Radeon HD 6000系列的來歷可以說是相當曲折。按照AMD最早的計畫,Radeon HD 5000系列之後要轉向新的核心架構,代號“南方群島”(Southern Islands),製造工藝也會更新,但是無奈負責代工的台積電40nm工藝花了很長時間才成熟起來,又突然決定取消32nm工藝而直奔28nm,AMD隨之被迫更改了產品研發和發布計畫,於是就有了新的“北方群島”(Northern Islands),也就是Radeon HD 6000系列。
簡單來說,Radeon HD 6000系列是一次妥協的產物,仍舊使用R600以來的核心架構體系,製造工藝也還是40nm,不過在諸多內部細節和技術特性方面進行了廣泛的增強,無論性能還是功能都大大優於Radeon HD 5000系列,而且產品良率也完全不再是問題。
但是在產品編號上,AMD耍了一個小小的花招。儘管還是一目了然的四位數字,但並不只是簡單地把首位從5換成6。上代首發的Radeon HD 5800系列面向的是高端市場,而現在所謂的Radeon HD 6800系列並不完全與之對應,從市場區間劃分上來說其實是Radeon HD 5700系列的後輩。等到下個月,AMD還會推出更高端型號Radeon HD 6970、Radeon HD 6950,開發代號“Cayman”,繼續穩固高端市場地位;年底的時候,我們就將看到新的旗艦型單卡雙芯產品Radeon HD 6990,開發代號“Antilles”。這一次,AMD同樣打算速戰速決,不給對手任何喘息之機。
Radeon HD 5000/6000系列高端產品的性能順序可以排列為:6990>5970>6970>6950>5870>6870>5850>6850>5770>5750。它也直接證明新的編號體系並非只是個數字遊戲而已。
Radeon HD 6870的性能其實稍弱於Radeon HD 5870,但是價格上也要便宜很大一個檔次,因此性價比同樣再次有了明顯的提高,延續了AMD高端顯示卡近年來的一貫趨勢。
Barts: Radeon HD 6800系列、Cayman: Radeon HD 6900系列將會共同取代Cypress:Radeon HD 5800系列,以更豐富的產品型號對市場進行細化,滿足不同價位消費則會的需要;Radeon HD 5700系列則並不會立即消失,而是將伴隨新系列繼續銷售,有訊息稱可能會改名為Radeon HD 6700系列,但是AMD還沒有做出最終決定。
架構與規格:延續傳統、全面增強
架構方面之前曾有各種各樣的傳聞,但是受到各方面限制,特別是台積電代工工藝的落後,Radeon HD 6800系列所屬的“北方群島”家族並沒有在核心架構方面進行大規模的重新設計,而是基本沿用了R600以來的4D+1D式SIMD流處理器結構,並在諸多細節上做了最佳化和增強,AMD稱之為“第二代DX11設計”。總的來說,北方群島更像是一次承前啟後的過渡,再往後的下一代我們才會看到基於28nm新工藝的新架構,不出意外就是同樣風傳了很久的“南方群島”。
Radeon HD 6800系列對核心設計做了重新配置,單精度浮點性能最高能夠突破2TFlops(每秒2萬億次計算)大關,每秒鐘能夠處理的像素也能超過240億,同時曲面細分單元進行了特別增強(第七代),光柵器(Rasterizer)也配備了兩個,Hub部分有PCI-E 2.1匯流排控制器、UVD3硬體解碼引擎、CrossFireX管理引擎、Eyefinity顯示控制器等,顯存控制器則依然是四個64-bit,總位寬256-bit,繼續搭配高速GDDR5顯存顆粒。
新核心集成了17億個電晶體,核心面積為255平方毫米。Radeon HD 6870/6850分別有14個、12個SIMD引擎,每個引擎還是80個流處理器,總共1140個、960個,紋理單元56個、48個,ROP光柵單元都是32個。
Radeon HD 6870被AMD稱為“市場甜點的輕鬆贏家”,核心頻率900MHz,單精度浮點性能2.0TFlops,搭載1GB GDDR5顯存,等效頻率4200MHz,整卡空閒功耗19W、滿載功耗151W,使用雙插槽散熱器和雙六針輔助供電接口,輸出接口兩個DVI、兩個mini DisplayPort、一個HDMI。
