AMD Polaris, l'étoile qui guidera les Radeon vers le salut ?

Quand AMD introduisit son architecture GCN à la fin 2011, la Radeon HD 7970 bataillait contre la GeForce GTX 580 de Nvidia, elle-même basée sur une architecture Fermi. Depuis, Kepler et Maxwell ont succédé à Fermi, améliorant la performance par watt de manière drastique.

Et pourtant, les GPU d’AMD sont toujours compétitifs sur le plan des performances pures. Les Radeon R9 Fury X font même mieux que leurs ennemies jurées, les GeForce GTX 980 Ti, dans la plupart des jeux en 3840 x 2160 pixels.

Mais le dernier lancement d’AMD est celui des Radeon R9 380X en novembre dernier, un énième GPU renommé, et la marque sait qu’elle doit renouveler ses gammes avec autre chose que de vieilles puces vendues à des prix sacrifiés. Tous ses espoirs se portent sur l’architecture Polaris – architecture qui ne désigne plus seulement le GPU, mais tout le System-on-a-Chip avec ses sous-systèmes.

Polaris (l'étoile polaire en anglais) ne sera disponible qu’à la mi 2016 et c’est peu dire qu’elle est très attendue. Le casque Oculus Rift devrait sortir en avril et exigera au minimum une Radeon R9 290 pour fonctionner, ce qui ne laisse qu’une poignée de cartes AMD (ou Nvidia) sur la table. N’importe quelle carte graphique capable de délivrer de meilleures performances ou les mêmes performances pour un prix inférieur est assurée d’attirer l’attention. Une version haut de gamme de Polaris devrait être capable de l’un et l’autre, tout en poussant la performance par watt d’AMD à un niveau jamais atteint.

Polaris apportera également des améliorations nécessaires au chapitre vidéo comme l’addition du HDMI 2.0 et du DisplayPort 1.3 ou encore un support préliminaire du HDR pour les jeux ou les futurs films.

AMD a par ailleurs relancé son initiative Boltzmann à destination du monde HPC et a également rendue public son nouveau projet GPUOpen, visant à faciliter l’accès à des outils, des bibliothèques de programmation et d’effets tous open source.

Un premier coup d’œil à l’intérieur Polaris

Aujourd’hui, nous pouvons jeter un premier regard à l’architecture Polaris. Sa caractéristique principale est peut-être qu’il s’agit d’une évolution de l’architecture GCN, connue sous le nom GCN 4e gen ou GCN 1.3.

En lisant cela, ceux qui espéraient une refonte totale pour résoudre une fois pour toutes les problèmes de surconsommation des cartes actuelles ont sans doute poussé un soupir de désespoir. Mais qu’ils n’abandonnent pas tout de suite la lecture : Polaris contient un bon nombre de modifications visant justement à améliorer le rendement pour qu’AMD revienne dans la course à la performance par watt.

AMD ne nous a pas encore présenté tous les détails, toutefois elle a souligné que les éléments suivants avaient été retravaillés: un nouvel accélérateur de sélection des primitives, un meilleur ordonnanceur matériel, un préchargement des instructions amélioré, des shaders plus efficaces et des techniques de compression mémoire.

Toutes ces modifications, plus le grand bond en avant fait dans la finesse de gravure des transistors, devraient produire la plus forte hausse de performance par watt de toute l’histoire de la société (ATI y compris) selon Raja Koduri, vice-président senior et architecte en chef.

AMD n’a pas dit beaucoup à propos du bloc multimédia mentionné dans le tableau ci-dessus, mais reconnaît que Polaris aura le nécessaire pour décoder matériellement le format H.265 (HEVC) en 4K jusqu’au profile Main 10. En clair, cela signifie que les flux encodés avec 8 bits ou 10 bits par couleur seront pris en charge – un prérequis essentiel au support de l’espace colorimétrique Rec. 2020. D’après ce que nous avons pu voir, Polaris ne gère pas les versions 2 et 3 du standard H.265, versions finalisées en 2014 et 2015 respectivement. L’encodage en H.265 devrait aussi être de la partie, jusqu’en 4K à 60 Hz, mais nous ne savons pas dans quelle mesure il sera réalisé par les shaders du GPU ou par un circuit dédié.

FinFET : comment mettre plus dans moins

S’il ne fait pas de doute que les architectes d’AMD auront joué un rôle dans les gains de rendement promis par Polaris, il est probable que le passage d’une gravure 28 nm 2D (TSMC) à une gravure 3D (FinFET) en 14 nm chez GlobalFoundries ou en 16 nm chez TSMC aura été encore plus bénéfique.

Si vous nous lisez régulièrement, le concept de transistors 3D vous est familier – nous l’avons rencontré pour la première fois en 2012, lorsque Intel a commencé à produire ses processeurs Ivy Bridge en 22 nm « Tri-Gate ». À l’époque, nous savions que les fondeurs concurrents avaient des années de retard sur Intel, mais aucun ne prévoyait de rester aussi longtemps coincé sur le 28 nm. Cette année AMD va récolter les énormes bénéfices permis par cette transition technologique : des transistors plus rapides et de structures plus homogènes, moins de courants de fuites et bien sûr la possibilité d’en mettre plus sur une surface identique.

