Radeon R9 290X im Test: Technik im Detail

Das neue Front-End und die Shader-Engines

Quelle: PC Games Hardware Radeon R9 Series Hawaii GPU Tech 01 AMD hat im Vergleich zum Vorgänger-Chip Tahiti bei Hawaii die eingesetzten Ressourcen verdoppelt. Vier identische Blöcke, Shader-Engines genannt, verarbeiten jeweils ein Dreieck pro Takt, verfügen über einen eigenen Rasterisierer mit einem Durchsatz von 16 Pixeln pro Takt und werden nach Bildschirmkacheln weitgehend konfigurierbarer Größe getrennt mit Arbeit versorgt. Sollte dabei ein starkes Ungleichgewicht entstehen, so können Aufgaben über den Umweg des Hauptspeichers auch zwischen den einzelnen Shader-Engines verschoben werden. Bei Tahiti (Radeon HD 7970) fütterten die Geometrieeinheiten und Rasterisierer noch jeweils zwei Shader-Engines.

Ebenfalls neu im Front-End sind zusätzliche ACEs, asynchrone Compute-Engines. Während in Sachen Grafik nur Arbeit aus einer Kommandoschlange an die Shader-Engines übergeben werden kann, ist es bei reinen Compute-Aufgaben via OpenCL, -GL oder Direct Compute möglich, aus acht ACEs Arbeit in die Shader zu schleusen, was die Auslastung verbessern soll.

Jede Shader-Engine enthält bis zu 11 der bekannten Compute Units - die Infanterie in AMDs Rechenheer, die mit jeweils 4 VEC16-SIMDs und 4 Textureinheiten den Großteil der Grafikaufgaben stemmen muss. AMD gibt an, dass die Architektur bis zu 11 CUs pro Shader-Engine unterstützt, während Tahiti noch auf deren acht setzte.

Hawaii-Neuheiten im Detail

Quelle: PC Games Hardware Radeon R9 Series Hawaii GPU Tech 03 Auch innerhalb der Shader gab es Änderungen: Bis zu 11 CUs, welche laut Aussage von AMD-Fellow Michael Mantor auch das physikalische Maximum der GPU darstellen, werden nun in einer Shader-Engine zusammengefasst. Zwei Vierer- und eine Dreiergruppe - als Shader-Arrays bezeichnet - teilen sich darin jeweils Instruktions- und Konstantencaches.

AMD gibt - wie jede Generation - natürlich auch Verbesserungen bei diversen Operationen an. So soll die Genauigkeit der nativen Transzendentalfunktionen LOG und EXP auf 1 Unit of Least Precision verbessert worden sein. Masked Quad Sum of Absolute Differences inklusive 32 Bit Akkumulation und Saturierung, die unter anderem in der Medienverarbeitung genutzt werden können, sind nun ebenso Bestandteil des Instruktionssatzes wie ein flacher, gemeinsamer Adressraum für den gesamten Gerätespeicher. Hierdurch hat es unter anderem der Treibercompiler leichter, den Lokal Data Share (LDS) zu nutzen. Das DX11-Sorgenkind AMDs, die Tessellation, wurde ebenfalls verbessert: Parameter- und Position-Caches sind nun dank Vierfach-paralleler Geometrieverarbeitung quasi automatisch größer geworden und auch die Verbesserungen beim Puffern von Überläufen im Speicher sind erst einmal durch das größere Speicherinterface und L2-Cache erklärbar. Dass der LDS nun genutzt werden kann, um die Geometry-Shader-Performance zu erhöhen, haben wir oben bereits hergeleitet.

