AMD-Radeon-HD-7000-Serie

Pitcairn-Grafikprozessor auf einer Radeon HD 7870

Die Radeon-HD-7000-Serie ist eine Serie von Desktop-Grafikchips der Firma AMD und Nachfolger der Radeon-HD-6000-Serie. Mit der Radeon-HD-7000-Serie, welche auch den Codenamen „Southern Island“ trägt, führte AMD erstmals die Unterstützung von DirectX 11.1 ein. Alle Grafikprozessoren dieser Serie unterstützen das Shadermodell 5.0 nach DirectX 11 und OpenGL 4.4, Karten mit den GCN-Kernen Cape-Verde, Pitcairn & Tahiti unterstützen darüber hinaus OpenGL 4.6, DirectX 11.1 als auch PCI Express 3.0 und Mantle sowie mit neuen Treibern auch Vulkan 1.0. Bonaire mit GCN 2 unterstützt auch Vulkan 1.1 und 1.2. Die Schnittstellen Direct Compute 11.1, OpenCL 1.2 und teilweise OpenCL 2.0, 2.1, sowie C++AMP können bei den DirectX-11.1-fähigen Modellen für universelle Berechnungen genutzt werden. Für OpenCL 2.2 wurde noch kein Treiber entwickelt, obwohl dies mit Hardware mit Unterstützung von OpenCL 2.0 und 2.1 laut Khronos möglich ist.

Beschreibung

Geschichte

Die erste Grafikkarte der Radeon-HD-7000-Serie stellte AMD am 22. Dezember 2011 vor. Dabei handelte es sich um die Radeon HD 7970, die erstmals auf dem Tahiti-Grafikprozessor basierte. Dieser, intern auch als R1000 bezeichnet, stellte in mehrfacher Hinsicht eine Besonderheit dar: Er war der erste Grafikchip, der im 28-nm-Fertigungsprozess hergestellt wurde, was die Verwendung von 4,31 Mrd. Transistoren ermöglichte. Damit stellte der R1000 Ende 2011 die bis dahin komplexeste GPU auf dem Markt dar. Seit den Radeon-HD-6900-Karten verwendet AMD die „PowerTune“ genannte Technik zum Limitieren der maximalen Leistungsaufnahme durch die Karte. Die gleiche Technik kommt nun auch bei der Radeon HD-7000-Serie zum Einsatz. Durch diese Limitierung sind die in der Praxis erreichten Maximalleistungswerte, wie etwa GFLOPs der GPU, noch weiter entfernt von den theoretischen Werten als dies bei Grafikkarten ohne diese Deckelung der Maximalleistung der Fall war.

Der offizielle Verkaufsstart der Radeon HD 7970 fand am 9. Januar 2012 statt. Die Karte wies eine um etwa 20 % höhere Performance gegenüber der Geforce GTX 580 auf (bis zu 35 % in extrem hohen Auflösungen) und stellte damit zunächst die schnellste Single-GPU-Karte am Markt dar.^[1] In der Fachpresse wurde die Energieeffizienz der Karte positiv bewertet, auch weil AMD mit dem „ZeroCore-Power“-Feature einen verbesserten Stromsparmodus präsentierte. Die bei den Radeon-HD-6900-Karten kritisierte anisotrope Texturfilterung überarbeitete AMD beim R1000 komplett, allerdings verzichtete man auf die Implementierung neuer bildqualitätsverbessernder Features.^[2] Als größter Kritikpunkt der Radeon HD 7970 erwies sich der Referenzkühler, der unter 3D-Anwendungen über 4 Sone erreicht.^[3]

Am 31. Januar 2012 stellte AMD mit der Radeon HD 7950 die zweite Grafikkarte auf Basis des R1000-Grafikprozessors vor. Im Gegensatz zur Radeon HD 7970 war der Präsentationstag auch der Verkaufsstart. Vier der 32 Shadercluster der Tahiti-GPU waren auf der Radeon HD 7950 teildeaktiviert, womit diese eine etwa 5 % höhere Performance gegenüber dem vorläufigen Nvidia-Konkurrenten, der Geforce GTX 580, erreichte.^[4] Wie bereits bei der Radeon HD 7970 hob AMD den offiziellen Verkaufspreis gegenüber der Vorgängerserie an: Während der Startpreis für die Radeon HD 6950 noch bei 260 € lag, gab AMD diesen bei der Radeon HD 7950 mit 420 € an.

