随着AMD Radeon HD 6000系列显卡发布完毕,部分玩家发现了一个有趣的现象。一般来说,一个系列的显卡在图形架构和内核设计方面是一脉相承的,例如Radeon HD5000/4000系列和GeForce GTX 500/400系列。而Radeon HD 6000系列显卡在一些关键设计上却采用了截然不同的设计。这是为什么呢?
显卡市场的竞争和产品对阵永远是厂商和消费者关注的内容。在第二代DirectX 11显卡的对阵上,AMD和NVIDIA都卯足了劲,纷纷推出了大量产品来争夺市场份额和吸引消费者的眼球。以其中颇为引人注目的Radeon HD 6000系列显卡为例,它依靠不错的性价比和较高的能耗比获得很多玩家的喜爱。不过也有用户发现,和传统一个系列显卡采用相同的架构不同的是,该系列显卡的底层架构虽然都是一致的,但该系列显卡从高端到低端在一些关键设计上,却采用了截然不同的设计,导致了它们的终性能表现区别较大,这引起了大家的关注和好奇。
事实上,历史上也曾发生过类似同系列显卡采用不同设计的事情。在AMD(ATI)的发展史上,Radeon 9000系列显卡中的高端Radeon 9600/9800系列采用继承于R300的先进DirectX 9架构,而入门级的Radeon 9200系列则采用了继承于上一代R200的DirectX 8架构。NVIDIA方面,GeForce 4系列的GeForce 4 Ti面向中高端玩家,采用了NV25的新架构,支持DirectX 8.1;而面向中低端市场的GeForce 4 MX系列虽然采用了部分GeForce 4 Ti系列的先进技术,但实际上脱胎于GeForce 2系列,在规格上只能支持DirectX 7。
从市场和技术角度来分析上述事件,一方面是上代老架构产品依旧有不错的性能表现,而且生产成本和生产风险较小;另一方面是当时DirectX并没有完全成为显卡分级的重要因素,因此显卡厂商也不急于全面铺开新的架构和产品。不过随着时间发展,DirectX的重要性日益突出,显卡厂商的竞争也越来越激烈。在之后的产品中,两大厂商不约而同地都将同一系列产品设计为相同的架构,并以先发布新架构的产品为荣。那么,在AMD经历了从Radeon X1000、Radeon HD 2000到Radeon HD 5000自上而下的统一架构发展后,为什么又对部分Radeon HD 6000系列显卡区别对待呢?这些不同的设计又是怎样在不同的产品上应用的呢?要回答这个问题,我们不妨先追根朔源,来看看AMD近年在图形核心设计上的思路和遇到的瓶颈。
从GPU发展史上可以看出,GPU从早期的单一图形显示功能到目前的多功能和通用化,整体结构已经大幅度改进,早已不是之前那个单纯的显示核心,已经成为了一个强大的并行处理计算设备。在这样的前提下,谁更快地研发GPU新的架构、更早地掌握并行计算等新技术的发展方向,谁就能在未来的显卡发展中更胜一筹。
在显卡架构发展和新方向的探索上,NVIDIA更加激进一些。从GeForce 2开始,NVIDIA就在考虑如何挖掘显卡的并行计算能力。随后在G80上,NVIDIA向通用计算大幅度迈进,发布了CUDA,正式开启了显卡的通用计算之路。AMD相比NVIDIA,虽然在GPU的通用计算上起步并不晚,并且中途还一度领先NVIDIA(比如Radeon X1000系列产品在一些科学计算上就曾经大放异彩)。但在进入DirectX 10甚至DirectX 11时代后,受限于显卡架构,AMD在通用计算方面的能力一直不是特别理想,在宣传力度上也不够大。
NVIDIA发展更为激进,更早地迈入了GPU通用计算的时代。图为NVIDIA G80核心,从那时起NVIDIA就开始支持CUDA通用计算了。