Ähnlich wie bei Tahiti sind die Raster-Endstufen (ROPs) fest einer Shader-Engine zugeordnet. Über eine lokale Crossbar wandern Daten zwischen Shader-Arrays und ROPs hin- und her. An die ROPss sind über jeweils 64 KiB große L2-Partitionen die sechzehn 32-bittigen Speichercontroller angeschlossen, die zusammen das 512 Bit breite Speicherinterface bilden. Bei dessen Aufbau hat AMD zu einem Trick gegriffen: Anstelle der physikalisch großen, also viel Chipfläche belegenden Schaltungsblöcke des Tahiti-Chips verwendete man für Hawaii das Design der Pitcairn-Speichercontroller aus der HD-7800-Reihe. Diese sind nicht für ganz so hohe Taktraten geeignet, belegen allerdings auch nur rund die Hälfte der Fläche pro 128-Bit-PHY. Insgesamt kommt man so trotz 512-Bit-Interface auf weniger Chipfläche für den reinen Speichercontroller als beim 384-Bit-Controller des Tahiti. Einen Teil dieser laut AMD rund 20-prozentigen Flächenersparnis fressen allerdings die zusätzlichen 33 Prozent an Level-2-Cache samt der benötigten Datenleitungen wieder auf.

Spannend ist überdies die in Hawaii erhöhte Shader-Exportrate zu den Raster-Endstufen: Hierdurch können nun auch 64-Bit-Blending-Operationen schneller ausgeführt werden - um genau zu sein mehr als doppelt so schnell wie auf der HD 7970, da noch Verbesserungen in den ROPs selber hinzukommen. Nützlich ist das beispielsweise für echtes HDR-Rendering mit 64 Bit pro Pixel und 16 Bit FP-Genauigkeit pro RGBA-Kanal.

Benchmark-Rekordjägern und Multi-GPU-Freunden wird vielleicht bereits auf gefallen sein, dass die Referenzkarte zweierlei vermissen lässt: Zum einen Unterstützung für rein analoge Displays (die DVI-Ports sind nicht vom "I"- sondern vom "D"-Typ) und zum anderen die bekannten Crossfire-Brückenanschlüsse. Letzteres ist mit der neuen GCN-Generation laut AMD nicht mehr nötig, da die Daten dank zusätzlicher DMA-Engines, also Einheiten, die direkte Speicherzugriffe ausführen können, unmittelbar von Grafikkarte zu Grafikkarte über den PCI-Express-Steckplatz übermittelt werden können. Offenbar ist dieser nun schnell genug, um zusammen mit weiteren Optimierungen auch für High-End-Crossfire auszureichen. Früher war brückenloses Crossfire nämlich nur Einsteigerkarten vorbehalten.

AMD True Audio

In AMDs GPUs der GCN-1.1-Generation (Bonaire, Hawaii) hat ein digitaler Signalprozessor Einzug gehalten, wie er in ähnlicher Form auch in der Xbox One-GPU verwendet wird. Dabei handelt es sich um Hifi-2-EP-Cores von Tensilica, die ihre IP-Blöcke ähnlich wie ARM zur Lizenz und Integration in Chips von Drittherstellern anbieten. Drei dieser Kerne sind laut letzten Informationen auf der Radeon R9-290X und der R7-260X integriert.

Dieser Chipteil, zu dessen Größe AMD sich auch auf Nachfrage nicht näher äußern wollte, muss vom Spieleentwickler explizit oder über eine Middleware beziehungsweise Plug-Ins wie GenAudio angesprochen werden, kann dann aber mit vom Hauptprozessor unabhängiger, also genau vorhersagbarer Performance, das Erzeugen und Mischen von mehreren Geräuschquellen übernehmen. Darunter fallen auch aufwändigere Effekte wie Convolution Reverb, welche den Schall und seine Reflektionen innerhalb eines Raumes in einer Ray-Casting-artigen Simulation für die Ausgabe auf einem Lautsprecher zusammenfassen.

Quelle: PC Games Hardware Radeon R9 Series Hawaii GPU Overview 05

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Radeon R9 290X im Test: AMDs Flaggschiff der neuen "Volcanic Islands"-Reihe, die Radeon R9 290X, entpuppt sich im PCGH-Test als wahrer Janus und präsentiert uns ihre zwei völlig verschiedenen Gesichter. Neugierig? Zu Recht! Vorhang auf für die Radeon R9 290X, Codename "Hawaii XT".

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