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2019-07-07 15:10 出处:PConline原创 作者:兽王 责任编辑:tangzicong

  [PConline 杂谈]今天,AMD历史性在同一天里发布了全新的锐龙3000系列处理器及RX 5700系列显卡,这是很少见的,只不过这两类产品给人的感觉是不一样的——锐龙3000处理器是AMD从优秀走向卓越的开始,而RX 57000系列显卡则更像是刚补完课的学生,有进步,但还不至于能赶超学霸。

  在7nm Navi架构的RX 5700上市之前,AMD在中高端GPU市场上落后太多了,尽管AMD在独显GPU上的份额比X86 CPU份额高得多,但是给玩家的感受是不一样的,很大原因就是过去几年中AMD推的几代显卡,特别是高端显卡表现不尽如人意,从Fury到Vega都是如此。

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  深究起来,这跟AMD多年来坚持使用GCN架构有关,从28nm的HD 7970到今年共计7年了,即便AMD多次改名称之为GCN 1.0、GCN 2.0再到GCN 5.0,但GCN架构的整体变化并不大,高端显卡4096个处理器单元的规模从2015年的Fury X到RX Vega 64都是如此,只能说GCN廉颇老矣,曾经被人称赞的性能、能效双重优势也有落后的时候。

AMD 7nm NAVI显卡

  好在随着7nm Navi架构的问世,AMD显卡最煎熬的日子总算过去了,往大了说AMD的Radeon GPU现在是全平台覆盖,除了PC、Mac、主机之外还扩展到了云游戏及移动设备上,谷歌、三星分别在今年初、今年中跟AMD达成了战略合作,而微软、索尼新一代主机也会用上Navi架构的GPU。

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  早在去年福布斯网站就有一篇文章揭露过AMD近几代GPU开发都不是专门为PC玩家准备的,而是要为主机定制,所以在PC平台上总是有一些这样或者那样的不足,这件事也适用于Navi架构,使得Navi并不是一个追求最高性能最先进技术的GPU架构,之前传闻命名是RX 680而已。

  说了这么多背景及铺垫,为的就是让大家在看Navi架构上的一些改变时能够理解AMD入了什么、为什么这么做。根据官方的信息,Navi GPU架构上的主要亮点是7nm工艺、RDNA架构、GDDR6显存,这是最重要的几点,而PCIe 4.0、显示、多媒体上的改进属于次要,其中PCIe 4.0虽然是新技术,但象征意义更大,实用价值并不高。

 

▍ Radeon RX 5700系列显卡改进之一:7nm工艺

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  与AMD的锐龙3000系列处理器一样,AMD的Navi GPU也进入了7nm节点,毕竟主机上的CPU及GPU核心也是Zen2+Navi的搭配,保持同代工艺很有必要。

  至于7nm的优点,AMD在多个场合介绍的都差不多,相比14nm工艺晶体管密度翻倍,同性能下功耗降低50%,同功耗下性能提升25%,这方面跟锐龙3000的变化是一样的。

  很显然,Navi架构能效大增的首要功臣就是7nm工艺,实现了1.5倍的每瓦性能比。

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  除了能效1.5倍变化之外,7nm还使得Navi GPU的核心面积大降,只有251mm2,晶体管只有103亿个,而14nm Vega核心是495mm2,晶体管125亿,所以Navi核心面积只有原来的一半左右,差距非常明显。不过也要说清楚,Vega的CU流处理器单元规模比Navi还是大很多的,64vs.40组的差别。

 

▍ Radeon RX 5700系列显卡改进之二:全新RDNA架构

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  Navi之前的显卡使用的是GCN架构,RX Vega上是GCN 5.0架构,而Navi是RDNA架构,全称是Radeon DNA架构,官方表示它是专为新一代高效率、高性能游戏而设计。它是为你的游戏提供动力的 DNA、让你的游戏生动逼真的 DNA、不断发展进化的 DNA。

  需要重点说明的是,尽管早前传闻Navi是最后一代GCN架构,但AMD不仅是改了新架构的命名方式,还极力否认RDNA架构跟GCN有关系,强调RDNA是全新开发的架构,跟GCN没啥关系,不是GCN升级也不是GCN混合,唯一有关的就是指令集继承了,使得现有技术可以兼容,避免软件、游戏重新为RNDA开发一遍。

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  在RDNA架构上,AMD的主要目标有四个——性能上要适应现代的游戏负载,能效上要优化功耗和带宽利用率,功能上要增强生态系统,并行扩展上要适应移动到云端游戏,毕竟三星前不久谈的GPU授权也是基于Navi的。

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  让很多人纠结Navi架构没脱离GCN体系的一个重要原因就是Navi上依然是1个CU单元包含64组SIMD阵列,这点跟最初的GCN架构相比都没变化,不过AMD表示Navi上的CU单元重新设计了,2倍的标量单元、2倍的调度单元、单循环发射、双模执行单元,同时实现了资源合并,2个CU单元可以当做一个工作组处理器。