AMD近期的策略显示,未来的GPU发展方向肯定是并行化和通用计算化。但目前是否就应该立刻转身,向NVIDIA那样投身其中呢?从DirectX 10时代开始,AMD选择了一条比较保守的道路,旗下产品依旧紧紧守住图形计算这棵大树,并没有大幅度迈开步伐。因此在产品设计上更偏向于传统的图形计算,以SIMD架构和超大规模的吞吐量为依托,前后设计了多代3D性能相当优秀的产品,功耗等其他方面的表现也令人满意。反观NVIDIA,由于强调通用计算能力,虽然也取得了不错的图形效能,但产品设计复杂,功耗和核心面积都比较大,一度甚至难以生产流片,令人捏了一把汗。
在进入DirectX 11时代后,通用计算的市场越来越大,从民用到商用到超级计算机,几乎都可以见到GPU通用计算的身影。AMD此时则走在十字路口,一方面则是以Radeon HD 5000为代表的SIMD 4D+1D架构在效率上已经达到极致。未来如果还依靠小修小补的话,很难再有大幅度的效能提升;另一方面是老架构面临未来新的应用环境,适应性和应用性表现都堪忧。不过,AMD也有自己的优势所在。一些分析人士也指出:“AMD的这种设计,在短时间内还可以通过对SIMD架构小修小补以及提升晶体管工艺水平,来提高产品的单位面积性能,并降低单位面积功耗;而且AMD已经充分了解了NVIDIA在通用计算上走过的弯路和遇到的一些问题,可以“师夷技长以制夷”,在自己未来的产品中尽可能地避免这些问题和错误。”在这样的情况下,我们看到AMD在顶级的Radeon HD 6900系列显卡上使用了新的4D架构,将产品的性能推到了又一个巅峰。显然,AMD并非一味保守,而是根据市场和发展来调整自己的产品,属于走中间路线的平衡选择。
AMD在Radeon HD 6900系列上启用了全新设计的4D架构
那么Radeon HD 6000系列的产品架构究竟有哪些特别设计?在顶级产品上(Radeon HD 6900系列),AMD进化到4D架构并加强DirectX 11功能来应对NVIDIA的强大攻势,这显然属于技术上的中等规模调整,虽然表面看内核改变较大,但架构本质依旧没有彻底更新,显然AMD在更为谨慎地应对市场的变化。接下来在高端产品上(Radeon HD 6800系列和HD 6790),AMD通过小幅度改进来取得佳的性能/功耗比,并借此打击NVIDIA占据优势的中高端市场;同时在中低端和入门级产品上(Radeon HD 6700/6600/6500/6400系列),使用传统的4D+1D架构,通过调整规格来获得不错的性价比,阻挡NVIDIA的产品入侵。总体来看,由于AMD对SIMD架构的应用已愈多代,技术掌握相当纯熟,因此对这类技术小改难度不大。其实无论是顶级市场的“4D化”还是中高端、中低端市场的小改进和不改进,都属于AMD的平衡之道,但效果的确不错。
为了取得更为直接的答案,本刊就6系列显卡的产品策略采访过AMD,但AMD不予置评。有业内人士告诉本刊记者:“AMD在同一代产品上使用了三种不同的设计,正是从市场和未来发展的角度考虑,展示了GPU市场激烈的竞争和AMD对产品发展的思考。”那么在6系列显卡上,AMD究竟经过怎样的市场分析和评估呢?下文的分析将告诉你答案。
目前市场上的AMD Radeon HD 6000系列如果按照大类来分,有4D+1D和4D两种架构,分别用于Radeon HD 6800及以下产品和Radeon HD 6900系列。如果进一步细分的话,还能分出优化后的4D+1D架构(用于Radeon HD 6800系列和Radeon HD 6790)和传统4D+1D架构。下面我们来分别看看这些产品,以及AMD的产品策略。
