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AMD Vega ist der Name der fortschrittlichsten Grafikarchitektur von AMD. Es ist die neueste Entwicklung von GCN, seiner GPU-Architektur, die uns seit 2011 begleitet. Diese Entwicklung von GCN ist die bislang ehrgeizigste von AMD.

Möchten Sie mehr über AMD VEGA-Grafikkarten und all ihre Funktionen erfahren? In diesem Beitrag überprüfen wir alle Schlüssel zur GCN-Architektur und alle Geheimnisse, die Vega verbirgt.

Inhaltsverzeichnis

Die Geburt der GCN-Architektur und ihre Entwicklung bis nach Vega

Um die Geschichte von AMD auf dem Grafikkartenmarkt zu verstehen, müssen wir auf das Jahr 2006 zurückgehen, als das Unternehmen Sunnyvale ATI übernahm, den zweitgrößten Grafikkartenhersteller der Welt, der seit Jahren im Geschäft ist. Kämpfe mit Nvidia, dem Branchenführer. AMD erwarb die gesamte Technologie und das geistige Eigentum von ATI im Rahmen einer Transaktion im Wert von 4, 3 Milliarden US-Dollar in bar und 58 Millionen US-Dollar in Aktien im Gesamtwert von 5, 4 Milliarden US-Dollar und schloss die Aktion am 25. Oktober ab. 2006.

Zu dieser Zeit entwickelte ATI seine erste GPU-Architektur, die auf der Verwendung von Unified Shadern basiert. Bis dahin enthielten alle Grafikkarten unterschiedliche Shader für die Vertex- und Shading-Verarbeitung. Mit der Einführung von DirectX 10 wurden einheitliche Shader unterstützt, was bedeutet, dass alle Shader in einer GPU gleichgültig mit Scheitelpunkten und Schattierungen arbeiten können.

TeraScale war die Architektur, die ATI mit Unterstützung für Unified Shader entwarf. Das erste kommerzielle Produkt, das diese Architektur nutzte, war die Xbox 360-Videokonsole, deren GPU namens Xenos von AMD entwickelt wurde und viel weiter fortgeschritten war als das, was auf PCs der damaligen Zeit montiert werden konnte. In der PC-Welt hat TereaScale Grafikkarten der Serien Radeon HD 2000, 3000, 4000, 5000 und 6000 zum Leben erweckt. Alle haben kontinuierlich kleine Verbesserungen vorgenommen, um ihre Fähigkeiten im Verlauf der Herstellungsprozesse von 90 nm auf 40 nm zu verbessern.

Die Jahre vergingen und die TeraScale-Architektur war im Vergleich zu Nvidia veraltet. Die Leistung von TeraScale bei Videospielen war immer noch sehr gut, hatte jedoch eine große Schwachstelle im Vergleich zu Nvidia. Dies war eine geringe Kapazität für die Berechnung mit GPGPU. AMD verstand, dass eine neue Grafikarchitektur entworfen werden musste, die sowohl in Spielen als auch im Computerbereich mit Nvidia kämpfen kann. Dieser Bereich wurde immer wichtiger.

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GCN ist die grafische Architektur, die AMD von Grund auf als Nachfolger von ATIs TeraScale entwickelt hat

Graphics Core Next ist der Name der ersten Grafikarchitektur, die zu 100% von AMD entworfen wurde, obwohl logischerweise alles, was von ATI geerbt wurde, der Schlüssel zur Ermöglichung ihrer Entwicklung war. Graphics Core Next ist viel mehr als eine Architektur. Dieses Konzept repräsentiert den Codenamen für eine Reihe grafischer Mikroarchitekturen und eine Reihe von Anweisungen. Das erste GCN-basierte Produkt kam Ende 2011 auf den Markt, die Radeon HD 7970, die allen Anwendern so gute Ergebnisse gebracht hat.

