Предварительный обзор видеоускорителей AMD Radeon RX 5700 и 5700 XT: теория и архитектура, описание карт, синтетические тесты

Справочные материалы:

• Руководство покупателя игровой видеокарты
• Справочник по AMD Radeon HD 7xxx/Rx
• Справочник по Nvidia GeForce GTX 6xx/7xx/9xx/1xxx
• Возможности обработки видеопотоков Full HD

Теоретическая часть: особенности архитектуры

Еще в июне, во время игровой выставки E3, компания AMD сделала несколько анонсов, включающих центральные процессоры Ryzen на базе новой архитектуры Zen 2, а также новое семейство видеокарт Radeon RX 5700 также на основе новой архитектуры — RDNA. Компания показывала эти продукты еще раньше, на Computex, но полноценный запуск был назначен на 7 июля (07.07) — дату, перекликающуюся с техпроцессом 7 нм, применяемым при производстве всех новинок компании. Таким образом, выход новых видеокарт растянулся на несколько недель, и вот наконец-то настал тот день, когда мы можем рассказать вам о них.

Пусть на рынке дискретных GPU для ПК компания AMD не является лидером, но если брать распространение продукции этой компании в целом, то их графические решения применяются не только в значительной части ПК и ноутбуков, но и в игровых консолях (вообще всех основных, включая консоли грядущего поколения, которые будут основаны на улучшенных Zen 2 и Navi), облачных сервисах (Google Stadia) и мобильных решениях (соглашение с Samsung). Общее количество продуктов AMD, используемое по всему миру, составляет более 400 миллионов штук.

Компания собирается закрепить свой успех выпуском настольных CPU и GPU, созданных с применением самого совершенного на сегодня технологического процесса 7 нм, позволяющего поместить больше транзисторов в чип той же площади, увеличить рабочие частоты и повысить энергоэффективность. Но это не единственная их особенность, в новых продуктах компании AMD используются улучшенные архитектуры Zen 2 и RDNA, а в процессорах применен новаторский чиплетный дизайн, позволяющий вместо одного крупного кристалла сделать чип на основе нескольких более мелких, соединив их высокопроизводительными шинами передачи данных и снабдив большим объемом кэш-памяти. Пока что чиплетный дизайн касается только CPU, но в будущем возможно его применение и для графических процессоров, и уж точно он подойдет для гибридных решений, сочетающих CPU и GPU.

Но мы сегодня говорим о новейших графических решениях AMD, основанных на графическом чипе Navi 10: Radeon RX 5700 и 5700 XT. Новая серия включает пару видеокарт, предназначенных для верхнего-среднего ценового диапазона, которые заменяют модели RX Vega 64 и Vega 56 в линейке компании, предлагая схожую производительность и лучшую энергоэффективность за меньшие деньги. Пока что в новой линейке не представлены топовые модели — вероятно, что-то более мощное появится значительно позже, а пока что было решено сконцентрироваться на самой большой части рынка энтузиастов.

Новые видеокарты компании AMD стали первыми решениями, основанными на новой архитектуре RDNA (Radeon DNA), которая хоть и связана с GCN, но претерпела довольно значительные изменения. Основной целью при создании новой архитектуры было увеличение эффективности использования имеющихся вычислительных блоков, а также повышение энергоэффективности, по сравнению с GCN. Также очень важна и возможность масштабирования от мобильных решений (недавно было заявлено о сотрудничестве с компанией Samsung о применении RDNA в их будущих продуктах) до серверов и суперкомпьютеров, ведь эта архитектура станет основой для будущих решений компании, предназначенных для разных рынков.

Долгожданный графический процессор Navi вышел на рынок несколько позже, чем его ожидали пользователи, и со времени начала разговоров о полностью новом GPU компании AMD на 7 нм прошло уже очень много времени. Почему новинки должны быть особенно интересны именно сейчас? Как обычно в таких случаях, производитель говорит об актуальности апгрейда. Ведь порядка 70% игроков до сих пор используют устаревшие видеокарты трехлетней давности и даже старше, а наиболее популярные GPU предназначены для Full HD-разрешения.

В то же время, современные игры становятся все более требовательными, и для достижения 60 FPS и выше в них приходится снижать настройки графики даже на таких мощных видеокартах, как Radeon RX Vega 56, которую и заменяет младшее решение новой линейки. А многие пользователи переходят с Full HD-разрешения к более продвинутому 2560×1440. Соответственно, по мнению специалистов компании AMD, сейчас — самое время для апгрейда на видеокарты из новой линейки Radeon RX 5700, которая предназначена для тех, кто планирует использовать монитор с разрешением в 2560×1440 пикселей. И сегодня мы узнаем, насколько это соответствует их запросам.

Хотя основой рассматриваемых сегодня моделей видеокарт серии Radeon RX 5700 стал новый графический процессор Navi 10, основанный на новой архитектуре RDNA, но она тесно связана с GCN последних поколений. Поэтому перед прочтением статьи будет полезно ознакомиться и с нашими предыдущими материалами по видеокартам компании AMD:

• [04.03.19] AMD Radeon VII: когда цифры техпроцесса превыше всего
• [03.12.18] AMD Radeon RX 590: немного ускоренная версия RX 580 за ту же цену
• [22.08.17] AMD Radeon RX Vega 64: новый флагман компании, пока слишком дорогой
• [29.06.16] AMD Radeon RX 480: Новый середнячок, догоняющий топовые ускорители предыдущего поколения
• [15.07.15] AMD Radeon R9 Fury X: Новый флагман AMD с поддержкой HBM
• [22.12.11] AMD Radeon HD 7970: Новый однопроцессорный лидер 3D-графики

В очередной раз изменилась система наименований видеокарт AMD. Вместо трех цифрах в RX 6xx они решили перейти к четырем цифрам и старому доброму суффиксу XT. При этом, и начальные буквы RX из наименования не исчезли. AMD запустила в продажу две модели новой серии: Radeon RX 5700 XT — на полноценной версии GPU, и немного урезанную по скорости Radeon RX 5700. Старшая модель RX 5700 XT имеет 40 вычислительных блоков CU и работает на частоте до 1,9 ГГц, а в младшей RX 5700 деактивированы четыре CU (10%) и GPU работает на более скромной частоте — заодно таким образом будут продаваться те чипы, которые не могут работать в полноценной конфигурации.

Видеокарты серии Radeon 5700 стали долгожданным дополнением линейки компании AMD, они заменяют все виды линейки Vega, будучи быстрее и эффективнее. Что касается цены, то изначально на RX 5700 XT выставили цену в $449, а на младшую 5700 — $379, так как конкурентами новинок, по мнению AMD, являются видеокарты GeForce RTX 2070 и RTX 2060 соответственно. Но Nvidia буквально на днях нанесла превентивный удар, выпустив обновленную и ускоренную линейку Super, поэтому AMD пришлось чуть-чуть урезать свои аппетиты, и цены на новинки стали уже $399 и $349 соответственно.

И если изначально AMD предполагала, что 5700 XT за $449 будет конкурировать с RTX 2070 за $499, то после выхода улучшенной линейки карт Nvidia Super и снижения цен на «обычные» RTX им пришлось несколько понизить свои цены и ожидания, так как Super примерно на 10%-15% быстрее старых вариантов. С учетом того, что новинки, по тестам AMD, были чуть быстрее обычных вариантов RTX, такое снижение цен совершенно логично.

Платы Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 5700 в референсном дизайне предлагают один разъем HDMI 2.0b и по три разъема DisplayPort 1.4 HDR c поддержкой технологии Display Stream Compression, позволяющей по одному кабелю подключать поддерживающие технологию HDR-мониторы с разрешением 4K и частотой развертки 144 Гц (или 8K HDR 60 Гц или 4K при 240 Гц).

Неудивительно, что для решений этого ценового диапазона в AMD решили отказаться от хорошей, но весьма дорогой HBM2-памяти. Тем более, что получила широкое распространение быстрая GDDR6-память, ставшая логичным выбором для нового GPU. Да и объем видеопамяти в 8 ГБ кажется единственно правильным вариантом для этого ценового диапазона. 4 ГБ — уже слишком мало, а 16 ГБ — перебор, не имеющий никакого смысла для игровых решений.

Если говорить об энергопотреблении GPU, то потребление всей платой RX 5700 XT составляет 225 Вт, что аналогично Radeon RX 590 и близко к Vega 56. Для доставки необходимого питания, кроме слота PCI Express используются два дополнительных разъема питания: 8- и 6-контактный, позволяющие обеспечить подачу 225 Вт. Это довольно много для решения среднего уровня, тем более — с GPU, произведенным по самому совершенному на сегодня техпроцессу. Интересно будет узнать, сколько новинки потребляют в реальности и как с этим справляется система охлаждения.