Le graphique ci-dessus illustre les avantages de la gravure FinFET 14 nm ou 16 nm, par rapport à la gravure 28 nm 2D. L’axe des ordonnées représente sur une échelle logarithmique les courants de fuites, celui des abscisses, la vitesse des transistors. Chacun des deux nuages de points représente l’étendue des caractéristiques permises par chaque gravure : en bas à gauche, les transistors lents, mais à faible courant de fuites, en haut à droite les transistors rapides, mais à forte consommation. La position du nuage FinFET à droite du nuage 28 nm montre bien que, quelles que soit les fuites de courant tolérées, le FinFET permet un net gain de performance. Joe Macri d’AMD l’estime entre 20 et 35 %.

Remarquez également comme les deux nuages n’ont pas la même taille. Celui des FinFET est plus étroit, ce qui traduit une moins grande variation dans la qualité de fabrication. Ce phénomène est inhérent à la manière dont les transistors sont gravés. Plutôt que d’utiliser des transistors de différentes largeurs, ce qui est problématique quand la « largeur » est en fait la hauteur, ils sont tous créés d’un même mouvement et mis en parallèle.

Vous pouvez voir ci-dessus les courbes performance/puissance d’un produit donné, gravé soit en 14/16 nm FinFET soit en 28 nm 2D. Elles représentent de nouvelles opportunités pour AMD : des GPU desktop plus performants à consommation identique, des GPU aussi performants, mais adaptés à des boîtiers plus compacts, des PC portables fins et légers dotés d’un GPU dédié, etc.

Évidemment, Nvidia a accès à la même technologie et pourra profiter des mêmes gains, il faudra donc vérifier qui conserve l’avantage une fois que les produits seront dans nos mains d’ici six mois.

Polaris fonctionne déjà

Bien qu’il reste encore un semestre avant le lancement concret, AMD avait une surprise pour le public du sommet Radeon Technology Group qui s’est tenu en fin d’année à Sonoma (en Californie). Une surprise qui pourrait indique que la société a une petite longueur d’avance sur son concurrent : une première Radeon Polaris faisant tourner Star Wars Battlefront moins de deux mois après être sortie de l’usine.

Il ne s’agissait pas d’une bête de performance. AMD cherche plutôt à doter les PC portables fins, type Ultrabook, avec un GPU capable de lancer les jeux en 1920 x 1080 à 60 images par seconde – un exploit aujourd’hui inatteignable par les Radeon.

Dans la démonstration que nous avons vue, AMD comparait la consommation énergétique de deux machines, leur performance étant fixée à 60 images par seconde avec des graphismes en medium. La première plateforme utilisait un Core i7 4790K et une carte Polaris, l’autre, un CPU identique et une GeForce GTX 950. La première consommait en moyenne 86 W, la seconde, 140 W. Le TDP de la GTX 950 est de 90 W et nous l’avons mesurée consommant cette valeur. En retranchant 90 de 140, on obtient 50 W consommés par le système. Autrement dit, la carte Polaris ne demandait que 36 W environ.

Si tel était bien le cas, la Radeon Polaris consommait autant qu’une GeForce 940M, tout en offrant les performances d’une GeForce GTX 950. Elle pourrait potentiellement faire encore mieux, Raja Koduri nous ayant expliqué qu’une dizaine d’options de gestion de l’alimentation du GPU n’étaient pas encore activées.  

On ne nous a rien dit à propos du nombre d’unités de calcul, de leur fréquence ou de la mémoire embarquée. Mais nous avons vu qu’AMD utilisait encore de la GDDR5 pour cette carte et que le GPU en démonstration avait été fabriqué en 14 nm par GlobalFoundries.

Vue de loin, l'étoile Polaris brille

Tout ce que nous avons nous remplit d’un optimisme prudent. Il est logique pour AMD d’adopter une stratégie mobile-first, compte tenu des parts de marché qu’un GPU bien né et un lancement précoce pourraient regagner. Et même si AMD a choisi de baser sa démonstration sur un processeur conçu pour des formats fins et légers, espérant capter l’attention des OEM très tôt dans le développement de leurs produits, les porte-parole auxquels nous avons pu parler admettent qu’il y aura aussi une « grosse » version du GPU pour les passionnés, qui sera presque prête pour le lancement de l’architecture.

AMD a éludé nos questions sur la mémoire HBM, mais a réitéré son engagement pour cette technologie et a promis de partager des éléments de sa feuille de route prochainement.

Il reste beaucoup d’incertitudes et Nvidia met très certainement elle aussi la dernière main à une architecture gravée en FinFET. L’avenir nous dira si une puce GCN retouchée saura se maintenir au niveau des futures GeForce sur le plan des performances absolues et celui de la performance par watt. Mais il semble acquis que la prochaine génération de Radeon sera largement supérieure à l’actuelle.

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3 commentaires
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  • delphi_jb
    Haaa j'ai l'impression de revivre le bon vieux temps du duel nvidia/Ati avec des produits réellement concurrentiels.
    Nostalgie... ;)
    1
  • Lyto974
    Citation:
    Haaa j'ai l'impression de revivre le bon vieux temps du duel nvidia/Ati avec des produits réellement concurrentiels.
    Nostalgie... ;)

    +1 C'est cool, on va enfin avoir de la "vraie" nouveauté à se mettre sous la dent du côté des deux marques ;)
    0
  • Papounet17000
    Et pourtant, les GPU d’AMD sont toujours compétitifs sur le plan des performances.
    Comme les voiture.
    Si on a le choix entre deux véhicule de même performance, je ne vais pas prendre celle qui pompes 50 litres au 100 km.
    La différence entre Nvidia et les AMD, c'est la consommation trop energivore de ces dernières.
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