GCN ist eine RISC SIMD-Mikroarchitektur, die sich von der VLIW SIMD TeraScale-Architektur abhebt. GCN hat den Nachteil, dass es viel mehr Transistoren als TeraScale benötigt, aber im Gegenzug bietet es viel mehr Möglichkeiten zur Berechnung der GPGPU, vereinfacht den Compiler und nutzt Ressourcen besser. All dies macht GCN zu einer Architektur, die TeraScale deutlich überlegen ist und viel besser darauf vorbereitet ist, sich an die neuen Anforderungen des Marktes anzupassen. Der erste GCN-basierte Grafikkern war Tahiti, der die Radeon HD 7970 zum Leben erweckte. Tahiti wurde mit einem 28- nm- Prozess gebaut, was einen enormen Sprung in der Energieeffizienz im Vergleich zu 40 nm für den neuesten TeraScale-basierten Grafikkern, die Cayman-GPU der Radeon HD 6970, darstellt.

Seitdem hat sich die GCN- Architektur über mehrere Generationen von Grafikkarten der Serien Radeon HD 7000, HD 8000, R 200, R 300, RX 400, RX 500 und RX Vega leicht weiterentwickelt. Die Radeon RX 400s leiteten einen Herstellungsprozess bei 14 nm ein, der es GCN ermöglichte, einen neuen Sprung in der Energieeffizienz zu machen. Die GCN-Architektur wird auch im APU-Grafikkern von PlayStation 4 und Xbox One verwendet, den aktuellen Videospielkonsolen von Sony und Microsoft, die für ihren Preis außergewöhnliche Leistung bieten.

Die GCN- Architektur ist intern in sogenannte Recheneinheiten (CU) organisiert, die die grundlegenden Funktionseinheiten dieser Architektur darstellen. AMD entwirft GPUs mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Recheneinheiten, um die verschiedenen Grafikkartenbereiche zu erstellen. Es ist wiederum möglich, Recheneinheiten in jeder dieser GPUs zu deaktivieren, um unterschiedliche Bereiche von Grafikkarten auf der Grundlage desselben Chips zu erstellen. Dies ermöglicht es uns, das Silizium zu nutzen, das aus dem Herstellungsprozess mit Problemen in einigen der Recheneinheiten hervorgegangen ist. Dies wird in der Industrie seit vielen Jahren getan. Die Vega 64-GPU verfügt über 64 Recheneinheiten und ist die leistungsstärkste GPU, die AMD bisher hergestellt hat.

Jede Recheneinheit kombiniert 64 Shading-Prozessoren oder Shader mit 4 TMUs im Inneren. Die Recheneinheit ist von den Processing Output Units (ROPs) getrennt, wird jedoch von diesen betrieben. Jede Recheneinheit besteht aus einer Scheduler-CU, einer Zweig- und Nachrichteneinheit, 4 SIMD-Vektoreinheiten, 4 64-KB-VGPR-Dateien, 1 Skalareinheit, einer 4-KB-GPR-Datei, einem lokalen Datenkontingent von 64 KB, 4 Texturfiltereinheiten, 16 Texturwiederherstellungs-Lade- / Speichereinheiten und ein 16 kB L1-Cache.

AMD Vega ist die ehrgeizigste Entwicklung von GCN

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Generationen der GCN-Architektur sind recht gering und unterscheiden sich nicht zu stark voneinander. Eine Ausnahme bildet die GCN-Architektur der fünften Generation namens Vega, die Shader stark modifiziert hat, um die Leistung pro Taktzyklus zu verbessern. AMD begann im Januar 2017 mit der Veröffentlichung von Details zu AMD Vega, was von Anfang an hohe Erwartungen hervorrief. AMD Vega erhöht die Anweisungen pro Takt, erreicht höhere Taktraten, bietet Unterstützung für HBM2-Speicher und einen größeren Speicheradressraum. Mit all diesen Funktionen können Sie die Leistung gegenüber früheren Generationen zumindest auf dem Papier erheblich verbessern.

Zu den architektonischen Verbesserungen gehören auch neue Hardwareprogrammierer, ein neuer primitiver Verwerfungsbeschleuniger, ein neuer Anzeigetreiber und eine aktualisierte UVD, die HEVC mit 4K-Auflösungen bei 60 i Bildern pro Sekunde in 10-Bit-Qualität pro Farbkanal decodieren kann..