В отличие от обычной Radeon RX 5700, которая похожа скорее на Radeon VII, дизайн корпуса старшей модели XT был переделан, он имеет явную «вмятину» на одной из граней, которая смотрится довольно забавно. В остальном, это кулер того же стиля, что и во всех предыдущих продуктах компании на протяжении многих лет — с испарительной камерой, отводящей тепло от GPU к радиатору. Конечно, кулер оптимизирован по сравнению с его предшественниками, для достижения лучшего охлаждения и меньшего шума. Все равно в нестандартных видеокартах партнеров компании будут применяться другие, совершенно разные решения.

Понятно, что при меньшем количестве активных исполнительных блоков, работающих на сниженной частоте (а наверняка еще и напряжении) в случае младшей Radeon RX 5700, ниже становится и потребление энергии. Действительно, младшая карта вместо 225 Вт потребляет уже всего 180 Вт, что сравнимо с потреблением RX 580, так что из пары новых GPU именно младшая должна стать более энергоэффективной, как это часто и бывает. К слову, обе видеокарты в референсном дизайне имеют 7-фазную систему питания, что должно обеспечить неплохие возможности по разгону.

Референсные карты с кулером AMD должны уже с сегодняшнего дня появиться в продаже, а вот видеокарты собственного дизайна производителей появятся в магазинах несколько позже, но примерно по этим же ценам. Впрочем, скорее всего, как минимум поначалу розничные цены все равно будут значительно выше рекомендованных, как это обычно бывает с новинками.

Чтобы улучшить привлекательность новых решений для покупателей, AMD приготовила комплект с трехмесячной подпиской на сервис Microsoft Xbox Game Pass. Приобретающие видеокарты серии Radeon RX 5700 серии, процессоры Ryzen 3000 и другие продукты AMD у участвующих в акции продавцов, получат трехмесячный доступ к сервису Xbox Game Pass для ПК. В частности, игроки смогут опробовать боевик Gears 5 уже 10 сентября 2019 года, равно как и другие 100 игр, которые будут доступны им для скачивания без ограничений с августа 2019 года.

Также отметим, что ограниченным тиражом было выпущено и специальное юбилейное издание Radeon RX 5700 XT — в честь 50-летия компании. Эта модель получила увеличенные тактовые частоты и некоторые детали золотого цвета, а также автограф руководителя AMD — Лизы Су. Такая модель видеокарты предназначена для фанатов компании, она обойдется еще чуть дороже и найти ее будет сложнее.

Архитектурные особенности

Графический процессор Navi 10 основан на совершенно новой архитектуре RDNA которая была спроектирована для оптимального распределения загрузки исполнительных блоков графическими и вычислительными задачами, которых становится все больше в играх. Также была серьезно переработана система кэширования, снижены задержки, повышена пропускная способность и энергоэффективность многоуровневого кэша.

Хотя архитектура действительно новая, но базовые блоки в ней — это все те же вычислительные блоки Compute Unit (CU), из которых собраны все современные графические процессоры AMD. Каждый CU имеет выделенное локальное хранилище данных для обмена данными или расширения локального регистрового стека, а также кэш-память и полноценный текстурный конвейер с блоками выборки и фильтрации. Каждый из таких блоков самостоятельно занимается планированием и распределением работы. Рассмотрим схему полноценной версии чипа:

Как видите, архитектура RDNA хоть и действительно была серьезно переделана, но она унаследовала и некоторые элементы GCN. Полная версия Navi 10 содержит 40 вычислительных блоков нового дизайна, которые состоят из 2560 блоков ALU, 160 блоков TMU, 64 блоков ROP и четырех асинхронных вычислительных движков. Также новый GPU содержит процессор обработки геометрии с четырьмя блоками обработки примитивов.

Сразу видно, что в Navi исправили одну из слабостей предыдущих графических процессоров компании — относительное малое количество блоков растеризации, что вызывало в результате низкую скорость обработки геометрии и относительно большой урон производительности при включении мультисэмплинга. Теперь блоков ROP стало больше по отношению к ALU, и такие вещи, как заполнение геометрического буфера, карты теней и другие проходы растеризации будут осуществляться заметно быстрее.

Также претерпел довольно большие изменения и общий дизайн вычислительных блоков, хотя в общих чертах он и схож с тем, что было в GCN. По сравнению с предыдущими GPU, в Navi было удвоено количество скалярных блоков и блоков управления, скалярные инструкции могут исполняться каждый цикл, а не раз в четыре. Появился выделенный скалярный блок и выделенный блок выдачи инструкций, улучшена предвыборка.

Но главное — новые CU имеют два режима исполнения: Wave32 и Wave64, адаптированные для разных типов загрузок, а ширина блока SIMD была увеличена с 16 слотов (SIMD16) до 32 (SIMD32), так что размер вейвфронта теперь соответствует размеру SIMD. Это ключевое архитектурное изменение RDNA позволяет более эффективно загружать работой имеющиеся блоки SIMD. Если в GCN один Wave64 выполняется за четыре такта на SIMD16, то в случае RDNA один Wave32 исполняется за один же такт на одном SIMD32. А исполнение 64 потоков группируется как пара Wave32 и они исполняются на двух SIMD32. Два вычислительных блока Compute Unit могут работать как единый процессор (workgroup processor), это дает доступ к удвоенному количеству ALU и удвоенному регистровому файлу, а также до четырех раз увеличенной ПСП для кэша.

В AMD как бы разделили CU, перейдя на вейвфронты по 32 потоков. Такая организация помогает выполнять задачи эффективнее при незаполненном вейвфронте. Широкий вейвфронт в 64 потока хорош для параллельных неграфических вычислений, а для графики вейвфронт из 32 тредов упрощает задачу использования имеющихся ресурсов при шейдинге разных материалов. На чипах архитектуры GCN любой вейвфронт выполняется за четыре такта, а на RDNA за один такт при 32 элементах на одном SIMD или 64 элементов также за один такт, но уже на паре SIMD. Также в CU стало вдвое больше скалярных блоков и шедулеров. Все сделало RDNA несколько ближе к тому, что есть у Nvidia, и игровым программистам теперь будет проще оптимизировать под AMD и Nvidia одновременно. С другой стороны, довольно большое количество существующих оптимизаций под GCN и его асинхронные вычисления могут перестать работать с той же эффективностью.

В RDNA появилась возможность параллельного запуска и обработки нескольких независимых инструкций за один такт, что дает некоторый прирост по эффективности исполнения, хотя и не слишком большой. У конкурента еще в старых GPU можно было параллельно выполнять и математические инструкции и операции по сохранению и загрузке (load/store), но затем оставили только параллельное исполнение математики и load/store. В последних же поколениях, начиная с Volta, куда большая эффективность достигается удвоением темпа исполнения инструкций и независимыми блоками для обработки целочисленных данных и данных с плавающей запятой, а также load/store блоками. У AMD такого (пока что) нет.

Так как вычислительные блоки СU в Navi довольно сильно переработаны, то к качеству оптимизации драйверов и компилятора шейдеров предъявляются повышенные требования. Вполне возможно, что привычные простые порты с консольных GCN уже не будут оптимально подходить для новой архитектуры RDNA, и программистам AMD пришлось переделывать компилятор, и они еще будут оптимизировать его для новой архитектуры какое-то время.

Хотя разница между GCN и RDNA есть, но архитектуры явно родственные. Преимущества в новом распределении и исполнении инструкций привели к увеличению загрузки имеющихся в GPU блоков — если в GCN часть ALU простаивали, то в RDNA часть задержек маскируется возможностью многопоточного исполнения. RDNA получается несколько ближе к решениям Nvidia по универсальности, но для нее придется иначе оптимизировать код, а не как для GCN, и раскрытие возможностей может быть постепенным.

Кроме того, что был повышен темп исполнения инструкций вычислительными процессорами, также увеличили и эффективность кэширования. Была изменена иерархия уровней кэш-памяти, добавлена кэш-память первого уровня общим объемом в 512 КБ, удвоена пропускная способность между вычислительными блоками и L0-кэшем, а объем L2-кэша стал больше — 4 МБ на чип (как у конкурирующей GeForce RTX 2060).

Уменьшение задержек кэш-памяти на каждом уровне составило более чем 20%, а задержка доступа к данным из видеопамяти была снижена на 7%-8%, что тоже очень полезно. И это еще не говоря о повышении пропускной способности на всех уровнях подсистемы памяти. Кроме этого, на многих линиях передачи данных внутри чипа (между кэшами L1 и L2 и памятью в том числе) используется сжатие данных без потерь, помогающее экономить ПСП и энергию.

Все архитектурные улучшения RDNA по сравнению с GCN привели к тому, что эффективность (общая производительность GPU при равной тактовой частоте) выросла на четверть, а энергоэффективность — на все 50%. При этом, далеко не все преимущество было достигнуто при помощи техпроцесса 7 нм, его вклад составил лишь около 25%-30%, а остальной прирост был достигнут за счет архитектурных улучшений в RDNA и модернизированной системы питания.