  具体来说,Navi完整核心有40组CU单元,每组CU有2个标量单元、64个流处理器单元、4个64位双线性过滤单元,共计2560个流处理器、80个标量单元和160个64位双线性过滤单元。

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  与GCN架构相比,CU单元虽然都是64个流处理器单元,但具体结构是不一样的,GCN是4组SIM16阵列、4组SIMD4固定阵列,Navi是2组SIMD32、2组SIMD8阵列,而且支持Wave32、Wave64双模执行,这部分减少实际上是提高了效率,使得指令不需要频繁拆分,提高了单线程性能及单元利用率。

  与此同时,RDNA的共享矢量、标准单元又翻倍到2组,简单粗暴提升了吞吐量,进而提升性能。

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  除了CU单元大升级之外,AMD在RDNA架构上还改进了多级缓存一致性,每个双CU组合内都有自己的L0缓存,与ALU单元的载入带宽翻番,增加了四组新的16-way 128KB L1缓存,降低了L2缓存(16-way 4MB)的拥堵,使得延迟和功耗大大减低。

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  从AMD公布的信息来看,L0级缓存延迟降低了21%,L1、L2缓存劫持降低了23%,内存延迟降低了8%。

  RDNA架构第三点改进与图形渲染管线有关,增强了4个ACE异步计算引擎,带有4个原语单元的中心几何处理器可以统一处理矢量复用、原语汇编等命令。

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  通过对图形渲染管线的改进,AMD在RDNA架构上实现了更高的性能,更低高的能效。值得一提的是,与之前的Vega GPU一样,Navi架构上依然获得了AMD Zen架构团队的友情技术支援,特别是在时钟门控电路上,所需的开关电路、门控电路分别减少了40%、12%。

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  最终这么一整套改进与优化下来,RDNA架构在性能及性能上有了全面的进步,每瓦性能比提升了50%,每时钟效率提升了25%。

 

▍ Radeon RX 5700系列显卡改进之三:FideltiFX画质优化套装

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  前面介绍的工艺、架构改进使得RDNA架构已经脱胎换骨了,AMD还在游戏画质上带来了新的技术FideltiFX,准确来说FideltiFX是AMD伴随RDNA架构推出的一系列后期特效技术的打包,里面又分为CAS、RIS、Anti-Lag等等。

  跟AMD其他技术一样,FideltiFX技术也会开源,并且已经得到了Unity、逆水寒(NVIDIA出新技术网易跟进,AMD这边也不放过)、卡普空、育碧等引擎及游戏开发商的支持。

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  FideltiFX技术中的CAS(Content Adaptive Shading,内容自适应着色技术)不算新鲜了,之前NVIDIA在图灵GPU中也有类似的技术,最初叫NVIDIA自适应着色技术,简称NAS,

  简单来说,CAS技术允许游戏根据不同的需要,通过对画面非主要元素(比如赛车中快速移动的侧景)进行像素合并,从而减少着色器的渲染量,以便部分提高帧数。

  当然,CAS技术也可以增加渲染内容,这样可以提高画质,不过会导致性能下降,具体如何选择看游戏厂商,下面是CAS的画质对比。

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  除了CAS,FideltiFX技术中第二项画质技术是“Radeon Image Sharpening”,简称RIS,它的开发者也是赫赫有名,NVIDIA之前主导的TXAA抗锯齿也是来自于这位高手。

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  既然跟TXAA很有渊源,RIS也是有类似的效果,这是一种动态适应的后期抗锯齿技术,画面更锐利、细节更清晰的同时还可以最大化保留性能。

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  从AMD公布的测试来看,RIS对游戏性能的影响在0.5到1%左右,可以说非常小了,完全可以忽略不计了,这也是目前对性能影响最小的抗锯齿技术了。

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  此外,FideltiFX技术还有一项绝技就是Anti-Lag抗延迟技术,简称RAL,很多人不知道的是游戏延迟不仅仅与画面输出有关,鼠标、键盘等也会有延迟,RAL就可以缩短鼠标点击到游戏响应之间的延迟时间,官方测试减少幅度在23%到35%之间,差不多就是减少了1/3左右的延迟。

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▍ Radeon RX 5700系列显卡改进之四:显卡设计、PCIe4、GDDR6

  接下来简单介绍下7nm Navi架构的最终成果及其他先进技术。

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  显存方面,AMD在Navi放弃了HBM2显存,虽然HBM技术的显存优点多多,但是成本还是太贵,搭配2颗HBM2的话就像RX Vega 64那样,带宽没优势,搭配4颗HBM2的话,就像Radeon VII显卡那样,16GB成本又承受不了,索性还是放弃了,只用于顶级显卡或者加速卡市场。

  GDDR6显存的优势不用说了,制造工艺基本上与GDDR5兼容,但频率大幅提升,相比常见的8Gbps GDDR5,GDDR6显存可以轻松达到14Gbps,带宽提升75%,Navi使用256bit 14Gbps的GDDR6,带宽就已经有448GB/s,不输RX Vega 64的HBM2带宽了。