Radeon HD 6870國內官方建議零售價1899-1999元人民幣,直接競爭對手最初被定為GeForce GTX 460 1GB,官方測試數據顯示平均超出25-30%,最多可超過50%,不過在最後關頭,AMD將對手提高到了GeForce GTX 470,顯示了充足的自信心。
Radeon HD 6850則號稱是“DX11性能、功耗和價格的新典範”,核心頻率775MHz,單精度浮點性能1.5TFlops,同樣搭載1GB GDDR5顯存,但是等效頻率降至4000MHz,整卡空閒功耗仍是19W,但是滿載功耗降低到127W,只需單六針輔助供電,不過公版散熱器也是雙插槽設計,另外輸出接口同為兩個DVI、兩個mini DP、一個HDMI。
Radeon HD 6850國內官方建議零售價1299-1399元人民幣,直接競爭對手最初定為GeForce GTX 460 768MB,官方測試數據顯示平均超出也有30%左右,最多可超過60%,最後時刻又改成了GeForce GTX 460 1GB。
現在我們就對比一下Radeon HD 6870、Radeon HD 5850。後者核心面積和電晶體規模要大不少(334平方毫米和21.5億個),流處理器、紋理單元分別多出120個、16個,顯存頻寬甚至也稍高一些(153.6GB/s和134.4GB/s),但是根據AMD提供的數據,二者3DMark Vantage得分分別為X7730、X7403,也就是說Radeon HD 6870以更小的核心規模實現了更高的性能,單位面積的性能自然更是高出一大截,而且更喜人的是滿載功耗保持在同樣的水平(151W),空閒功耗更是降低了8W,按幅度計算就是30%,顯然新卡的性能功耗比也要好得多。
另外值得一提的是,重新設計的新核心在幾何吞吐能力方面也有顯著進步,Radeon HD 6870達到了每秒鐘9億個三角形,Radeon HD 5850則是7.25億個。這可以看作是對NVIDIA宣傳幾何性能的一個回應。
新特性:強化畫質
消費級顯示卡最主要的使命自然是提供更好的3D遊戲性能和畫面,而提升畫質最傳統、最廣泛的方法當屬抗鋸齒(AA)和各向異性過濾(AF)。Radeon HD 6800在這兩方面都有所革新,還特別簡化了相關用戶界面,方便使用。
Radeon HD 6800支持新的形態抗鋸齒(Morphological Anti-Aliasing),簡稱MLAA。該技術由Intel提出,不過此前是基於CPU運算的,AMD則將其移植到了GPU上,使用後期處理過濾技術結合DirectCompute進行加速,全面支持DX9/10/11應用程式。AMD宣稱,MLAA可提供全場景抗鋸齒,而不限於多邊形邊緣、Alpha測試表面,速度也要比超級採樣,性能上接近於可程式過濾抗鋸齒(CFAA)。
事實上,當年ATI在Radeon 8500上就首次試驗了這種技術的雛形,使用了固頂功能的PN三角形。雖然當時的技術還極不成熟,遊戲套用也未普及,但ATI並未放棄,此後每一代產品都在進行更新和完善,比如Xbox 360 GPU上加入了位移映射和自適應曲面細分,Radeon HD 2000、3000兩代產品分別支持DX10、DX10.1,Radeon HD 4000系列又增強了性能,但直到Radeon HD 5000系列上才借著DX11的東風修成正果,成為業界標準規範的一部分。Radeon HD 6000系列針對曲面細分又做了深入最佳化,重點改進了執行緒管理和緩衝。
AMD提供的數據顯示,Radeon HD 6870相比於Radeon HD 5870在曲面細分性能上有了最多一倍的增加,不過具體取決於曲面細分因子,1-13的時候普遍都能超過50%,其中5-10的時候效果是最好的。
Radeon HD 6800上又提出了“EyeSpeed”視覺加速技術,包括兩大方面:一是GPU並行計算,基於開放的OpenCL、DirectCompute 11標準規範;二是高清視頻的解碼、輸出與播放,支持藍光3D立體技術,並整合了第三代UVD 3.0視頻解碼硬體引擎。
UVD 3.0對高清玩家來說尤其誘人。相比前兩代,它增加了MPEG-2、MPEG-4 Part 2 (DivX/XviD)、Blu-Ray 3D (MVC)等編碼格式的全程硬體解碼,用戶可以將更多視頻解碼工作交給GPU處理,進一步減輕CPU負擔。篇幅所限,有關UVD3等視頻播放新特性日後會專文深入介紹。