Если сравнивать графические процессоры семейства Navi с Vega, то новинка быстрее Vega 56 на 25%-40%, а абсолютный прирост производительности над Vega 64 составляет 14%, и это при меньшем на 23% уровне потребления энергии. И если перейти к сравнению площадей этих GPU, то новое решение более чем вдвое меньше по размеру (251 мм² против 495 мм²) за счет применения техпроцесса 7 нм против 14 нм, что позволяет не только повысить производительность нового GPU, но и снизить себестоимость продукции.

А вот с точки зрения поддержки новых графических возможностей в RDNA не так много нового. Эти GPU поддерживают все те возможности Direct3D12, что и GCN, включая Rapid Packed Math (FP16) — вдвое ускоренные вычисления со сниженной точностью. Увы, но Navi не поддерживает какого-либо аппаратного ускорения трассировки лучей, как не было объявлено и о поддержке переменной частоты закраски (variable rate shading). И о шейдере примитивов (primitive shader), о котором много рассказывали во время анонса Vega, сейчас уже молчат. Вероятно, того их вида, который поддерживается в Vega, недостаточно для полной поддержки mesh shaders в DirectX API, и все их функции реализовать пока не получилось.

Поддержка высокопроизводительной шины PCI Express 4.0

Компания AMD стала первой в индустрии, кто реализовал и выпустил в продажу сразу несколько продуктов с поддержкой PCI Express новой версии 4.0. И видеокарты Radeon RX 5700 и процессоры Ryzen 3000 и чипсет X570 — все готово к передаче действительно больших объемов данных на высокой скорости — вдвое выше, чем у привычной версии 3.0. Да, уже была анонсирована и еще более производительная версия PCI Express 5.0, но когда там она еще появится в готовых продуктах...

В случае установки видеокарт новой серии в системную плату на базе чипсета AMD X570, у вас получится решение с полной поддержкой PCIe 4.0 — единственное имеющееся на рынке. Создатели общепринятого индустриального бенчмарка 3DMark уже создали специальный тест для измерения производительности шины PCI Express, который показывает серьезное превосходство новой версии шины над предыдущей.

Конечно, это всего лишь тест, а в играх и обычных приложениях разницы вы не увидите еще долго, но в некоторых профессиональных задачах, вроде проигрывания видеороликов разрешения 8K формата ProRes4x4 в специализированном ПО DaVinci Resolve 16, с использованием PCI Express 4.0 по данным AMD получается 60 FPS вместо 36 FPS в случае PCIe 3.0. Возможно, этот пример слегка притянут за уши, но наверняка же кто-то уже занимается обработкой таких роликов, они точно оценят.

Улучшенные движки по выводу изображения и обработке видеоданных

Некоторые изменения произошли и в блоках обработки видео и вывода изображения на дисплеи. Увы, поддержки HDMI 2.1 в Navi нет, и контроллер схож с тем, что мы видели в Vega, он поддерживает HDMI 2.0b и DisplayPort 1.4 HDR (с FreeSync 2, конечно же). Единственное дополнение тут — поддержка потокового сжатия DisplayPort 1.4 Display Stream Compression (DSC), Display Stream Compression 1.2a, позволяющее одним кабелем подключать 4K-мониторы с частотой обновления до 240 Гц или 4K HDR с 120 Гц или 8K-мониторы при 60 Гц.

Сжатие Display Stream Compression позволяет снизить требования к пропускной способности кабеля для вывода высоких разрешений при высокой частоте обновления данных. Это нужно для поддержки 4K-мониторов с частотой обновления в 144 Гц и выше, ведь возможностей стандартного DP 1.4 не хватает для вывода картинки в такой конфигурации. Также возможно подключение шлемов виртуальной реальности по единственному разъему, если это реализуют партнеры компании.

Движок обработки видеоданных в Navi обеспечивает улучшенное кодирование в HEVC (H.265) формат при разрешении до 8K с ускорением времени кодирования до 40%, по сравнению с предыдущими GPU компании. Кодирование видеоданных в 4K осуществляется при частоте кадров 60 FPS, а декодирование — до 90 FPS (или 24 FPS для 8K-разрешения). Для H.264 декодирование осуществляется в 4K до 150 FPS, а кодирование — до 90 FPS. Видеопоток Full HD-разрешения кодируется и декодируется в оба формата на частоте кадров до 360 FPS. Поток в формате VP9, популярном в Youtube и Twitch, также аппаратно декодируется в разрешении до 4K при 60 FPS.

Новые программные технологии

Помимо аппаратной части всегда важна и программная поддержка — и в новой версии драйверов Adrenalin 2019 Edition, кроме уже известных нам ранее технологий AMD Link, Radeon Relive, Radeon Chill, появились и новые. К примеру, это Radeon Anti Lag — возможность, значительно (на 30% и даже больше) снижающая задержки между действиями игрока и их отображением на экране. Это особенно важно для киберспортивных применений:

По данным AMD, с включением Radeon Anti Lag, в подобных играх время между действием и отображением на экране становится на треть меньше. Вместо 45-55 мс в некоторых играх получается 30-37 мс, что будет заметно игрокам высокого уровня. Особых технических деталей реализации в AMD не раскрывают, но по описанию работы похоже, что все делается программно в драйвере — он слегка притормаживает очередь кадров на CPU и приводит возможности CPU и GPU к единому целому, что и улучшает отзывчивость.

Эта возможность лучше работает, когда производительность ограничена мощностью GPU, если графический процессор достаточно медленный, а CPU — быстрый. В обратных случаях, с упором скорости в CPU, никакой разницы не будет. Кстати, эта новая возможность работает не только на новых видеокартах серии Radeon 5700, но и на всех решениях на основе GCN, в играх, использующих DirectX 9 и DirectX 11.

Также была объявлена поддержка адаптивного увеличения резкости Radeon Image Sharpening. По сути, это встроенный в драйвер несложный постфильтр для повышения резкости изображения с минимальным влиянием на производительность (до пары процентов). Его полезность особенно хорошо проявляется в тех играх, которые используют алгоритмы полноэкранного сглаживания, сильно замыливающие изображение (FXAA, TAA и другие).

Кроме этого, Radeon Image Sharpening (RIS) умеет также качественно повышать разрешение из низкого в рабочее разрешение монитора. На данный момент возможность открыта только для видеокарт на основе графических процессоров Navi для игр, использующих Vulkan, DirectX 9 и DirectX 12. Зато технология поддерживается большим количеством игр и не требует никаких изменений в их коде.

Собственно, это некий аналог одного из фильтров известного инструмента Reshade, только сразу в драйверах. У конкурирующей компании Nvidia также есть свой Freestyle, встроенный в GeForce Experience, служащий для аналогичных целей — дополнительная постобработка картинки: изменение яркости, цветности, резкости и т. д.

Подобное адаптивное увеличение резкости (Contrast Adaptive Sharpening) входит и в комплект AMD FidelityFX, который предлагается разработчикам для встраивания в игры. Кроме повышения резкости, а также качественного фильтра масштабирования, позволяющего повысить резкость при выводе изображения, отрисованного в меньшем разрешении в большее, в будущем также предполагается добавление в пакет и других постфильтров.

Повышение резкости работает неплохо, и лучше всего подходит для игр с сглаживанием типа TAA, которое сильно замыливает картинку, используя данные из предыдущих кадров. Для AMD важно, что работа CAS дополнительно ускоряется на видеокартах Vega и Navi при помощи Rapid Packed Math — удвоенного темпа исполнения инструкций с FP16-точностью. AMD FidelityFX уже поддержан разработчиками Saber, Codemasters, Ubisoft, Capcom, Unity, Rebellion, Gearbox, Croteam и другими — для интеграции в их будущие игры.

Единственное, что стоит пояснить отдельно — не нужно сравнивать RIS/CAS с DLSS, ведь довольно простой постфильтр AMD не умеет дорисовывать детали при помощи алгоритмов искусственного интеллекта, как это делает Nvidia DLSS (пусть и неидеально, но это уже отдельный вопрос). В этом и заключается принципиальная разница между ними. Возможно, AMD со временем сделает также и аналог DLSS на DirectML для FidelityFX, к примеру, но пока что мы видели только постфильтр для повышения резкости.

Предварительная оценка производительности

Прежде чем делать какие-то выводы о реальной производительности Radeon RX 5700 (XT), пусть и по собственным тестам AMD, сравним характеристики нескольких моделей видеокарт компании, включив в таблицу Vega 64, которую заменяет старшая из представленных моделей, а также самую мощную видеокарту семейства Polaris:

Хотя Navi заменяет Vega на рынке, по своей сути это скорее аналог Polaris — GPU среднего уровня, а не топовый чип. Новый графический процессор имеет площадь 251 мм² и содержит 10,3 миллиарда транзисторов. То есть чип Navi 10 получился лишь чуть больше Polaris 10, имеющего площадь в 232 мм², но при этом вмещает чуть ли не вдвое больше транзисторов, благодаря техпроцессу 7 нм. Надеемся, что все их потратили на прирост производительности.