Die Recheneinheiten sind stark modifiziert

Das AMD Vega-Entwicklungsteam unter der Leitung von Raja Koduri modifizierte die Grundebene der Recheneinheit, um viel aggressivere Frequenzziele zu erreichen. In früheren GCN-Architekturen war das Vorhandensein von Verbindungen einer bestimmten Länge akzeptabel, da die Signale in einem einzigen Taktzyklus die gesamte Strecke zurücklegen konnten. Einige dieser Pipeline-Längen mussten mit Vega verkürzt werden, damit Signale sie innerhalb der Zeitspanne von Taktzyklen durchlaufen konnten, die in Vega viel kürzer sind. Die Recheneinheiten von AMD Vega wurden als NCU bekannt, was als Recheneinheit der neuen Generation übersetzt werden kann. Zur Reduzierung der Pipeline-Längen von AMD Vega wurden Änderungen in der Logik der Suche und Dekodierung von Anweisungen hinzugefügt, die rekonstruiert wurden, um die Ziele kürzerer Ausführungszeiten bei dieser Generation von Grafikkarten zu erreichen.

Auf dem Datenpfad zur Dekomprimierung der L1-Cache-Textur fügte das Entwicklungsteam der Pipeline weitere Schritte hinzu, um den Arbeitsaufwand in jedem Taktzyklus zu verringern und die Ziele der Erhöhung der Betriebsfrequenz zu erreichen. Das Hinzufügen von Stufen ist ein übliches Mittel zur Verbesserung der Frequenztoleranz eines Entwurfs.

Rapid Packet Math

Eine weitere wichtige Neuheit von AMD Vega ist, dass es die gleichzeitige Verarbeitung von zwei Vorgängen mit geringerer Genauigkeit (FP16) anstelle eines einzelnen Vorgangs mit höherer Genauigkeit (FP32) unterstützt. Dies ist eine Technologie namens Rapid Packet Math. Rapid Packet Math ist eine der fortschrittlichsten Funktionen in AMD Vega und in früheren GCN-Versionen nicht vorhanden. Diese Technologie ermöglicht eine effizientere Nutzung der Prozessorleistung der GPU, wodurch deren Leistung verbessert wird. Die PlayStation 4 Pro ist das Gerät, das am meisten von Rapid Packet Math profitiert hat und dies mit einem seiner Star-Spiele, Horizon Zero Dawn, getan hat.

Horizon Zero Dawn ist eine großartige Auswahl dessen, was Rapid Packet Math bringen kann. Dieses Spiel verwendet diese fortschrittliche Technologie, um alles zu verarbeiten, was mit Gras zu tun hat, und spart so Ressourcen, die von Entwicklern verwendet werden können, um die Grafikqualität anderer Elemente des Spiels zu verbessern. Horizon Zero Dawn beeindruckte vom ersten Moment an durch seine überwältigende Grafikqualität, bis zu dem Punkt, dass es beeindruckend ist, dass eine Konsole von nur 400 Euro einen solchen künstlerischen Bereich bieten kann. Leider wurde das Rapid Packet Math noch nicht in PC-Spielen verwendet. Ein Großteil der Schuld daran ist, dass es eine exklusive Funktion von Vega ist, da Entwickler keine Ressourcen in etwas investieren möchten, das nur sehr wenige Benutzer nutzen können..

Primitive Shader

AMD Vega bietet außerdem Unterstützung für die neue Primitive Shaders-Technologie, die eine flexiblere Geometrieverarbeitung ermöglicht und Scheitelpunkt- und Geometrie-Shader in einem Putzrohr ersetzt. Die Idee dieser Technologie ist es , nicht sichtbare Scheitelpunkte aus der Szene zu entfernen, damit die GPU sie nicht berechnen muss, wodurch die Belastung der Grafikkarte verringert und die Leistung des Videospiels verbessert wird. Leider ist dies eine Technologie, die viel Arbeit seitens der Entwickler erfordert, um sie nutzen zu können, und sie findet eine Situation ähnlich der von Rapid Packet Math.

AMD hatte die Absicht, die Primitive Shaders auf Treiberebene zu implementieren, damit diese Technologie magisch und ohne die Entwickler arbeiten kann. Dies klang sehr gut, war aber schließlich nicht möglich, da es unmöglich war, es in DirectX 12 und den übrigen aktuellen APIs zu implementieren. Die Primitive Shader sind noch verfügbar, aber es müssen die Entwickler sein, die Ressourcen für ihre Implementierung investieren.