在顶级产品的设计上,AMD启用了全新的4D架构,这种架构取消了传统4D+1D架构中一个比较“胖”的多功能、但比较少用到的1D单元,转而设计了四个等量的单元。这样的设计在一定程度上提高了晶体管的利用率。除此之外,Radeon HD 6900系列也进一步大幅度革新了产品的几何性能和曲面细分性能,以便产品在未来DirectX 11应用中能够不落下风甚至取得优势。
AMD改进设计的原因也很明显,首先是旗下Radeon HD 5800系列产品面对NVIDIA的GeForceGTX 580/570已经显得力不从心,再加上无法通过更新的工艺来增加产品晶体管数量,因此只有通过改进核心架构来取得和NVIDIA顶级产品相抗衡的实力。其次,购买顶级产品的玩家往往希望自己的显卡能够在未来很长一段时间内应付新游戏和新应用的挑战,而加强曲面细分等DirectX 11性能正是AMD根据玩家要求和技术发展对产品进行的改进。因此,在启用了新的4D架构后,AMD就获得了在顶级市场和NVIDIA相抗衡的实力。在新一代显卡出来之前,依靠4D架构,就可以从容地和NVIDIA进行市场竞争。
Radeon HD 6900系列稳守顶级市场,特别是Radeon HD 6950性价比很高,颇受玩家欢迎。
次一级的高端产品不像顶级产品那样,性能步入“云端”,需要加入吸引眼球的变革设计。它更多的是强调高性能和高性价比,以满足玩家更高的游戏需求和应对激烈的市场竞争。在此基础上,再加入一些能够提升游戏性能的设计。在这个大前提下,AMD开始了对高端产品的思考。据一些业内人士称,“AMD的目标是在千元级市场设计一颗每平方毫米性能高的产品,这样可以从容应对未来在千元级市场可能发生的激烈争夺。如果新品体积小、晶体管数量少的话,无论是未来打价格战,还是目前赚取利润,AMD都可以做到前可走,后可退。”
因此,我们看到在“Barts”也就是Radeon HD6800系列产品上,AMD没有直接采用4D架构,而仍然采用了传统的4D+1D架构。从技术角度来看,4D架构虽然效率更高,但相比4D+1D设计,要达到同样数量的流处理算术逻辑单元,4D架构要多耗费一些晶体管(外围电路和一些辅助电路)。这和Radeon HD 6800系列的设计初衷(强调高性能、高性价比,应付激烈市场竞争,设计一颗每平方毫米性能高的产品)显然是不相符的,因此成熟的4D+1D设计就成为了佳选择。
Radeon HD 6850是目前千元级市场的优势产品,甚至一些商家打出了999元特惠的价格,令其性价比暴增。
当然,Radeon HD 6800系列并非没有改进。AMD改进了它的曲面细分部分的功能,提高了单元在工作时的效率,加强了曲面细分性能。这样一来,AMD布局的这一颗千元级别高端产品就显得相当有优势了,体积小、功耗低、晶体管数量少,曲面细分性能也得到了加强。在应付普通等级的曲面细分计算时,Radeon HD 6800系列和同档次的NVIDIA显卡基本处于一个水平线上;而在面对高负载的曲面细分计算时,这个档次的产品实际已经都无法流畅运行了,此时讨论谁的曲面细分性能更高已经失去了意义。AMD也正是看到了这一点,在产品设计上“取巧”,也获得了相当不错的性能和竞争优势。
中低端产品方面,AMD做了两件事情:首先是“留任”了上代威风八面的中端产品Radeon HD 5700系列;另一方面则是在低端产品上进行一些小调整,提高了产品的性价比。对中低端产品来说,3D性能表现才是王道,而诸如曲面细分、DirectCompute等特效方面的计算实际意义并不太大。因为这类显卡比高端显卡性能要更弱一些,瓶颈依旧在于基础的3D计算上性能不足,甚至在1920×1080分辨率+高画质下,还根本没有开启曲面细分等特效,3D性能就已经告罄。因此,在同样的价位下提供更合适、更优秀的3D性能就成为中低端产品的首要任务。
新的Radeon HD 6700系列实际上只是Radeon HD 5700系列更名而来