Так как архитектура RDNA оптимизирована для увеличения эффективности, то напрямую спецификации сравнивать нужно с осторожностью — наверняка Radeon RX 5700 (XT) даже при схожем количестве исполнительных блоков и на одной частоте должен быть производительнее своих предшественников из семейства Polaris. По крайней мере в теории, на практике могут возникнуть вопросы в случае ПО, хорошо оптимизированного именно под особенности GCN, вроде активного использования асинхронных вычислений, от которых на RDNA может наблюдаться меньший прирост (в теории).

Пара слов по поводу тактовых частот новых GPU. AMD говорит, что старший чип работает на частоте до 1905 МГц, но это так называемая «турбо-частота» (boost), максимальная для чипа вообще. Работает же GPU чаще на несколько меньшей — появившейся в Navi «игровой частоте» (game), что является аналогом турбо-частоты для видеокарт Nvidia. Это — типичная тактовая частота, средняя достигаемая в процессе игры. Сам по себе подход по тактовым частотам остался неизменным, она повышается до того, как ограничивается пределами по питанию и температуре. И в играх, вполне вероятно, будет наблюдаться изменение тактовой частоты GPU от «игровой» до «турбо», и даже выше — как и у Nvidia (хотя названия для этих частот у компаний разные).

Все это не влияет ни на что, кроме пиковых показателей — компании AMD и Nvidia отличаются разным подходом и указывают цифры при разных частотах. Для Radeon RX 5700 XT максимальная производительность достигает 9,75 терафлопс для FP32-точности, что хоть и значительно выше, чем у Polaris, но не совсем соответствует увеличившейся сложности GPU. То есть пиковые теоретические показатели относительно сложности чипа у GCN выше, но в том и дело, что на практике они практически недостижимы. А RDNA намеренно была изменена так, чтобы при меньшей теоретической производительности было легче достичь более высокой реальной скорости. Все это нужно учитывать в своих прикидках.

Графический процессор Navi 10 имеет 64 блока ROP, что вдвое больше, чем у Polaris, хоть и столько же, что и у Vega, но соотношение ROP к ALU у нового GPU выше. Для того, чтобы прокормить новый чип данными, Navi 10 поддерживает видеопамять типа GDDR6, обеспечивающую гораздо более высокую пропускную способность, по сравнению с GDDR5 (448 ГБ/с против 256 ГБ/с у Polaris). Кроме этого, было переработано сжатие данных, а вместе с ним выросла и эффективная пропускная способность памяти, в чем решения AMD ранее уступали конкурентам. В целом, с 64 более эффективными блоками ROP и серьезно повышенной ПСП, семейство RX 5700 выглядит более сбалансированным, по сравнению с Polaris.

Младшая модель Radeon RX 5700 имеет несколько меньшую производительность, энергопотребление и цену. Из 40 блоков CU в младшей модели активными остались 36 штук, а тактовая частота снижена до 1625 МГц игровой и 1725 МГц турбо-частоты. То есть чисто теоретически, младшая модель должна обеспечивать около 87% скорости старшей. Исключая производительность блоков ROP и обработки геометрии, которые будут лишь на 7% медленнее, чем у старшей модели. А по ПСП видеопамяти разницы между XT и не-XT вообще нет никакой. Обе карты имеют по 8 ГБ GDDR6-памяти, работающей на эффективной частоте в 14 ГГц.

По собственным тестам компании получается, что Radeon RX 5700 XT примерно на треть быстрее, чем Vega 56 в современных играх. Переход на вейвфронты по 32 потока, о котором мы говорили в предыдущем разделе материала, должен повысить производительность в тех приложениях, где GCN частенько простаивала — в играх без асинхронных вычислений и с большим количеством вызовов функций отрисовки. С другой стороны, и возможностей для постепенной оптимизации при помощи асинхронных вычислений в случае RDNA будет уже меньше.

Radeon RX 5700 XT позиционируется в качестве конкурента для GeForce RTX 2070, и по первым тестам компании AMD в разрешении 1440p в среднем превосходит его по производительности на несколько процентов. Разница в скорости рендеринга достигает 22% для популярной игры Battlefield V, но иногда бывает и отрицательной — для некоторых игр из тех, с разработчиками которых сотрудничал конкурент. Если сравнивать старшую версию с RX Vega 56, то преимущество новой видеокарты Radeon RX 5700 XT над ней составляет уже более чем 25%.

Младшая Radeon RX 5700 сразится на рынке с GeForce RTX 2060, имея среднее преимущество по производительности над решением Nvidia около 10%. Как видите из измерений специалистов AMD, их новые решения опережают как предыдущие модели этой же компании, так и ее конкурентов. Но у AMD не было шансов сравнить собственные GPU с улучшенными GeForce RTX 2060 Super и RTX 2070 Super, которые были анонсированы несколькими днями ранее, а они могут быть весьма сильными.

Впрочем, судя даже по этим измерениям, проведенным в наборе популярных игровых приложений, обе видеокарты семейства Radeon RX 5700 смотрятся очень неплохо по сравнению со своими прямыми конкурентами. В основном новинки опережают соответствующие видеокарты Nvidia, и в среднем они показали скорость чуть выше. Очень скоро мы проверим все это уже самостоятельно.

Особенности видеокарт

Сведения о производителе: Компания ATI Technologies (торговая марка ATI) основана в 1985 году в Канаде как Array Technology Inc. В том же году была переименована в ATI Technologies. Штаб-квартира в г. Маркхам (Торонто). C 1987 года компания сконцентрировалась на выпуске графических решений для ПК. Начиная с 2000 года основным брендом графических решений ATI становится Radeon, под которым выпускаются GPU как для настольных ПК, так и для ноутбуков. В 2006 году компанию ATI Technologies покупает компания AMD, в которой образуется подразделение AMD Graphics Products Group (AMD GPG). C 2010 года AMD отказывается от бренда ATI, оставив лишь Radeon. Штаб-квартира AMD в Саннивейл (Калифорния), а у AMD GPG остается главным офисом бывший офис AMD в Маркхаме (Канада). Своего производства нет. Общая численность сотрудников AMD GPG (включая региональные офисы) — около 2000 человек.

Объекты исследования: ускорители трехмерной графики (видеокарты) AMD Radeon RX 5700 XT 8 ГБ 256-битной GDDR6 и AMD Radeon RX 5700 8 ГБ 256-битной GDDR6

AMD Radeon RX 5700 XT 8 ГБ 256-битной GDDR6

AMD Radeon RX 5700 8 ГБ 256-битной GDDR6

Характеристики карт

Память

Каждая карта имеет по 8 ГБ памяти GDDR6 SDRAM, размещенной в 8 микросхемах по 8 Гбит на лицевой стороне PCB. Микросхемы памяти Samsung и Micron (GDDR6) рассчитаны на номинальную частоту работы в 3500 (14000) МГц

Особенности карт и сравнение с Radeon RX 590

AMD Radeon RX 5700 XT	AMD Radeon RX 5700	AMD Radeon RX 590
вид спереди
вид сзади

Мы сравниваем с RX 590 по двум простым причинам: во-первых, это самый быстрый ускоритель среднего класса, выпущенный AMD до сего момента (теперь же пара RX 5700/5700 XT займет свои места между RX 590 и Radeon VII). Во-вторых, все три ускорителя имеют шину обмена с памятью одинаковой ширины.

Очевидно, что идентичность шин сказалась только на количестве микросхем памяти, а вот расположение и в целом конфигурация PCB совсем иные. Как нам кажется, из-за необходимости в более длинной СО выросла длина печатных плат у RX 5700/5700 XT, поэтому на них много пустого места. Кстати, PCB у 5700 и 5700 ХТ совершенно одинаковые. Разница лишь в фазах системы питания, да и то незначительная.

Схемы питания ядер — 8- (у 5700 ХТ) и 7- фазные (у 5700), управляются ШИМ-контроллером Infineon IR 35217, память имеет 2 фазы питания. Подвод питания осуществляется через два разъема: 6-контактный и 8-контактный.

Подсветка имеется только у RX 5700 XT: очень скромная, не регулируется и представляет собой лишь слово Radeon на торце карты.

Каждая карта имеет современный привычный набор видеовыходов: 3 DP 1.4 и 1 HDMI 2.0b. Имеется поддержка технологии AMD Radeon FreeSync 2 HDR и частот вертикальной синхронизации 60 Гц в 8К и вплоть до 120 Гц в 4К с HDR и 240 Гц без HDR (разумеется, при наличии соответствующих приемников).

Охлаждение и нагрев

AMD Radeon RX 5700 XT

AMD Radeon RX 5700

У обеих карт стоят практически одинаковые системы охлаждения, разница лишь в дизайне кожухов и в наличии пластин на обороте.