Am 5. März 2012 stellte AMD die Karten Radeon HD 7850 und 7870 vor, die die Radeon-HD-6800-Serie ersetzten. Die Karten basieren auf der Pitcairn-GPU, die mit 2,8 Mrd. Transistoren auf 1280 Shaderprozessoren und 80 Textureinheiten in 20 Clustern kommt. Auf der Radeon HD 7850 sind vier dieser Cluster deaktiviert. Gegenüber ihren Vorgängern wiesen die Karten einen Performancesprung von bis zu 40 % auf,^[5] was in Kombination mit der geringeren Leistungsaufnahme, bedingt durch die 28-nm-Fertigung, positiv in der Fachpresse bewertet wurde.^[6] Allerdings hob AMD auch bei diesen Modellen den Listenpreis an (249 US-$ für die Radeon HD 7850, bzw. 349 US-$ für die Radeon HD 7870),^[6] wodurch sie zunächst ein schlechteres Preis-Leistungs-Verhältnis aufwiesen. Offizieller Verkaufsstart war für den 19. März 2012 geplant.^[6]

Am 4. Januar 2012 stellte AMD die Grafikkarten Radeon HD 7350, 7450, 7470, 7570 und 7670 vor. Dabei handelt es sich allerdings nicht wirklich um „neue“ Karten, sondern tatsächlich um für den OEM-Markt umbenannte Grafikkarten aus der AMD-Radeon-HD-6000-Serie („Rebranding“), die nur marginale Veränderungen aufweisen.^[7]

Architektur

Technische Grundlage der Southern-Island-Serie ist die neu entwickelte GCN-Architektur („Graphics Core Next“), die die bisherige VLIW-Architektur ablöste. Der primäre Vorteil der neuen Befehlsarchitektur gegenüber der bisherigen VLIW-Architektur ist, dass Abhängigkeiten der Anweisungen innerhalb des Codes nicht dazu führen, dass einige ALUs brach liegen. Bei der bisherigen VLIW-Architektur wurden je vier Anweisungen auf 16 VLIW-Shader verteilt. Waren innerhalb dieser vier Anweisungen einige untereinander abhängig, mussten die abhängigen Anweisungen warten, bis die Abhängigkeiten aufgelöst wurden, dadurch blieben entsprechende ALUs der VLIW-Shader ungenutzt. Die SIMD-ALUs der aktuellen Architektur sind jeweils in 16-er Gruppen (Vec16) zusammengefasst. Jeder Vec16-SIMD-Block kann jedoch eine Anweisung unabhängig von anderen SIMD-Blöcken ausführen, womit die Auslastung der ALUs unabhängig von Abhängigkeiten der Anweisungen ist. Es können bei 16 unterschiedlichen Eingangsdatenströmen gleichartige Rechenoperationen mit einer Anweisung innerhalb einer SIMD-Vec16-Einheit durchgeführt werden. Der prinzipielle Aufbau der SIMD-Einheiten ähnelt auch der VPU von Larrabee, auch dort bestehen die VPUs aus Vec16-SIMD-Einheiten. Unausgelastete ALUs können aber auch bei der neuen Architektur auftreten, jedoch bei einem völlig anderen Szenario, und zwar wenn eine Anweisung auf weniger als 16 Datenströme angewendet werden muss und damit der Vec16-SIMD-Block nicht ganz gefüllt wird. Der größte Vorteil der neuen Architektur liegt darin, dass die Programmierung einfacher wird, da der Compiler nun nicht versuchen muss, die Anweisungen so zu packen, dass diese auf die VLIW-Shader mit möglichst wenigen Abhängigkeiten untereinander verteilt werden können. Entsprechend vereinfachen sich auch alle weiteren Programmier-Programme, und die Flexibilität, auch bezüglich GPGPU-Anwendungen, steigt.