ACE und asynchrone Shader

Wenn wir über AMD und seine GCN-Architektur sprechen, müssen wir über asynchrone Shader sprechen, ein Begriff, über den vor langer Zeit gesprochen wurde, über den aber fast nichts mehr gesagt wird. Asynchrone Shader beziehen sich auf asynchrones Computing. Diese Technologie wurde von AMD entwickelt , um den Mangel an Grafikkarten mit Geometrie zu verringern.

AMD-Grafikkarten, die auf der GCN-Architektur basieren, enthalten ACEs (Asynchronous Compute Engine). Diese Einheiten bestehen aus einer Hardware-Engine für asynchrones Computing. Diese Hardware nimmt Platz auf dem Chip ein und verbraucht Energie Implementierung ist keine Laune, sondern eine Notwendigkeit. Der Grund für die Existenz von ACEs ist die schlechte Effizienz von GCN bei der Verteilung der Arbeitslast zwischen den verschiedenen Recheneinheiten und den Kernen, aus denen sie bestehen. Dies bedeutet, dass viele Kerne arbeitslos und daher verschwendet sind, obwohl sie verbleiben Energie verbrauchen. Die ACE sind dafür verantwortlich, diesen Kernen, die arbeitslos geblieben sind, Arbeit zu geben, damit sie genutzt werden können.

Die Geometrie wurde in der AMD Vega-Architektur verbessert, obwohl sie in dieser Hinsicht immer noch weit hinter der Pascal-Architektur von Nvidia zurückbleibt. Die schlechte Effizienz von GCN mit der Geometrie ist einer der Gründe, warum die größeren Chips von AMD nicht das erwartete Ergebnis liefern, da die GCN-Architektur mit zunehmender Geometrie ineffizienter wird. und eine größere Anzahl von Recheneinheiten enthalten. Die Verbesserung der Geometrie ist eine der Hauptaufgaben von AMD mit seinen neuen Grafikarchitekturen.

HBCC- und HBM2-Speicher

Die AMD Vega-Architektur enthält auch einen High Bandwidth Cache Controller (HBCC), der in den Grafikkernen von Raven Ridge-APUs nicht vorhanden ist. Dieser HBCC-Controller ermöglicht eine effizientere Nutzung des HBM2-Speichers von Vega-basierten Grafikkarten. Darüber hinaus kann die GPU auf den DDR4-RAM des Systems zugreifen, wenn der HBM2-Speicher knapp wird. Mit HBCC kann dieser Zugriff viel schneller und effizienter erfolgen, was im Vergleich zu früheren Generationen zu einem geringeren Leistungsverlust führt.

HBM2 ist die fortschrittlichste Speichertechnologie für Grafikkarten. Es handelt sich um den gestapelten Speicher der zweiten Generation mit hoher Bandbreite. Die HBM2- Technologie stapelt verschiedene Speicherchips übereinander, um ein Paket mit extrem hoher Dichte zu erstellen. Diese gestapelten Chips kommunizieren über einen Verbindungsbus miteinander, dessen Schnittstelle 4.096 Bit erreichen kann.

Aufgrund dieser Eigenschaften bietet der HBM2-Speicher eine viel höhere Bandbreite als dies mit GDDR-Speichern möglich ist, zusätzlich zu einem viel geringeren Spannungs- und Stromverbrauch. Ein weiterer Vorteil von HBM2-Speichern besteht darin, dass sie sehr nahe an der GPU platziert sind, was Platz auf der Grafikkartenplatine spart und deren Design vereinfacht.

Das Schlechte an HBM2-Speichern ist, dass sie viel teurer als DDDRs und viel schwieriger zu verwenden sind. Diese Speicher kommunizieren mit der GPU über einen Interposer, ein Element, dessen Herstellung recht teuer ist und das den Endpreis der Grafikkarte verteuert. Infolgedessen sind speicherbasierte HBM2-Grafikkarten in der Herstellung viel teurer als speicherbasierte GDDR-Grafikkarten.

Dieser hohe Preis für HBM2-Speicher und seine Implementierung sowie eine geringere Leistung als erwartet waren die Hauptursachen für das Scheitern von AMD Vega auf dem Spielemarkt. AMD Vega konnte die GeForce GTX 1080 Ti, eine Karte, die auf einer fast zwei Jahre älteren Pascal-Architektur basiert, nicht übertreffen.