Главной частью системы охлаждения большая испарительная камера с медным основанием (его видно на фото выше), с оборотной стороны которой припаян пластинчатый радиатор. Воздух продувается через последний с помощью цилиндрического вентилятора (такая СО в народе называется «турбиной»). Единственным положительным свойством такого типа СО является выдув горячего воздуха за пределы системного блока. В режиме простоя или малой нагрузки вентилятор не останавливается. Микросхемы памяти и силовые элементы охлаждаются отдельной пластиной, прикрученной к основному радиатору. С оборотной стороны карта 5700 ничем не прикрыта, а у 5700 ХТ есть декоративная металлическая пластина (термоинтерфейс на ней не замечен, так что это лишь элемент дизайна).

Мониторинг температурного режима с помощью MSI Afterburner (автор А. Николайчук AKA Unwinder):

После 6-часового прогона под нагрузкой максимальная температура ядра не превысила 78-81 градуса у обеих карт, что является приемлемым результатом для видеокарт такого уровня.

AMD Radeon RX 5700 XT

AMD Radeon RX 5700

Максимальный нагрев у обеих карт — центральная часть карты в области GPU.

Шум

Методика измерения шума подразумевает, что помещение шумоизолировано и заглушено, снижены реверберации. Системный блок, в котором исследуется шум видеокарт, не имеет вентиляторов, не является источником механического шума. Фоновый уровень 18 дБА — это уровень шума в комнате и уровень шумов собственно шумомера. Измерения проводятся с расстояния 50 см от видеокарты на уровне системы охлаждения.

Режимы измерения:

• Режим простоя в 2D: загружен интернет-браузер с сайтом iXBT.com, окно Microsoft Word, ряд интернет-коммуникаторов
• Режим 2D с просмотром фильмов: используется SmoothVideo Project (SVP) — аппаратное декодирование со вставкой промежуточных кадров
• Режим 3D с максимальной нагрузкой на ускоритель: используется тест FurMark

Оценка градаций уровня шума выполняется по методике, описанной здесь:

• 28 дБА и менее: шум плохо различим уже на расстоянии одного метра от источника, даже при очень низком уровне фонового шума. Оценка: шум минимальный.
• от 29 до 34 дБА: шум различим уже с двух метров от источника, но не особо обращает на себя внимания. С таким уровнем шума вполне можно мириться даже при долговременной работе. Оценка: шум низкий.
• от 35 до 39 дБА: шум уверенно различается и заметно обращает на себя внимание, особенно в помещении с низким уровнем шума. Работать с таким уровнем шума можно, но спать будет затруднительно. Оценка: шум средний.
• 40 дБА и более: такой постоянный уровень шума уже начинает раздражать, от него быстро устаешь, появляется желание выйти из комнаты или выключить прибор. Оценка: шум высокий.

В режиме простоя в 2D температура у обоих ускорителей была не выше 36 °C, вентиляторы работали на частотах от 700 до 750 оборотов в минуту. Шум был почти равен фоновому (19,1 дБА).

При просмотре фильма с аппаратным декодированием ничего не менялось: температура ядра оставалась прежней, вентиляторы работали на тех же оборотах, шум сохранялся на уровне 19,2 дБА.

В режиме максимальной нагрузки в 3D температура достигала 78-81 °C. Вентиляторы при этом раскручивались выше 2100 оборотов в минуту у 5700 XT (шум вырастал до 42,2 дБА) и выше 1660 оборотов в минуту у 5700 (шум вырастал до 25,3 дБА). Так что у RX 5700 XT кулер весьма шумный под нагрузкой, а вот у 5700 — относительно тихий. Такова цена использования «турбин» — не зря конкурент AMD в свое время отказался от СО этого типа в своих референсных картах, улучшив ситуацию с шумом.

Однако специалисты AMD, видимо, сидят в наушниках при проектировании или выборе кулеров сторонних производителей. Причем та самая пресловутая «смятость» кожуха у 5700 ХТ совсем не помогает снизить шум, хотя компания декларирует, что вмятину сделали именно ради «утихомиривания» СО.

Комплект поставки и упаковка

Базовый комплект поставки серийной карты должен включать в себя руководство пользователя, диск с драйверами и утилитами. Компания AMD решила, что ее пользователи уже достаточно грамотные и сами найдут, откуда скачать драйвера, поэтому в комплекте есть только бумажки (руководство и гарантия). Сами упаковки очень стильные, а главное — маленькие! И нести удобно, и торговцам в радость (не то что возить огромные коробки, где сами карты занимают 1/5 места). Учитывая наличие всех признаков финального розничного товара на коробках, мы можем смело предположить, что референс-карты будут в продаже не только у партнеров, но и у самой компании AMD.

AMD Radeon RX 5700 XT

AMD Radeon RX 5700

Синтетические тесты

Мы успели провести предварительное тестирование Radeon RX 5700 (XT) в нашем наборе синтетических тестов — к сожалению, пока что без сравнения с Nvidia GeForce RTX 2060 Super и RTX 2070 Super. Синтетический набор все еще экспериментальный и продолжает изменяться. Мы бы хотели добавить еще больше примеров с вычислениями (compute shaders), но с этим есть определенные сложности. В будущем мы постараемся расширить и улучшить набор синтетических тестов, и если у вас есть четкие и обоснованные предложения — пишите их в комментариях к статье или отправьте авторам почтой.

Из ранее активно использовавшихся нами тестов RightMark3D мы оставили лишь несколько самых тяжелых вариантов. Остальные уже изрядно устарели и на столь мощных GPU упираются в различные ограничители, не загружают работой блоки графического процессора и не показывают истинную его производительность. А вот синтетические Feature-тесты из набора 3DMark Vantage мы пока что решили оставить в полном составе, так как заменить их попросту нечем, хотя и они уже устарели.

Из более-менее новых бенчмарков мы начали использовать несколько примеров, входящих в DirectX SDK и пакет SDK компании AMD (скомпилированные примеры применения D3D11 и D3D12), а также несколько тестов для измерения производительности трассировки лучей. В качестве полусинтетического теста у нас также используется и популярный 3DMark Time Spy, помогающий определить прирост от асинхронных вычислений.

Синтетические тесты проводились на следующих видеокартах:

• Radeon RX 5700 XT со стандартными параметрами (RX 5700 XT)
• Radeon RX 5700 со стандартными параметрами (RX 5700)
• Radeon VII со стандартными параметрами (Radeon VII)
• Radeon RX Vega 64 со стандартными параметрами (RX Vega 64)
• Radeon RX 590 со стандартными параметрами (RX 590)
• GeForce RTX 2070 со стандартными параметрами (RTX 2070)
• GeForce RTX 2060 со стандартными параметрами (RTX 2060)

Для анализа производительности новых видеокарт серии Radeon RX 5700, мы выбрали другие видеокарты по разным причинам. Так как представители Navi заменяют на рынке решения семейства Vega, то в части тестов мы сравнили новинки с Vega 64 и ее более новым вариантом в виде Radeon VII. Также мы взяли для сравнения с RX 5700 и самого мощного из представителей семейства Polaris в виде Radeon RX 590 — чтобы понять, насколько Navi эффективнее справляется с представленными задачами.

От компании Nvidia в качестве соперников для RX 5700 и RX 5700 XT в нашем сравнении выступают видеокарты моделей GeForce RTX 2060 и RTX 2070, соответственно. Видеокарт улучшенной модификации Super у нас пока что нет в наличии, а эти решения ближе всего по цене к новинкам AMD, да и компания считает конкурентами именно их.

 

Тесты Direct3D 10

Мы сильно сократили состав DirectX 10-тестов из RightMark3D, оставив только несколько примеров с наибольшей нагрузкой на GPU. Первая пара тестов измеряет производительность выполнения относительно простых пиксельных шейдеров с циклами при большом количестве текстурных выборок (до нескольких сотен выборок на пиксель) и сравнительно небольшой загрузке ALU. Иными словами, в них измеряется скорость текстурных выборок и эффективность ветвлений в пиксельном шейдере. Оба примера включают самозатенение и шейдерный суперсэмплинг, увеличивающий нагрузку на видеочипы.

Первый тест пиксельных шейдеров — Fur. При максимальных настройках в нем используется от 160 до 320 текстурных выборок из карты высот и несколько выборок из основной текстуры. Производительность в данном тесте зависит от количества и эффективности блоков TMU, на результат влияет также и эффективность выполнения сложных программ.

В задачах процедурной визуализации меха с большим количеством текстурных выборок, решения компании AMD в лидерах еще со времен выхода первых графических процессоров архитектуры GCN. Совершенно неудивительно, что видеокарты на чипе Navi архитектуры RDNA в этом сравнении выглядят даже еще сильнее, что говорит о большей эффективности выполнения ими подобных программ.

Рассматриваемые сегодня видеокарты линейки Radeon RX 5700 выступили довольно сильно, младшая модель почти не уступила Vega 64, которая не так давно была топовым решением компании, а модель XT стала лучшей в сравнении. Если же сравнивать новинки с конкурентами, то обе они показали результат явно лучше своих соперников в этом тесте. И никакие улучшения до Super не смогут это изменить. Посмотрим, что будет при более сложных шейдерах и условиях в целом.