Ein Shader-Cluster, auch Compute Unit (dt. Verarbeitungseinheit) genannt, besteht aus vier Vec16-SIMD-Einheiten, wobei jede SIMD-Vektoreinheit eigene Register mit einer Gesamtgröße von 64 kB zur Verfügung hat. Jedem Shader-Cluster stehen zudem weitere 64 kB lokaler Speicher („Local Data Store“) zur Verfügung, auf die alle SIMD-Blöcke gemeinsam zugreifen können. Zudem hat ein Shader-Cluster auch noch eine unabhängige skalare Einheit, die für Datenverwaltung (Adressberechnungen, Management des Datenflusses etc.) und andere einfache, skalare Berechnungen innerhalb des Shader-Clusters zuständig ist. Ein Scheduler verteilt die Anweisungen auf die vier Vec16-SIMD-Blöcke innerhalb des Shader-Clusters. Jedem Shader-Cluster ist zudem noch ein 16 kB großer L1-Cache zugeordnet, auf welchen die jeweiligen Textureinheiten zugreifen können. Zudem teilen sich mehrere Shader-Cluster einen 128 kB großen L2-Cache, an welchem ein Speichercontroller angeschlossen ist.

Namensgebung

Bei der HD-7000-Serie kommt das gleiche Bezeichnungssystem wie beim Vorgänger Radeon-HD-6000-Serie zum Einsatz. Alle Grafikkarten werden mit „AMD Radeon HD“ und einer zusätzlichen vierstelligen Nummer bezeichnet, die generell mit einer „7“ (für die Serie) beginnt. Die zweite und dritte Ziffer dienen der Unterteilung in verschiedene Modelle. Die mobilen Grafikchips laufen unter der Modellbezeichnung AMD Radeon M.

Aufteilung

• HD 7350 bis HD 7670: einfache ("low-end") und Grafikkarten für den OEM-Markt
• HD 77xx: Massenmarkt ("mainstream")
• HD 78xx: mit höherer Leistung ("performance")
• HD 79xx: Hochleistungskarten ("high-end")

