Vorgänger, trägt auch dies zu einer größeren Packdichte bei, da die schlecht verkleinerbaren analogen Anteile des Dies prozentual weniger Platz einnehmen.

Ein einzelner RV870-Chip wird - sollte AMD sich an die ungefähre Chipgröße des Vorgängers halten und noch unter 300 mm² bleiben - also mit wahrscheinlich die Leistung einer HD 4870 X2 erreichen oder übertreffen können. Das gilt natürlich besonders für Spezialfälle wie GPGPU-Anwendungen.

Pipelines, Shader und MHz im RV870
Milliarden von Transistoren in 40-Nanometer-Fertigung deuten auf eine sehr leistungsfähige DirectX-11-Grafikkarten-Generation hin. TSMCs 40nm-Prozess wurde im Vorfeld bereits eine Leistungssteigerung von Faktor 3,76 gegenüber der 65nm-Produktion attestiert, auch wenn sich mittlerweile die Anzeichen mehren, dass diese optimistische Prognose nicht ganz gehalten werden kann. Allerdings werden beide Hersteller - AMD und Nvidia - viel Energie daransetzen, die Leistung pro Quadratmillimeter zu erhöhen und so hochperformante DX11-GPUs zu schaffen.

Beim RV870 / HD 5870 erwarten wir eine Fortsetzung von AMDs Fokus auf brachiale Rechenleistung. Unter 1.600, vielleicht auch 2.000 Shader-ALUs, organisiert in 20 bis 25 SIMD-Einheiten mit je 80 ALU-Lanes wird der Chips vermutlich nicht ins Rennen gehen. Ein Problem jedoch wäre eventuell die Leistungsaufnahme. Setzt man die bereits etablierten 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 anstelle einer simplen Verdoppelung eher die Effizienz der einzelnen Einheiten weiter verbessern sowie den Speichercontroller feiner unterteilen.

Die Taktraten der Chips werden vermutlich ebenfalls recht konservativ bleiben, wenn die 750 MHz, welche die Gerüchteküche der 40nm-HD4770 andichtet, repräsentativ ausfallen. Angesichts der sonstigen Leistungsexplosion wäre das auch nötig, um nicht die Leistungsaufnahme ebenfalls explodieren zu lassen. Das OC-Potenzial, welches sowieso außerhalb der Spezifikationen läuft und immer ein wenig Glückssache ist, läßt allerdings gutes vermuten.

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 gleich ob Radeon HD 5870 oder Geforce GTX380 auskommen muss. Zumal AMD in seiner Strategie eine Multi-Chip-Lösung für das High-End vorsieht und die Einzel-Karte umso stromsparender ausfallen sollte.

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. Unklar ist noch, ob eine Grafikkarte mit zwei Achtpol-Anschlüssen überhaupt durch die aktuelle Spezifikation von PCI-Express gedeckt ist.

AMD und Nvidia sollten hier allerdings auf effiziente Auslegung von GT300 und RV870 besonders mit guten Idle-Fähigkeiten achten, denn das vertretbare 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 immer schneller
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 mindestens 1.400 bis ca. 1.500 MHz (5.600 bis 6.000 Mbps), denn Qimonda hat bereits 1GBit-Chips mit einer Datenrate von 5.000 Mbps (1.250 MHz) ausgeliefert. Zudem hat Hynix bereits vor einiger Zeit Chips mit einer Datenrate von 7 Gbps angekündigt, die rechtzeitig zum dritten Quartal lieferbar sein könnten. Mit einem bewährten 256-Bit-Speicherinterface könnte der RV870 und damit die HD 5870 eine Bandbreite von 224 GByte pro Sekunde erreichen - knapp 80 Prozent mehr als die HD 4890 und damit durchaus zum erwarteten Leistungsniveau passend.

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, insbesondere der Compute-Shader demonstrieren, haben wir bereits berichtet. In der kommenden PCGH-Printausgabe wird außerdem ein vierseitiger Artikel zum aktuellen Stand der DirectX-11-API enthalten sein. Das Heft liegt ab 6. Mai am Kiosk Ihres Vertrauens aus.

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. AMDs CEO Dirk Meyer kündigte auf dem Conference-Call zu AMDs Quartalsergebnissen just die ersten DirectX-11-Grafikkarten passend zum Launch von Windows 7 an - beides noch 2009. Übrigens: kennen Sie schon "Cypress"? ;-)