Следующий DX10-тест Steep Parallax Mapping также измеряет производительность исполнения сложных пиксельных шейдеров с циклами при большом количестве текстурных выборок. При максимальных настройках он использует от 80 до 400 текстурных выборок из карты высот и несколько выборок из базовых текстур. Этот шейдерный тест Direct3D 10 несколько интереснее с практической точки зрения, так как разновидности parallax mapping широко применяются в играх, в том числе и такие варианты как steep parallax mapping. Кроме того, в нашем тесте мы включили самозатенение, увеличивающее нагрузку на видеочип в два раза, и суперсэмплинг, также повышающий требования к мощности GPU.

Диаграмма очень похожа на предыдущую, но видеокарты GeForce в этот раз выглядят получше на фоне соперников. Что не помогает им достать даже самые слабые Radeon. Младшая RX 5700 выступила еще лучше, уже во всех условиях обогнав Vega 64. Понятно, что RX 5700 XT оторвалась вперед еще дальше и стала победителем сравнения. Новый чип Navi 10 работает лучше конкурирующих графических процессоров компании Nvidia в таких задачах. Хотя отставание от Radeon уменьшилось, но рассматриваемые сегодня решения значительно мощнее обеих представленных GeForce.

Из пары тестов пиксельных шейдеров с минимальным количеством текстурных выборок и относительно большим количеством арифметических операций, мы выбрали более сложный, так как они уже порядком устарели и уже не измеряют чисто математическую производительность GPU. Да и за последние годы скорость выполнения именно арифметических инструкций в пиксельном шейдере не так важна, большинство вычислений перешли в compute shaders. Итак, тест шейдерных вычислений Fire — текстурная выборка в нем лишь одна, а количество инструкций типа sin и cos равно 130 штукам. Впрочем, для современных GPU это семечки.

В математическом тесте из нашего RightMark мы часто получаем результаты, довольно далекие от теории и сравнений в других аналогичных бенчмарках. Вероятно, столь мощные платы ограничивает что-то, не относящееся к скорости вычислительных блоков, так как GPU при тестировании чаще всего не загружены работой на 100%. Но рассматриваемые сегодня видеокарты в этом тесте показали примерно те результаты, которые мы от них и ожидали.

Неудивительно, что обе GeForce отстали от всех Radeon, это полностью соответствует теории — пиковая математическая производительность у решений Nvidia всегда была ниже. Интереснее сравнение Navi с Vega. Младшая модель на урезанной версии нового GPU уступила лучшему представителю линейки Vega, но старшая обошла ее, что в очередной раз подтверждает улучшенную эффективность выполнения RDNA, по сравнению с GCN.

Переходим к тесту геометрических шейдеров. В составе пакета RightMark3D 2.0 есть два теста скорости геометрических шейдеров, но один из них (Hyperlight, демонстрирующий использование техник: instancing, stream output, buffer load, использующий динамическое создание геометрии и stream output), на всех видеокартах компании AMD не работает, поэтому мы оставили лишь второй — Galaxy. Техника в этом тесте аналогична point sprites из предыдущих версий Direct3D. В нем анимируется система частиц на GPU, геометрический шейдер из каждой точки создает четыре вершины, образующие частицу. Вычисления производятся в геометрическом шейдере.

Соотношение скоростей при разной геометрической сложности сцен примерно одинаково для всех решений, производительность соответствует количеству точек. Задача для мощных современных GPU довольно простая, но разница между моделями видеокарт в наличии. Обе новые модели Radeon в этом тесте снова показали результат лучше, чем Vega 64, что можно признать еще одной победой в борьбе за повышение эффективности.

Разница между видеокартами на чипах Nvidia и AMD в этом тесте всегда была в пользу решений калифорнийской компании, что обусловлено отличиями в геометрических конвейерах GPU. В тестах геометрии платы GeForce всегда конкурентоспособнее Radeon, но семейство Radeon RX 5700 явно подтянулось, и обе модели линейки пусть и немного проигрывают в сложных условиях, зато опережают конкурентов в простых.

 

Тесты из 3DMark Vantage

Мы традиционно рассматриваем также и синтетические тесты из пакета 3DMark Vantage, ведь они иногда показывают нам то, что мы упустили в тестах собственного производства. Feature тесты из этого тестового пакета также обладают поддержкой DirectX 10, они до сих пор более-менее актуальны и при анализе результатов новых видеокарт мы сделаем какие-то полезные выводы, ускользнувшие от нас в тестах пакета RightMark 2.0.

Feature Test 1: Texture Fill

Первый тест измеряет производительность блоков текстурных выборок. Используется заполнение прямоугольника значениями, считываемыми из маленькой текстуры с использованием многочисленных текстурных координат, которые изменяются каждый кадр.

Эффективность работы видеокарт AMD и Nvidia в текстурном тесте компании Futuremark довольно высока, и тест показывает результаты, близкие к соответствующим теоретическим параметрам, хотя иногда они все же получаются несколько заниженными, особенно для Turing. Сегодняшние новинки показали неплохой результат, обойдя лучшего представителя семейства Polaris.

Сравнение скорости текстурирования рассматриваемых сегодня видеоплат компании AMD с конкурирующими видеокартами GeForce показывает, что обе модели линейки Radeon RX 5700 опережают своих прямых конкурентов в виде GeForce RTX 2070 и RTX 2060. Все Radeon имеют большое количество блоков TMU и с этой задачей они справляются очень хорошо. Не стали исключением и решения на основе Navi.

Feature Test 2: Color Fill

Вторая задача — тест скорости заполнения. В нем используется очень простой пиксельный шейдер, не ограничивающий производительность. Интерполированное значение цвета записывается во внеэкранный буфер (render target) с использованием альфа-блендинга. Используется 16-битный внеэкранный буфер формата FP16, наиболее часто используемый в играх, применяющих HDR-рендеринг, поэтому такой тест является вполне современным.

Цифры из второго подтеста 3DMark Vantage должны показывать производительность блоков ROP, без учета величины пропускной способности видеопамяти, и тест обычно измеряет именно производительность подсистемы ROP. Новинки на основе чипа Navi показали потрясающе мощный результат в этом тесте — более чем втрое быстрее, по отношению к Radeon RX 590 — мощнейшему из Polaris.

Конкурирующие видеокарты Nvidia по скорости заполнения сцены обычно не так хороши, и Radeon RX 5700 (XT) в этом тесте оказались явно быстрее их. Но насколько! Пусть разница и меньше, чем для Polaris, но она осталась более чем двукратной — отличный результат! Сказывается и увеличенное до 64 штук количество блоков ROP, и проведенные в них улучшения, включая алгоритмы сжатия.

Feature Test 3: Parallax Occlusion Mapping

Один из самых интересных feature-тестов, так как подобная техника давно используется в играх. В нем рисуется один четырехугольник (точнее, два треугольника) с применением специальной техники Parallax Occlusion Mapping, имитирующей сложную геометрию. Используются довольно ресурсоемкие операции по трассировке лучей и карта глубины большого разрешения. Также эта поверхность затеняется при помощи тяжелого алгоритма Strauss. Это тест очень сложного и тяжелого для видеочипа пиксельного шейдера, содержащего многочисленные текстурные выборки при трассировке лучей, динамические ветвления и сложные расчеты освещения по Strauss.

Результаты этого теста из пакета 3DMark Vantage не зависят исключительно от скорости математических вычислений, эффективности исполнения ветвлений или скорости текстурных выборок, а от нескольких параметров одновременно. Для достижения высокой скорости в этой задаче важен правильный баланс GPU, а также эффективность выполнения сложных шейдеров. Это довольно важный тест, так как результаты в нем всегда очень хорошо коррелируют с тем, что получается в игровых тестах.

Тут важны и математическая и текстурная производительность, и в этой «синтетике» из 3DMark Vantage новые модели видеокарт AMD показали ожидаемый результат, отлично выступив как по сравнению с предшественником, так и в борьбе с GeForce. Графические процессоры AMD в этом тесте всегда были сильны, и Navi явно улучшил эффективность выполнения задачи. Radeon RX 5700 XT стал лидером, обойдя RTX 2070, то же самое касается и парочки RX 5700 с RTX 2060: видеокарты AMD оказались чуть быстрее. Скорее всего, примерно это же мы увидим и в играх.

Feature Test 4: GPU Cloth

Четвертый тест интересен тем, что рассчитывает физические взаимодействия (имитация ткани) при помощи видеочипа. Используется вершинная симуляция, при помощи комбинированной работы вершинного и геометрического шейдеров, с несколькими проходами. Используется stream out для переноса вершин из одного прохода симуляции к другому. Таким образом, тестируется производительность исполнения вершинных и геометрических шейдеров и скорость stream out.