AMD還提到了Radeon HD 6800系列精確的色彩校正技術。藉助色域映射引擎,AMD可以在廣色域液晶面板上精確地再現原始色彩,並在整個管線內保存色彩細節。
先進的硬體技術自然需要廣泛的套用軟體支持。經過廣泛深入的合作,AMD已經拉上了多家知名的多媒體播放與編輯廠商,Radeon HD 6800尚未發布就獲得了大量播放器、編輯器的輔佐,包括ArcSoftTotalMedia Theatre、TotalMediaShowBiz,Corel WinDVD Pro 2010、DigitalStudio 2010,CyberLinkPowerDVD 10 Mark II,DDD TriDef (3D),DivX Plus等等。
新特性:靈活多屏輸出Eyefinity+
Eyefinity(寬域)多顯輸出技術是Radeon HD 5000系列最閃亮的地方之一,只要一塊顯示卡就可以組建最多六屏系統,大大降低了多屏架設的成本,既極大地拓寬了遊戲玩家的視野,也非常適合辦公、渲染、展示等專業場合。現在,Radeon HD 6000系列又進一步提升,帶來了增強版的“Eyefinity+”。
AMD的3D立體方案中,自己只提供Radeon HD 6000系列顯示卡硬體,中間件可選Dynamic Digital Depth(DDD)、iZ3D等供應商合作夥伴的方案(前者的就是TriDef),視頻和藍光3D播放軟體來自ArcSoft、Corel、CyberLink、Roxio,眼鏡及發射器來自Bit Cauldron、XpanD、RealD,至於3D電視、投影儀、顯示器等顯示設備就廣泛多了,某些廠商也正在專門針對AMD方案開發和發布相關顯示設備。
為了支持3D立體,Radeon HD 6800系列配備的HDMI接口都已經升級支持HDMI 1.4a規範,支持新款3D立體電視和HDMI幀包裝格式。
3D遊戲方面,AMD Radeon HD 6000支持DX9/10/11四緩衝,配合DDD、iZ3D的轉換軟體可為400多款遊戲帶來立體效果,2011年還會有原生的3D立體遊戲。
性能上AMD也給出了一些數據。Radeon HD 6870配合iZ3D中間件在優派的120Hz 3D顯示器上以1080p全高清解析度運行3D立體遊戲,平均幀率不低於35FPS,高可接近70FPS。
HD6900 Cayman
定位解析:避開GTX580
Radeon HD 6900系列當然是面向高端遊戲市場的,將會取代現在的Radeon HD 5800系列,而與Radeon HD 6800/5700系列並肩打江山。當然了,這裡不可避免地得重新解釋一下AMD的產品型號命名策略。根據最初的計畫,Barts、Cayman核心應該分別叫作Radeon HD 6700/6800系列而替代Radeon HD 5700/5800系列,但是首先AMD自然為Barts核心非常優秀,配得上更高的地位,其次Radeon HD 5700系列在主流市場上非常熱門、廣為追捧,直接就這么拿下實在可惜,於是AMD就玩兒了一個從市場策略上看很聰明、從消費角度看很混亂的做法:Barts、Cayman核心分別提升一個檔次,命名為Radeon HD 6800/6900系列,Radeon HD 5700系列則繼續留在市場上籠絡中端用戶,而新的單卡雙芯型號則被擠到了頂,只能叫Radeon HD 6990。AMD這么做自然有其充分的理由,畢竟廠商的目標是利用各種可能的手段賺儘可能多的錢,也就是追求利潤最大化。AMD在DX11市場上居於領先地位,也有一定的空間和餘地按照自己的意願去部署產品線,作為消費者就只能被動接受了。不管怎么說,Radeon HD 6000系列畢竟是新核心新產品,總比直接改名的馬甲好得多。