Aktuelle Grafikkarten basierend auf AMD Vega

AMDs aktuelle Grafikkarten unter der Vega-Architektur sind die Radeon RX Vega 56 und die Radeon RX Vega 64. In der folgenden Tabelle sind alle wichtigen Funktionen dieser neuen Grafikkarten aufgeführt.

Aktuelle AMD Vega Grafikkarten
Grafikkarte	Einheiten / Shader berechnen	Basis- / Turbotaktfrequenz	Speichermenge	Speicherschnittstelle	Speichertyp	Speicherbandbreite	TDP
AMD Radeon RX Vega 56	56 / 3, 584	1156/1471 MHz	8 GB	2.048 Bit	HBM2	410 GB / s	210W
AMD Radeon RX Vega 64	64 / 4, 096	1247/1546 MHz	8 GB	2.048 Bit	HBM2	483, 8 GB / s	295W

Die AMD Radeon RX Vega 64 ist heute die leistungsstärkste Grafikkarte von AMD für den Spielemarkt. Diese Karte basiert auf Vega 10-Silizium und besteht aus 64 Recheneinheiten, die sich in 4.096 Shader, 256 TMUs und 64 ROPs umwandeln lassen. Dieser Grafikkern kann mit einer Taktfrequenz von bis zu 1546 MHz und einer TDP von 295 W arbeiten.

Der Grafikkern wird von zwei HBM2-Speicherstapeln begleitet , die mit einer 4.096-Bit-Schnittstelle und einer Bandbreite von 483, 8 GB / s insgesamt 8 GB ergeben. Es handelt sich um eine Grafikkarte mit einem sehr großen Kern, dem größten, der jemals von AMD hergestellt wurde. Sie kann jedoch nicht auf dem Niveau des GeForce GTX 1080 Ti Pascal GP102-Kerns arbeiten, sondern verbraucht nicht nur mehr Energie und produziert viel mehr Wärme. Diese Unfähigkeit von AMD, mit Nvidia zu kämpfen, scheint deutlich zu machen, dass die GCN-Architektur eine viel größere Entwicklung benötigt, um mit den Grafikkarten von Nvidia Schritt zu halten.

Die Zukunft von AMD Vega geht durch 7nm

AMD wird seiner AMD Vega-Architektur mit der Umstellung auf einen 7-nm-Herstellungsprozess neues Leben einhauchen, was eine signifikante Verbesserung der Energieeffizienz gegenüber aktuellen Designs bei 14 nm bedeuten dürfte. Derzeit wird AMD Vega bei 7 nm den Spielemarkt nicht erreichen, sondern sich auf den Sektor der künstlichen Intelligenz konzentrieren, der große Geldbeträge bewegt. Konkrete Details zu AMD Vega bei 7 nm sind noch nicht bekannt. Die Verbesserung der Energieeffizienz kann verwendet werden, um die Leistung aktueller Karten mit einem viel geringeren Stromverbrauch aufrechtzuerhalten oder um neue Karten mit dem wesentlich leistungsfähiger zu machen gleicher Verbrauch wie die aktuellen.

Die ersten Karten, die AMD Vega bei 7 nm verwenden, sind der Radeon Instinct. Vega 20 ist die erste AMD-GPU, die mit 7 nm hergestellt wurde. Es handelt sich um einen Grafikkern, der im Vergleich zum aktuellen Vega 10-Silizium die doppelte Dichte von Transistoren bietet. Die Größe des Vega 20-Chips beträgt ungefähr 360 mm2, was eine Reduzierung darstellt Oberfläche von 70% im Vergleich zu Vega 10 mit einer Größe von 510 mm2. Dieser Durchbruch ermöglicht es AMD, einen neuen Grafikkern mit 20% schnellerer Taktrate und einer Verbesserung der Energieeffizienz von ca. 40% anzubieten. Vega 20 hat eine Leistung von 20, 9 TFLOPs und ist damit der leistungsstärkste Grafikkern, der bisher angekündigt wurde, noch mehr als der Volta V100-Kern von Nvidia mit 15, 7 TFLOPs, obwohl dieser mit 12 nm hergestellt wird. Dies bringt AMD in dieser Hinsicht einen klaren Vorteil.

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