Скорость рендеринга в этом тесте должна зависеть сразу от нескольких параметров, и основными факторами влияния должны являться производительность обработки геометрии и эффективность выполнения геометрических шейдеров. Сильные стороны чипов Nvidia должны были проявиться, но мы в который раз получаем явно некорректные результаты в этом тесте. Смотреть на результаты видеокарт GeForce нет смысла.

Если же сравнивать новые модели Radeon со старой на основе Polaris, то в этом тесте еще лучше заметно улучшение эффективности. Похоже, что изменения в геометрических исполнительных блоках и блоках установки сказались на общей геометрической производительности, и обе новые платы семейства Radeon RX 5700 выступили очень сильно. Старшая модель чуть ли не вдвое обгоняет видеокарту Radeon RX 590 из семейства Polaris — очень сильный результат.

Feature Test 5: GPU Particles

Тест физической симуляции эффектов на базе систем частиц, рассчитываемых при помощи графического процессора. Используется вершинная симуляция, где каждая вершина представляет одиночную частицу. Stream out используется с той же целью, что и в предыдущем тесте. Рассчитывается несколько сотен тысяч частиц, все анимируются отдельно, также рассчитываются их столкновения с картой высот. Частицы отрисовываются при помощи геометрического шейдера, который из каждой точки создает четыре вершины, образующие частицу. Больше всего загружает шейдерные блоки вершинными расчетами, также тестируется stream out.

И во втором геометрическом тесте из 3DMark Vantage мы видим далекие от теории результаты, но они хотя бы ближе к истине, чем в прошлом подтесте этого же бенчмарка. Видеокарты Nvidia все так же необъяснимо медленны, и обе они уступили представителям архитектуры RDNA в лице Radeon RX 5700. Сравнение новых моделей на чипе Navi с еще одной представленной в материале видеокартой компании AMD еще раз показало преимущество новой архитектуры — разница между RX 5700 XT и RX 590 двукратная!

Feature Test 6: Perlin Noise

Последний feature-тест пакета Vantage является математически-интенсивным тестом GPU, он рассчитывает несколько октав алгоритма Perlin noise в пиксельном шейдере. Каждый цветовой канал использует собственную функцию шума для большей нагрузки на видеочип. Perlin noise — это стандартный алгоритм, часто применяемый в процедурном текстурировании, он использует много математических вычислений.

В этом математическом тесте производительность решений хоть и не совсем соответствует теории, но она явно ближе к пиковой производительности видеочипов в предельных задачах. В тесте используются операции с плавающей запятой, и новая архитектура Turing не может использовать свои уникальные возможности и показать результат заметно выше аналогичных представителей из семейства Pascal, поэтому GeForce не столь сильны, как могли бы быть, и RTX 2060 в этом тесте оказалась слабейшей.

Новые решения компании AMD на основе архитектуры RDNA справляются с подобными задачами чуть лучше GCN, которые всегда хороши в тех случаях, когда выполняется интенсивная «математика» в предельных режимах. И Radeon RX 590 в этом тесте проиграл новинкам не так уж много. RX 5700 чуть улучшили производительность, хотя этот тест лучше подходит для GCN. Далее мы рассмотрим более современные тесты, использующие повышенную нагрузку на графические процессоры.

 

Тесты Direct3D 11

Переходим к Direct3D11-тестам из пакета разработчиков SDK Radeon. Первым на очереди будет тест под названием FluidCS11, в котором моделируется физика жидкостей, для чего рассчитывается поведение множества частиц в двухмерном пространстве. Для симуляции жидкостей в этом примере используется гидродинамика сглаженных частиц. Число частиц в тесте устанавливаем максимально возможное — 64 000 штук.

В первом же Direct3D11-тесте мы получили очень интересный результат, когда новый Radeon RX 5700 XT с большим запасом обошел всех (условных и настоящих) конкурентов. По опыту предыдущих тестов мы знаем, что GeForce архитектуры Turing в тесте выступают не очень хорошо, но и все остальные Radeon сильно проиграли сегодняшней новинке. Впрочем, судя по крайне высокой частоте кадров, вычисления в этом примере из SDK в любом случае слишком простые.

Второй D3D11-тест называется InstancingFX11, в этом примере из SDK используются DrawIndexedInstanced-вызовы для отрисовки множества одинаковых моделей объектов в кадре, а их разнообразие достигается при помощи использования текстурных массивов с различными текстурами для деревьев и травы. Для увеличения нагрузки на GPU мы использовали максимальные настройки: число деревьев и плотность травы.

Производительность рендеринга в этом тесте зависит от оптимизации драйвера и командного процессора GPU. С этим дела лучше всего обстоят решений Nvidia и Radeon VII, как ни странно. Если сравнить одну из рассматриваемых сегодня видеокарт RX 5700 XT с решениями прошлого поколения, то в этот раз новинка обошла RX 590 примерно на столько, сколько и должна, а вот почему Radeon VII настолько быстрее их — вопрос интересный.

Ну и третий D3D11-пример — VarianceShadows11. В этом тесте из SDK AMD используются теневые карты (shadow maps) с тремя каскадами (уровнями детализации). Динамические каскадные карты теней сейчас широко применяются в играх с растеризацией, поэтому тест довольно любопытный. При тестировании мы использовали настройки по умолчанию.

Производительность в этом примере из SDK зависит как от скорости блоков растеризации, так и от пропускной способности памяти. Новая видеокарта Radeon RX 5700 XT обошла все остальные видеокарты (даже Radeon VII явно более высокого уровня и цены), показав чуть большую производительность, по сравнению с ее прямым конкурентом в виде GeForce RTX 2070 семейства Turing. Впрочем, частота кадров тут снова слишком высокая в любом случае и задача слишком простая, особенно для достаточно мощных GPU.

 

Тесты Direct3D 12

Переходим к примерам из DirectX SDK компании Microsoft — все они используют последнюю версию графического API — Direct3D12. Первым тестом стал Dynamic Indexing (D3D12DynamicIndexing), использующий новые функции шейдерной модели Shader Model 5.1. В частности — динамическое индексирование и неограниченные массивы (unbounded arrays) для отрисовки одной модели объекта несколько раз, при этом материал объекта выбирается динамически по индексу.

Этот пример активно использует целочисленные операции для индексации, поэтому особенно интересен нам для тестирования графических процессоров семейства Turing. Для увеличения нагрузки на GPU мы модифицировали пример, увеличив число моделей в кадре относительно оригинальных настроек в 100 раз.

Общая производительность рендеринга в этом тесте зависит от видеодрайвера, командного процессора и эффективности работы мультипроцессоров GPU в целочисленных вычислениях. Неудивительно, что единственное решение Nvidia очень неплохо справилось с такими операциями и почти вдвое опередило все Radeon. Новая плата компании AMD оказалась чуть быстрее 7-нанометровой версии Vega, и ощутимо быстрее одного из предшественников в виде Radeon RX 590.

Очередной пример из Direct3D12 SDK — Execute Indirect Sample, он создает большое количество вызовов отрисовки при помощи ExecuteIndirect API, с возможностью модификации параметров отрисовки в вычислительном шейдере. В тесте используется два режима. В первом на GPU выполняется вычислительный шейдер для определения видимых треугольников, после чего вызовы отрисовки видимых треугольников записываются в UAV-буфер, откуда запускаются посредством ExecuteIndirect-команд, таким образом на отрисовку отправляются только видимые треугольники. Второй режим отрисовывает все треугольники подряд без отбрасывания невидимых. Для увеличения нагрузки на GPU число объектов в кадре увеличено с 1024 до 1 048 576 штук.

Еще один тест, где Nvidia трудно побить. Производительность в этом тесте зависит от драйвера, командного процессора и мультипроцессоров GPU. Наш предыдущий опыт говорит о большом влиянии программной оптимизации драйвера на результаты теста, и в этом смысле ни одной из видеокарт AMD похвастать особо нечем, хотя именно Radeon RX 5700 XT стала лучшей из решений этой компании, серьезно обогнав даже Radeon VII. Но единственная в сравнении видеокарта GeForce RTX 2070 справилась с задачей еще в несколько раз лучше, и больше похоже, что такая разница получилась из-за недостатка программной оптимизации в драйверах компании AMD.

И последний пример с поддержкой D3D12 — уже известный нам тест nBody Gravity, но в другом варианте. В этом примере из SDK показана расчетная задача гравитации N-тел (N-body) — симуляция динамической системы частиц, на которую воздействуют такие физические силы, как гравитация. Для увеличения нагрузки на GPU число N-тел в кадре было увеличено с 10 000 до 64 000.

По количеству кадров в секунду видно, что эта вычислительная задача довольно сложна. Сегодняшняя новинка Radeon RX 5700 XT, основанная на полной версии графического процессора Navi 10, в этот раз чуть уступила Radeon VII, что вполне объяснимо, так как эти две видеокарты совершенно разного уровня и по скорости и по цене. Новинка отстала от старшей сестры совсем недалеко, но RDNA явно улучшила эффективность исполнения этой задачи, ведь RX 590 проиграла новой плате более 50%. Но соперник в виде GeForce RTX 2070 еще более эффективен в такой задаче.