根据这个任务,AMD将之前的Radeon HD 5700系列直接改名为Radeon HD 6700系列。原因也显而易见,Radeon HD 5700系列一直没有遇到强有力的竞争对手,即使NVIDIA发布了GeForce GTS 450以及随后的GeForce GTX 550Ti等产品,AMD都依靠价格调整等手段从容避开,依旧在同价位上为用户提供了更好的性能。目前NVIDIA在中低端产品上没有更多的动作,AMD也借此将Radeon HD 5700“升级”到Radeon HD 6700系列,在命名上进一步统一,有利于市场宣传和推广。
在定位稍低的中低端和低端市场,AMD则推出了一系列新品。这系列新品都是采用了4D+1D架构,AMD正利用自己对4D+1D架构的深入了解,可以轻松通过更改核心规格来获得不同性能定位的产品。比如Radeon HD 6670/6570/6450等都是在这个思路下产生的典型产品,它们相比上一代同档次产品在架构上没有任何变化,如Radeon HD 6670就只是从Radeon HD 5670的400个流处理算术逻辑单元增加到480个。凭借对产品规格的微调,AMD获得了中低端市场的产品优势。
AMD的产品只是着重于眼前的市场情况,并取得了不错的市场战绩,显示了AMD在产品操作以及市场反应上的手段。
NVIDIA通用计算发展速度很快,其用于通用计算产品已经进驻各大研究机构。图为天河一号A,采用了NVIDIA的通用计算产品。
但这种策略就是万无一失,安全稳妥了?显然也不是这样,AMD的这种小步慢跑策略,虽然可以通过谨慎发展获得市场上的优秀表现,但对未来的考虑似乎不够。我们在一开篇就谈到了GPU的通用计算和并行化发展方向。诚然,目前GPU通用计算支持的完善的还是NVIDIA的产品,NVIDIA从G80开始一直到目前的Fermi,都在对通用计算做出深度的、进一步的优化,软件方面也有CUDA、OpenCL等开放性标准的支持。AMD在这方面欠缺较多,Stream的应用发展依旧比较弱势,而AMD的GPU架构在通用计算上的表现也让开发者颇有微词。因此这种思路只能治标,并不能治本。
AMD的新希望和全面转型,在下一代产品上会有完美的体现吗?
那么,这是只会慢跑的AMD,还是另有杀招的AMD?终于,在AMD下一代产品开发会议上,我们看到了AMD公布的全新一代显卡的发展方向,并且在通用计算上大幅度加强。显然,AMD在慢跑的时候也没有闲着,依旧在修炼内功。虽然我们不知道AMD新产品的具体情况如何,但可以预见的是,AMD选择这个时间大幅更新架构,是颇具考虑的。目前也正是通用计算市场逐渐成熟,可以下山“摘桃子”的时机,同时AMD自身的融合APU也对这方面提出了要求。这难道是AMD的又一次杀招?我们只有拭目以待了。
总体而言,AMD这种缓慢试水、慢速转换产品架构的方法,相对比较稳妥,可操作性更佳。Radeon HD 6000系列就是在这种思路下产生的典型产品。虽然Radeon HD 6000系列在架构上没有完全保持一致,但通过这种更细分的设计,迎合了不同的用户的需求,成本也得到了控制。这使得Radeon HD 6000系列终具备了不错的性能和相当有优势的性价比,获得了大部分用户的认可。但这种治标的手段,仅可以暂时缓解AMD在GPU市场上的表现,对AMD GPU产品未来的发展却不够利好,因为利润为肥厚的通用计算产品已经被NVIDIA牢牢占据。不过,从近AMD的发展来看,AMD也并没有闲着,依旧在进行架构转换和通用计算方面的重大改革。不过这次改革是否能够一鸣惊人,不再重复Radeon HD 2000时代的“杯具”呢?AMD依旧背负着较大的压力。毕竟AMD的老对手也不是吃素的,耕耘了多年通用计算市场的NVIDIA,会拱手将市场让出吗?