AMD RDNA – architektura nadchodzących Radeonów Navi pod lupą

Oczekując na pojawienie się w sklepach nadchodzących kart graficznych Radeon RX 5700 i możliwość ich przetestowania, przyjrzeliśmy się dokładnie ich architekturze oraz budowie procesora Navi.

Spis treści

RDNA – rodowód Radeonów

Architektura RDNA jest pewną pochodną ostatniej wersji GCN – podobieństwa i różnice są dla wielu mylące i stąd rozpowszechniane w internecie plotki o „niepełnym RDNA” i „prawdziwym RDNA”. Postaramy się to wyjaśnić.

Zwykle w materiałach marketingowych AMD lub w artykułach o kartach graficznych na PCLabie nazwa GCN (Graphics Core Next) oznacza mikroarchitekturę procesorów graficznych albo raczej serię architektur. Z kolei w wewnętrznej dokumentacji AMD oraz w kodzie otwartoźródłowego oprogramowania związanego z GPU (kompilator LLVM, sterownik amdgpu, kernel Linuksa) nazwa GCN określa zestaw instrukcji i funkcji.

Mikroarchitektura to projekt urządzenia, a nie jego funkcjonalność. Procesory o mikroarchitekturach Zen i Skylake są od siebie bardzo różne, ale jedne i drugie wykonują podobny zestaw instrukcji i spełniają założenia architektury x86. Także procesory graficzne AMD z ostatnich lat wszystkie mają podobny zestaw instrukcji i podstaw architekturalnych, ale mniej lub bardziej się od siebie różnią.

W dokumentacji programistycznej AMD rozróżnia takie rodziny procesorów graficznych:

RDNA jest nową mikroarchitekturą realizującą zestaw instrukcji i funkcji nadrzędny w stosunku do GCN. Styl programowania dostosowany do GCN oraz skompilowane dla GCN programy powinny działać na RDNA bez większych zmian i bez problemów z efektywnością. Również techniki optymalizacyjne wypracowane przez lata przez pecetowych i konsolowych programistów grafiki 3D powinny być efektywne na kartach graficznych RDNA.

RDNA ma jednak zupełnie inaczej pogrupowane zasoby obliczeniowe i nowe możliwości wykonywania kodu – programy przystosowane do RDNA przez programistę lub kompilator mogą znacznie efektywniej wykorzystać wszystkie możliwości maszyny obliczeniowej. W wielu przypadkach RDNA obiecuje wydajność i efektywność energetyczną nieosiągalną dla GCN.

Pierwszy raz w historii ATI i AMD będą współistnieć dwie architektury procesorów graficznych: RDNA jest zoptymalizowana do wyświetlania grafiki trójwymiarowej, a GCN – do wysokiej przepustowości obliczeniowej. W najbliższej przyszłości AMD będzie dalej używać GCN lub pochodnych GCN do budowy akceleratorów obliczeniowych. Nie wiemy jeszcze, jakie są plany dalszego rozwoju GCN. Być może powstanie jeszcze kilka kolejnych generacji, coraz bardziej skoncentrowanych na obliczeniach na nowych typach danych przydatnych w zastosowaniach SI; a być może AMD opracuje architekturę akceleratorów obliczeniowych, zupełnie nową lub wywiedzioną z RDNA. W końcu DNA w nazwie architektury ma według projektantów GPU sugerować możliwość ewolucji i adaptacji.

Od największych do najmniejszych GPU

Efektywne wykorzystanie budżetu energetycznego i powierzchni jądra jest szczególnie ważne w przypadku niewielkich układów obliczeniowych wbudowanych w urządzenia przenośne. Reprezentanci AMD w jednoznaczny sposób dali do zrozumienia, że chcą, żeby RDNA i pochodne zajęły w ciągu najbliższych lat ważną pozycję we wszystkich segmentach rynku. To oznacza nie tylko karty graficzne do pecetów czy układy graficzne wbudowane w laptopowe procesory, ale również GPU do urządzeń przenośnych. Ma w tym pomóc współpraca z Samsungiem, który niedawno ogłosił, że będzie licencjonował od AMD technologię budowy GPU. Współpraca nie będzie wyłącznie wymianą patentów – GPU w architekturze RDNA (być może zmodyfikowanej) będą zintegrowane w procesorach Samsunga.

Na dalszych stronach przedstawimy architekturę procesora Navi 10, z którego AMD zbuduje karty graficzne Radeon RX 5700 XT i Radeon RX 5700. Część z przedstawionych danych dotyczy wielu kolejnych wcieleń architektury RDNA, a część – tylko tego procesora i może się zmienić w kolejnych wersjach RDNA.