В качестве дополнительного синтетического теста с поддержкой Direct3D12 мы взяли известный бенчмарк Time Spy из 3DMark. В нем нам интересно не только общее сравнение GPU по мощности, но и разница в производительности с включенной и отключенной возможностью асинхронных вычислений, появившихся в DirectX 12. Так мы поймем, изменилось ли что-то в поддержке async compute в RDNA. Для верности мы протестировали видеокарты в двух разрешениях экрана и двух графических тестах.

По представленным диаграммам видно, что прирост от включения асинхронных вычислений в Time Spy не слишком сильно изменился между двумя поколениями GPU компании AMD. Хотя преимущество при включении async в случае GCN все же оказалось чуть выше, как мы и ожидали. Но бенчмарк Time Spy использует возможности асинхронных вычислений довольно слабо, поэтому и разница невелика.

Если рассматривать производительность Radeon RX 5700 XT в этой задаче по сравнению со старшей моделью Radeon VII и конкурентом из стана Nvidia, то получается, что новинка выступает в этот тесте почти на их уровне. И все же оказывается немного позади. Это отличный результат при сравнении с Radeon VII и немного огорчает, если сопоставлять скорость старшей видеокарты на Navi с ее прямым конкурентом GeForce RTX 2070 во втором подтесте. Перед игровыми тестами это настораживает, ведь результаты в Time Spy частенько неплохо коррелируют с показателями в играх.

 

Вычислительные тесты

Мы продолжаем поиск бенчмарков, использующих OpenCL для актуальных вычислительных задач, чтобы включить их в состав нашего пакета синтетических тестов. Пока что в этом разделе остается довольно старый и не слишком хорошо оптимизированный тест трассировки лучей (не аппаратной) — LuxMark 3.1. Этот кроссплатформенный тест основан на LuxRender и использует OpenCL.

Новая модель Radeon RX 5700 XT показала очень странные и неоднозначные результаты в LuxMark. Если в простейшем тесте она выступила на уровне GeForce RTX 2070 и серьезно опередила Radeon RX 590, то во всех остальных уже очень сильно уступила конкуренту из стана Nvidia, оказавшись на одном уровне с Polaris! Похоже, что для этой конкретной задачи RDNA подходит не очень хорошо, хотя изменения в системе кэширования в чипе Navi должны были благоприятно сказаться на производительности трассировки лучей. Но увы.

Чтобы понять, случайность это или закономерность, мы использовали еще один тестом вычислительной производительности графических процессоров — V-Ray Benchmark — это тоже трассировка лучей без применения аппаратного ускорения. Тест производительности на базе рендерера V-Ray раскрывает возможности GPU в сложных вычислениях и также может показать преимущества новой архитектуры. В прошлых тестах мы использовали разные версии бенчмарка: которая выдает результат в виде времени, затраченного на рендеринг и в виде количества миллионов просчитанных путей за секунду.

Ну вот, совсем же другое дело! Раньше нам казалось, что этот рендерер лучше оптимизирован под видеокарты калифорнийской компании, и все Radeon от них отставали, но Navi оказалась сильна. Прямое сравнение с конкурентом в виде GeForce RTX 2070 показывает очень близкие результаты, что говорит о том, что архитектурные изменения в RDNA явно пошли на пользу таким задачам, как трассировка лучей. Наверняка были полезными и все улучшения кэширования данных. Разница между Radeon RX 5700 XT и RX 5700 примерно соответствует теории, и обе они справились с рендерингом значительно быстрее и Radeon RX 590 и RX Vega 64. Новая RX 5700 XT оказалась аж вдвое быстрее Vega 64. Что касается сравнения 5700 XT и 5700 c RTX 2070 и RTX 2060 попарно, то явно видно, что в старшей паре разница в производительности меньше, а RX 5700 имеет большее преимущество перед RTX 2060.

Краткие предварительные выводы

Мы постараемся в ближайшие дни завершить полномасштабные игровые тесты, в которые войдут не только вышедшие сегодня два ускорителя, но и новые Nvidia GeForce RTX 2060/2070 Super, и представим вниманию читателей данный материал повторно. А сейчас изложим кратко то, что можно сказать на основе теоретической информации и результатов в синтетических тестах.

Видеокарты семейства Radeon RX 5700, основанные на двух модификациях графического процессора Navi 10 новой архитектуры RDNA, заняли на рынке игровых видеокарт место Vega 56 и Vega 64, которые слишком дороги в производстве. В наших синтетических тестах новинки за редким исключением показали очень хорошие результаты с явным позитивным влиянием архитектурных улучшений RDNA, повысивших эффективность новых GPU, также очень хорошо сказалась и немалая рабочая частота GPU, которую позволил достичь техпроцесс 7 нм. Во многих синтетических тестах Radeon RX 5700 XT опередил не только Radeon RX 590, но и RX Vega 64, и нередко был на одном уровне с Radeon VII.

И дело тут в основном не в техпроцессе, ведь если сравнить Navi 10 с чипом Vega на 7 нм, то получим, что новый GPU примерно настолько же меньше по размеру, насколько ниже энергопотребление, но разница в производительности еще меньше. То есть Navi работает ощутимо эффективнее Vega, хотя тот же Turing кажется еще более эффективным. Ведь потребление 225 Вт при площади чипа в 251 мм² и техпроцессе 7 нм — это довольно много, по сравнению с большими чипами конкурента, который даже с использованием устаревшего техпроцесса выступает по энергоэффективности на равных, как минимум. И как делать на основе этой же архитектуры большой топовый чип, работающий на достаточно высокой рабочей частоте, ведь его энергопотребление явно вырастет выше 300 Вт?

Одним из недостатков Navi можно считать отсутствие аппаратной поддержки трассировки лучей. И не потому, что она есть у конкурента уже почти год, а скорее потому, что у Navi нет задела на будущее. Да, сейчас игр с поддержкой трассировки лучей не так уж много, но их количество постоянно растет — Nvidia старается сотрудничать с разработчиками, да они уже и сами проявляют интерес. К тому же, как известно, следующее поколение консолей также будет иметь аппаратную поддержку трассировки, равно как и все GeForce к тому времени, да и даже видеокарты AMD архитектуры RDNA 2, ожидаемой в 2020 или 2021 году. Получается, что покупать сейчас Radeon RX 5700 (XT) придется с учетом того, что уже через полтора-два года эти видеокарты устареют по функциональности. Что может быть недостатком при прочих равных, ведь по соотношению цен и производительности конкурирующие решения AMD и Nvidia зачастую бывают очень близки друг к другу.

Зато можно признать уникальным преимуществом поддержку PCI Express 4.0 новыми решениями компании AMD. Radeon RX 5700 (XT) стали первыми видеокартами с такой поддержкой. Это неудивительно, ведь AMD выкатила одновременно и процессоры Ryzen 3000 и чипсеты с поддержкой этой версии PCIe. Четвертое поколение шины удваивает ее теоретическую пропускную способность, и хотя в реальности эта разница будет пока что незаметной в большинстве случаев, но уж когда высокая ПСП понадобится, то двукратный прирост точно пойдет на пользу.

AMD говорит о новых моделях видеокарт как о хорошем варианте для апгрейда с устаревших решений. По данным компании, обе платы серии Radeon RX 5700 дают достаточную производительность для игры в разрешении 2560×1440, чего уже не всегда обеспечивают решения семейства Vega. Navi же позволит играть в самые требовательные и современные игры при высоких или даже максимальных настройках. Преимуществом новинок должна стать сравнительно невысокая цена, как обычно бывает у продуктов AMD. Новые решения в играх должны стать сильными конкурентами для GeForce RTX 2060 и RTX 2070, хотя бороться с улучшенной серией Super им будет непросто.

Инженеры компании смогли повысить производительность новых GPU при том же энергопотреблении, и видеокарты на основе графического процессора Navi довольно эффективно справились с имеющимися синтетическими тестами, что позволяет ожидать, что и в играх все будет хорошо — как минимум, по сравнению с RTX 2060 и RTX 2070. Но конкурент улучшил свои позиции в самый последний момент, увеличив производительность за те же деньги при помощи выпуска ускоренных решений. И для того, чтобы сделать окончательные выводы о конкурентоспособности Radeon RX 5700 и RX 5700 XT, придется дождаться результатов игровых тестов. В ближайшее время мы их проведем и выложим уже полноценный материал.

Благодарим компанию AMD Russia
и лично Ивана Мазнева
за предоставленные на тестирование видеокарты

Для тестового стенда:
материнская плата Z390 Aorus Xtreme и комплект RGB-памяти предоставлены компанией Gigabyte
блок питания Corsair AX1600i (1600W) предоставлен компанией Corsair