В борьбе за наиболее престижный сегмент рынка игровых 3D-ускорителей – "топовые" решения с максимальной производительностью – компания AMD сделала ставку на двухпроцессорные видеокарты. У данного технического решения есть как свои плюсы, так и минусы. Однако на сегодня видеокарта Radeon HD 4870 X2 в большинстве тестов успешно превосходит своего конкурента, "топовую" видеокарту NVIDIA GeForce GTX 280, а значит курс, выбранный AMD, оказался верным.

Двухпроцессорная видеокарта: плюсы и минусы
Компания ATI практиковала разработку двухпроцессорных видеокарт еще в эпоху Rage128 и первых GeForce. Однако на тот момент по тем или иным техническим причинам создать эффективную и надежную многопроцессорную архитектуру 3D-ускорителя не удавалось. Лишь с переводом видеокарт на шину PCI Express, обеспечивающую максимальную гибкость в выборе ширины канала и топологии подключения устройств, стало возможным организовать совместную работу графических ускорителей.

Сначала технология совместного обсчета 3D-сцены несколькими графическими процессорами, получившая у ATI название CrossFire, "обкатывалась" на однопроцессорных видеокартах. В этом случае подключение двух видеокарт к хосту (источнику команд и данных – процессору и системной памяти) обеспечивается средствами чипсета материнской платы, который должен выдать каждому устройству свой канал шины PCI Express. Для синхронизации потребовался дополнительный аппаратный интерфейс, соединяющий видеокарты; в ряде случаев, если быстродействие не так важно, как простота подключения, можно обойтись без него, синхронизируя видеокарты программно. Разработчики, не отвлекаясь на аппаратную реализацию, занимались доводкой программной части технологии CrossFire, реализовав в ее рамках несколько вариантов распределения нагрузки между двумя видеокартами. Впоследствии данная задача была успешно распространена на конфигурации с тремя, четырьмя и т.д. 3D-ускорителями. Без уточнения способа их физического соединения, поскольку последняя проблема решается средствами шины PCI Express.

Тем не менее, у классического варианта технологии CrossFire есть целый ряд "организационных" недостатков. Во-первых, нужно покупать несколько видеокарт, которые нужно как-то подключить, разместить в корпусе, охладить и т.д. Во-вторых, нужна материнская плата с несколькими разъемами PEG (PCI Express x16), а такие стоят довольно дорого и имеют минимум других слотов расширения. Гораздо интереснее вариант, когда две видеокарты разведены на одной печатной плате и соединены вместе на ней же.

С технической точки зрения создать связку CrossFire на одной видеокарте совсем несложно. Нужен только дополнительный коммутатор шины PCI Express, который имеет три порта – один восходящий, подключенный через основной разъем видеокарты к хосту, и два порта для 3D-ускорителей.
 

Данная конфигурация будет "прозрачной" для драйверов и самих 3D-ускорителей, так как она создает полную иллюзию наличия двух отдельных видеокарт на шине PCI Express.

Очевидны плюсы данного решения:

простота аппаратной архитектуры – два стандартных графических чипа (GPU) плюс коммутатор PCI Express;
возможность обмена данными между видеокартами по "короткому пути", минуя корневой комплекс PCI Express;
нет необходимости в специальном ПО;
не нужна плата с поддержкой CrossFire.
Вместе с тем следует понимать, что два чипа GPU, даже расположенные на одной печатной плате, не смогут обеспечить двукратный прирост производительности по сравнению с одним чипом. И вот почему.

Понятно, что задачу вычисления трехмерной сцены нужно разделить на две равные части. Разработчики ATI прорабатывали несколько способов – деления кадра на две части, деление экрана на небольшие окна (тайлы), поочередную обработку целого кадра. Для спаренных 3D-ускорителей был выбран последний вариант, который получил название AFR (Alternate Frame Rendering). Он позволяет избегать дублирования вычислений (происходящих на стыке разделов кадра), минимизирует объем данных, которыми обмениваются GPU (передается только готовый кадр). Тем не менее, и этот способ не гарантирует, что для разных кадров не потребуются общие данные. Если бы у GPU был единый массив памяти, к которой они могли бы обращаться одновременно, то и вопрос был бы снят. Но нынешнее поколение спаренных видеокарт предусматривает наличие отдельной массива памяти у каждого GPU, в котором, кстати, могут храниться одни и те же данные. И если один GPU их изменил, то второй должен получить эти изменения – еще одна не самая тривиальная задача, от успешности решения которой зависит скорость работы спаренной видеокарты.