按照AMD最後時刻敲定的策略,Radeon HD 6970在國內的官方建議零售價為2999-3099元人民幣,Radeon HD 6950則是2299-2399元人民幣,遠遠低於此前預計的3999元、2999元。至於競爭對手,AMD延續了田忌賽馬的策略,Radeon HD 6900系列避開鋒芒畢露的GeForce GTX 580(3999元)而攜手殺向剛剛誕生的GeForce GTX 570(2999元),或者更確切地說主要由Radeon HD 6970去對付GeForce GTX 570,Radeon HD 6950則暫時沒有很直接的對手,因為往下的GeForce GTX 460、GeForce GTS 450分別交給了Radeon HD 6800系列、5700系列。
當然了,GeForce GTX 580也不會被放任自流,因為AMD仍有迄今為止地球上最快的顯示卡Radeon HD 5970,明年初還會更新為Radeon HD 6990,繼續二打一的策略。
VLIW全稱為Very Long Instruction Word,意思是超常指令字架構,是一種非常長的指令組合,通過把許多條指令連在一起來增加運算的速度。從第一代DX10 R600核心開始,AMD就一直使用VLIW5方式,又稱5D式,也就是五個流處理器編為一組,但並非所有流處理器都是相同的,其中四個較小、較簡單,另一個較大、較複雜做為特殊單元。這種架構設計在硬體方面看有著很高的效率和很深的潛力,但是結構比較複雜,對應的軟體編程就很困難,始終難以真正發揮全部實力。
在NVIDIA所謂真DX11的大肆宣傳下,幾何性能特別是曲面細分性能的地位被提高到了一個誇張的地步,但事實上AMD在這方面早已經歷了多個時代的進化,現在更是發展到了第八代曲面細分單元——Radeon HD 6800、5000系列分別是第七代和第六代。
Radeon HD 6900配備了兩個獨立又合作的圖形引擎,每時鐘周期內都能處理兩個原語(Primitive),具備基於區塊的負載均衡,轉換和隱面消除率翻番。每個圖形引擎內都有一個光柵器與一個第八代曲面細分單元,前者每時鐘周期內可處理最多32個像素,後者結合用於更高曲面細分等級的片外緩衝,可實現最多三倍於Radeon HD 5870的曲面細分性能,至少也會有1.5倍。《異形大戰鐵血戰士》、《捷運2033》、《失落的星球2》、《潛行者:普里皮亞季的呼喚》、Unigine Heaven等一系列NVIDIA宣傳自己曲面細分性能強勁的遊戲和測試程式中,Radeon HD 6970相比於Radeon HD 5870能帶來30-69%的大幅性能提升。
說起高端顯示卡,除了強大的性能之外往往還伴隨著恐怖的高功耗,以及隨之而來的複雜散熱器、煩人噪音、巨額電費。GeForce GTX 580引入了硬體電源監控電路,Radeon HD 6900則在Radeon HD 5000/6800系列的基礎上又祭出了全新技術“PowerTune”(電源調節),靈活性上遠勝歷史悠久的ATI PowePlay。
ATI PowerPlay只是簡單地指定了顯示卡核心與顯存頻率的兩三個等級,分別對應待機、日常負載、遊戲和拷機負載等套用,一旦確定就不可再更改。AMD PowerTune則利用顯示卡上集成的控制處理器來實時監視GPU負載、內部計算GPU功耗,藉此實時動態調整運行頻率,從而在滿足熱設計功耗限制的前提下帶來更高的性能,特別是允許GPU在高負載狀態下運行於更高的頻率。
另外除了功耗控制技術的改進,Radeon HD 6900系列的散熱設計同樣毫不含糊,和Radeon HD 6800系列一樣使用了第五代真空腔均熱板(Vapor Chamber)技術,由渦輪風扇、大面積純銅底座、純銅熱管、密集散熱鰭片等部分組成。
HD6990 Antilles
定位解析:完美接任HD5970
雖然台積電28nm工藝非常不給力,致使AMD野心勃勃的南方群島計畫流產,但是AMD依舊迅速變招拿出了B計畫,開始推出第二代DX11 Radeon HD 6000系列家族,而且在市場策略、核心架構方面都有了相當大的變化,比如Radeon HD 6800系列地位提升、Radeon HD 6900系列改用VLIW4 4D式流處理器單元。雖然所謂全新架構的處子秀不算很驚艷,沒有撼動GeForce GTX 580的市場地位,但這也正好符合AMD的一貫策略,即以小核心占領性能級市場,然後再雙芯並聯去爭奪發燒級市場。後邊這一步,正是要靠Radeon HD 6990去努力。