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  Navi显卡上的PCIe 4.0也是消费级最早支持的,虽然7nm Vega上就已经支持PCIe 4.0技术,但是Radeon VII显卡没有实装,RX 5700才是第一个支持PCIe 4.0的桌面显卡。

  与现在的PCIe 3.0相比,PCIe 4.0的信号速率翻倍到了16GT/s,带宽也翻倍提升,不过这个技术虽然新鲜,但是用于显卡的话,玩游戏是体验不出来的,PCIe 3.0都不是瓶颈。

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  基于7nm Navi核心,AMD推出了3款显卡——RX 5700、RX 5700 XT及RX 5700 XT 50周年纪念版,实际上最后一款型号外观、设计跟RX 5700 XT没区别,就是频率更高,还有苏妈签名,属于信仰升级版,价格也略贵。

  具体来说,RX 5700 XT是完整版40组CU单元,、2560个流处理器、64个ROP单元、256个纹理单元,基础频率1605MHz,游戏加速频率1755MHz,极限加速频率1905MHz,浮点性能9.75TFLOPS,搭配8GB GDDR6显存,14Gbps,TDP功耗225W,8+6pin供电。

  RX 5700显卡是36组CU单元,、2304个流处理器、144个纹理单元、64个ROP单元,基础频率1465MHz,游戏加速频率1625MHz,极限加速频率1725MHz,浮点性能7.95TFLOPS,TDP功耗180W,搭配8GB 14Gbps GDDR6显存,8+6pin供电。

  至于Radeon RX 5700 XT 50周年纪念版,它也是40组计算单元、2560个流处理器、GPU核心基础频率1680MHz,游戏频率1830MHz,加速频率1980MHz,浮点性能10.14TFLOPS,显存位宽256-bit 8GB GDDR6,频率维持14GHz,TDP 235W。

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  值得注意的是,RX 5700 XT与RX 5700显卡的公版设计不完全相同,RX 5700 XT最具识别性的是它顶部的凹痕,除了装饰作用还有改善风流及噪音的作用,不过处女座可能有点不能忍。

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  RX 5700系列显卡在显示输出接口也有不少变化,3个DP 1.4接口、1个HDMI 2.0b接口,支持4K 240Hz、4K HDR 120Hz或者8K 60Hz输出,还支持了DSC 1.2a色彩压缩规范,与华硕推出的一款43寸4K DSC显示器是绝配。

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  多媒体方面,RX 5700系列显卡变化也比较大,增加了新的H.265 HDR/WCG编码器,全面支持H.264 1080p600、4K150、8K30解码和1080p360、4K90编码,H.265 1080p360、4K90、8K24解码和1080p360、4K60编码,VP9 4K90、8K24解码,整体编码速度加快40%。

 

▍ Radeon RX 5700系列显卡画大饼之光线追踪、RDNA2架构

  AMD在RX 5700系列显卡的官方PPT中还对比了与友商RTX 20系列显卡的性能,当然这种情况显然是RX 5700及RX 5700 XT赢了,不过这里就不列官方测试成绩了,一方面是因为这些游戏性能还需要实际检测,另一方面是随着NVIDIA推出RTX 20 Siper系列显卡,RX 5700系列显卡的竞争对手都变了,AMD的官方测试已经没多少意义了。

  通过前面有关Navi核心7nm工艺、RDNA架构的介绍,我们可以说7nm Navi GPU真的是一场及时雨,让AMD摆脱了差不多成为负资产的GCN架构的束缚,在性能及能效方面有了长足进步,使得AMD显卡在面对友商产品时有了十足的底气。

  不过Navi核心依然不能说是完美的,不支持光线追踪就是槽点之一,但是在光追这件事上,AMD也跟NVIDIA有着不同的理念。

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  准确来说,GCN及RDNA架构其实也是支持跑DXR光追的,就好比GTX显卡也能跑RTX光追一样,但它们都是通过渲染器跑的,效率不高而已,AMD现在Radeon Ray、ProRenders等软件中就已经支持了光追了。

  在下一代RDNA架构中,AMD才会加入专用的硬件加速光追单元,类似NVIDIA在图灵GPU中的RT Core一样,好处是性能更高,不过AMD最终的目标是云端光追,他们希望把光线追踪这种耗费大量资源的运算放到云上,提供全场景的云端解决方案,这个会很有意思,不过目前还是大饼。

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  Navi上有一些槽点的关键就在于它还是第一代RDNA架构,AMD还在准备新一代的RDNA2架构,制程工艺也会升级到7nm+,按照路线图应该是明年问世,跟锐龙4000系列处理器是同一代了。

  在RNDA2架构上,AMD应该会推出传闻的Navi 20高端核心了,不仅支持硬件加速光追,CU单元也要大幅超越现在的Navi,性能水平要达到RTX 2080 Ti或者更高级别的,毕竟明年NVIDIA也要推出传闻中的7nm安培GPU了。

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