Вот типичные проблемы "двойных" видеокарт. Во-первых, из-за возникновения зависимости по данным между соседними кадрами возможна ситуация, когда то один, то второй GPU запаздывают с подготовкой своего кадра, и на картинке появляются рывки, которые никак не отражаются общепринятом показателе быстродействия – усредненном FPS. Во-вторых, из-за ошибки драйвера возможна неправильная загрузка одного из GPU, из-за чего в кадре появляются мигающие объекты или детали (на одном кадре они есть, на втором – нет). Решение этих и других проблем заключается в корректном программировании, учитывающем возможность распараллеливания процесса построения 3D-сцены. Разработчики видеокарт постоянно проводят соответствующую работу с программистами, участвующими в создании графических движков для игр, но донести информацию до всех не получается, и среди всего множества игр на рынке обязательно найдутся такие, которые будут не совсем корректно работать на связках SLI/CrossFire и спаренных видеокартах.

Radeon HD 4870 X2 – "спарка" второго поколения

Классические проблемы двухпроцессорных видеокарт постепенно решаются, и новые модели работают лучше старых. Спаренная видеокарта с самого начала была заявлена в новой серии видеокарт Radeon HD 4000 компании AMD. По сравнению с первой подобной видеокартой, Radeon HD 3870 X2, она имеет целый ряд нововведений, призванных увеличить производительность и избавиться от прежних недостатков.

(Собственно, 3870 X2 была весьма удачной видеокартой. Но она появилась на свет не в самое удачное время. AMD "не угадала" с архитектурой чипа R600, из-за чего производительность видеокарт, построенных на его базе – как серии 2000, так и серии 3000 – была недостаточно высокой. А у конкурента, наоборот, дела шли как никогда хорошо, что привело к полному поражению AMD во всех ценовых диапазонах).

Новый, полностью переработанный чип RV770 позволил AMD наконец-то вернуть уважение геймеров. Высокий уровень производительности при более чем адекватной стоимости видеокарт на его базе – при полном отсутствии путаницы в моделях и поколениях. Сначала на рынок поступили высокопроизводительные модели Radeon HD 4870 и 4850, потом модели среднего класса Radeon HD 4670 и 4650. И те, и другие отлично вписались в свои ценовые ниши, и теперь AMD попросту заполняет образовавшиеся пробелы в линейке – урезанный, но все еще мощный Radeon HD 4830, двухпроцессорная Radeon HD 4850 X2, младшие модели серий 4500 и 4300, мобильные 3D-ускорители с новой архитектурой и т.д.

На вершине серии 4000 находится модель Radeon HD 4870 X2.

Это новая спаренная модель, которая представляет собой две видеокарты 4870, объединенные на одной печатной плате. Два чипа RV770 с частотой 750 МГц объединены новым коммутатором фирмы PLX, который на этот раз поддерживает "вторую скорость" шины PCI Express – 5 Гбит/с, позволяя объединять GPU и подключать их к системной логике без потери пропускной способности. Кроме того, данный коммутатор обеспечивает минимальные задержки при обмене данными между видеокартами. Впрочем, по некоторым данным, два чипа RV770 связаны между собой напрямую отдельным высокоскоростным каналом, который позволяет обойти проблему недостаточной скорости синхронизации двух массивов памяти.

У каждого GPU имеется по 1 Гб памяти нового стандарта GDDR5, которая обеспечивает передачу данных на учетверенной скорости – 3.6 Гбит/с на каждый контакт. Шина памяти у каждого GPU 256-битная, что в итоге дает более 100 Гб/с – впервые на серийной игровой видеокарте достигнут такой высокий показатель быстродействия канала доступа к памяти.

Итак, Radeon HD 4870 X2 превосходит предыдущую "спарку", Radeon HD 3870 X2, сразу по трем параметрам:

архитектура GPU – у RV770 имеется 800 вычислительных блоков (или 160 суперскалярных шейдерных процессоров), что в 2.5 раза больше, чем у RV670 (к тому же переработанная схема GPU обеспечивает намного более высокую эффективность текстурирования);
память – высокая пропускная способность GDDR5 плюс удвоенное ее количество;
коммутатор – с поддержкой PCI Express 2.0 плюс прямой канал между GPU.
Radeon HD 4870 X2 в исполнении Sapphire
Понятие "референсный дизайн", который с легкой руки кого-то из IT-обозревателей вошел в лексикон еймеров и оверклокеров, на самом деле имеет отношение только конструкторской документации, но не к готовому продукту. Тем более это понятие неприменимо к продукции Sapphire. Ведь дизайн видеокарт Radeon разрабатывается при непосредственном участии специалистов этой компании. Она же выполняет заказы тех компаний, которые по ряду причин не могут разрабатывать видеокарты самостоятельно.

Видеокарта Radeon HD 4870 X2, разработанная компанией Sapphire, первой поступила на рынок. Она представляет собой 3D-ускоритель классической компоновки, снабженный двумя выходами DVI и одним аналоговым TV-out. На большой печатной плате размещены два графических процессора AMD RV770, коммутатор PCI Express PLX PEX 8647, два массива памяти GDDR5 по 1 Гб, схемы электропитания.
 

Полная версия теста представлена здесь: http://www.gigamark.com/content/view/2994/35/