Radeon HD 6990開發代號Antilles,原計畫在2010年底發布,但因為種種原因拖延至今。GeForce GTX 590至今神龍見首不見尾,雖說按道理性能應該更恐怖,但是看樣子還得登上一段時間(NVIDIA的下一步是本月中旬的GeForce GTX 550 Ti)。就這樣,Radeon HD 6990在並無多大壓力的情況下得以順利接過前輩的槍、榮登卡皇寶座,再次成為地球上最快的顯示卡。不管你是否認同這種單卡雙芯的形式,它都是無可爭議的性能王者。當然了,這也標誌著Radeon HD 5970完美的一生開始結束,老卡皇可以笑著退休了。
規格解析:雙芯並聯+超頻
Radeon HD 6990使用了兩顆Cayman Radeon HD 6900圖形核心並使用PLX橋接晶片內部連,因此在架構上就沒什麼好說的了,完全繼承了Radeon HD 6970/6950的諸多新特性,包括VLIW 4D流處理器單元、升級的渲染器後端、增強的GPU計算、雙圖形引擎與兩個第八代曲面細分單元、EQAA增強畫質抗鋸齒、PowerTune功耗管理技術等等。當然了,Radeon HD 6870/6850以來引入的大量功能特性也都延續了下來,包括MLAA形態抗鋸齒、改進的各向異性過濾、UVD3視頻解碼引擎、增強的多屏輸出Eyefinity等等。無論從哪方面看,Radeon HD 6990都完全稱得上是集大成者,綜合了AMD迄今為止最優秀的圖形和視頻技術。
Radeon HD 6990擁有多達52.8億個電晶體,3072個流處理器、192個紋理單元、64個ROP單元,顯存位寬2×256-bit,顯存容量多達4GB,都是Radeon HD 6970/6950的兩倍,不過受散熱、功耗的限制,預設頻率並沒有達到Radeon HD 6970的級別,但也高於Radeon HD 6950,其中核心為830MHz,顯存等效為5GHz。
Radeon HD 6990的浮點計算能力因此高達驚人的單精度5.1TFlops、雙精度1.27TFlops,分別符合IEEE754-SP、IEEE754-DP標準,另外紋理填充率159.4GT/s、像素填充率53.1GP/s、顯存頻寬320GB/s。
更恐怖的是,Radeon HD 6990還有相當大的超頻空間。首先,它和Radeon HD 6970/6950一樣配備了雙BIOS和切換開關,因此提供兩種模式:默認模式下核心電壓1.12V,頻率如上;超頻模式下核心電壓加至1.175V,頻率直接也拉升到880MHz,顯存頻率不變,基本相當於兩塊Radeon HD 5970。這時候的Radeon HD 6990將擁有5.4TFlops單精度浮點運算能力,紋理、像素填充率也都有進一步增加。
如此彪悍的規格自然會帶來不可小覷的發熱量和功耗。Radeon HD 6990在空閒情況下的功耗為37W,秉承了近兩代優秀的待機功耗控制能力,不過在典型遊戲狀態下整卡功耗會飆升至350W,拷機時候的峰值功耗更實惠接近375W,不得不使用了兩個八針輔助供電接口,每一個都可以供電150W。
軟硬兼施: 6990雙重手段控制功耗
在硬體設計上,AMD工程師的目標是做一塊即使功耗達到450W也依然能夠應付的超級顯示卡,對付Radeon HD 6990的350W左右自然就沒什麼問題了。為此,AMD在這塊卡上使用了極其奢華的電路設計,完全不計成本。供電方面是第二代數字可程式Volterra供電控制器,專為VDDC電壓控制器開發的大型附屬設備,相比之前使用的效率明顯提升,可增大電流、降低溫度和功耗。
散熱器外部看上去和Radeon HD 6800/6900系列非常相似,但是內部已經根據PCB的變化做了相應調整。全封閉的外殼中,每顆GPU核心對應一個真空均熱板散熱模組,中間供電電路對應渦輪風扇,還特別加入了相變導熱材料(TIM),聲稱可將散熱性能提升8%,綜合起來散熱能力比Radeon HD 5970增加了20%之多,足以對付450W的功耗和發熱
最為難得的是,相比於前輩Radeon HD 5970,Radeon HD 6990的PCB長度、散熱器體積都沒有增大,其中PCB還是11.5英寸(292毫米)。雖然握在手裡依然形如超大型板磚,但至少沒有更加變態。
Radeon HD 6970/6950身上開始實踐的PowerTune技術這次終於到了真正發揮作用的時刻。