Datenübersicht

Grafikprozessoren

Modelldaten

Leistungsaufnahmedaten

Anmerkungen

1. ↑ Mit dem angegebenen Zeitpunkt ist der Termin der öffentlichen Vorstellung angegeben, nicht der Termin der Verfügbarkeit der Modelle.
2. ↑ Die angegebenen Leistungswerte für die Rechenleistung über die Streamprozessoren, die Pixel- und Texelfüllrate, sowie die Speicherbandbreite sind theoretische Maximalwerte (bei Standardtakt), die nicht direkt mit den Leistungswerten anderer Architekturen vergleichbar sind. Die Gesamtleistung einer Grafikkarte hängt unter anderem davon ab, wie gut die vorhandenen Ressourcen ausgenutzt bzw. ausgelastet werden können. Außerdem gibt es noch andere, hier nicht aufgeführte Faktoren, die die Leistungsfähigkeit beeinflussen.
3. ↑ ^{a b} Bei den angegebenen Taktraten handelt es sich um die von AMD empfohlenen bzw. festgelegten Referenzdaten, beim Speichertakt wird der I/O-Takt angegeben. Allerdings kann der genaue Takt durch verschiedene Taktgeber um einige Megahertz abweichen, des Weiteren liegt die finale Festlegung der Taktraten in den Händen der jeweiligen Grafikkarten-Hersteller. Daher ist es durchaus möglich, dass es Grafikkarten-Modelle gibt oder geben wird, die abweichende Taktraten besitzen.
4. ↑ ^{a b c d e f} OEM-Produkt. Karte ist nicht auf dem Retail-Markt verfügbar.
5. ↑ Die Angaben sind der englischen Wikipedia entnommen, siehe Radeon HD 7000 series#IGP (HD 7xxx).
6. ↑ Der von AMD angegebene TDP-Wert entspricht nicht zwingend der maximalen Leistungsaufnahme. Dieser Wert ist auch nicht unbedingt mit dem „MGCP“-Wert des Konkurrenten Nvidia vergleichbar.
7. ↑ Die in der Tabelle aufgeführten Messwerte beziehen sich auf die reine Leistungsaufnahme von Grafikkarten, die dem AMD-Referenzdesign entsprechen. Um diese Werte zu messen, bedarf es einer speziellen Messvorrichtung; je nach eingesetzter Messtechnik und gegebenen Messbedingungen, inklusive des genutzten Programms, mit dem die 3D-Last erzeugt wird, können die Werte zwischen unterschiedlichen Apparaturen schwanken. Daher sind hier Messwertbereiche angegeben, die jeweils die niedrigsten, typischen und höchsten gemessenen Werte aus verschiedenen Quellen darstellen.
8. ↑ Der unter 3D-Last angegebene Wert entspricht dem typischen Spieleverbrauch der Karte. Dieser ist allerdings je nach 3D-Anwendung verschieden. In der Regel wird zur Ermittlung des Wertes eine zeitgemäße 3D-Anwendung verwendet, was allerdings die Vergleichbarkeit über größere Zeiträume einschränkt.
9. ↑ Die Maximallast wird in der Regel mit anspruchsvollen Benchmarkprogrammen ermittelt, deren Belastungen deutlich über denen von „normalen“ 3D-Anwendungen liegen.

Weblinks

Commons: AMD-Radeon-HD-7000-Serie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Offizielle Website

Einzelnachweise

1. ↑ Test: AMD Radeon HD 7970 - Testergebnisse. ComputerBase, 22. Dezember 2011, abgerufen am 17. Januar 2012. 
2. ↑ Test: AMD Radeon HD 7970 - Bildqualität. ComputerBase, 22. Dezember 2011, abgerufen am 17. Januar 2012. 
3. ↑ ^{a b c} Test: Radeon HD 7970 - Die erste Grafikkarte mit DirectX 11.1, PCI-Express 3.0 und 28nm - Lautheit und Leistungsaufnahme. PC Games Hardware, 22. Dezember 2011, abgerufen am 22. Dezember 2011. 
4. ↑ Launch-Analyse: AMD Radeon HD 7950 (Seite 2). 3DCenter, 31. Januar 2012, abgerufen am 6. März 2012. 
5. ↑ Test: AMD Radeon HD 7870 und HD 7850 - Leistung. ComputerBase, 5. März 2012, abgerufen am 6. März 2012. 
6. ↑ ^{a b c} Launch-Analyse: AMD Radeon HD 7850 & 7870 (Seite 2). 3DCenter, 5. März 2012, abgerufen am 6. März 2012. 
7. ↑ Fünf Mal AMD Radeon HD 7000 für den OEM-Markt. ComputerBase, 4. Januar 2012, abgerufen am 23. Januar 2012. 
8. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag} 55 DirectX-11-Grafikkarten im Test (Seite 36). HardTecs4U, 14. Juli 2013, abgerufen am 22. Oktober 2013. 
9. ↑ ^{a b} Test Radeon HD 7970 GHz Edition: Mit Turbo an der Geforce GTX 680 vorbei? - Lautheit und Leistungsaufnahme. PC Games Hardware, 22. Juni 2012, abgerufen am 3. August 2012. 
10. ↑ ^{a b c} Radeon HD 7990 (Malta) im Test: Schlägt AMDs lange verschollene Dual-GPU-Karte die Geforce GTX 690? PC Games Hardware, 27. April 2013, abgerufen am 22. Oktober 2013.