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AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

2 : Rencontre avec la Radeon R9 Fury X 3 : Protocole de test 4 : Battlefield 4, Far Cry 4 et Grand Theft Auto V 5 : Metro: Last Light, Middle-earth et The Witcher 3 6 : Thief et Tomb Raider 7 : Consommation 8 : Température, fréquences et nuisances sonores 9 : Conclusion

Introduction

La dernière carte graphique haut de gamme d’AMD a fait son apparition sur le marché il y a plus d’un an maintenant. La Radeon R9 295X2 a montré qu’il était possible de placer deux GPU Hawaii sur une seule et même carte, tout en assurant un refroidissement efficace et relativement silencieux de l’ensemble, au contraire des précédentes Radeon HD 6990 et 7990.

Pour réussir ce tour de force, AMD a utilisé un système de refroidissement liquide. Un grand radiateur et un ventilateur de 120 mm se chargent  d’évacuer la chaleur à l’extérieur du boîtier. Cette solution ne fait pas beaucoup de bruit, et permet même à AMD de bénéficier d’une petite marge de manœuvre pour overclocker les GPU au delà des fréquences de fonctionnement de la Radeon R9 290X.

De plus, cette carte a fait son apparition sur le marché à un tarif de 1500 dollars – la moitié du prix demandé par NVIDIA pour une malheureuse GeForce GTX Titan Z, une carte qui occupe trois slots et dont le système de refroidissement à air a obligé à revoir à la baisse les fréquences des deux GPU.

Nous avons bien entendu apprécié ce qu’AMD avait accompli avec sa Radeon R9 295X2, mais peu à peu, et avec l’arrivée de nouvelles cartes mono-GPU toujours plus rapides chez NVIDIA, cette carte est devenue le symbole de la dépendance d’AMD envers la force brute plutôt qu’envers l’efficacité énergétique pour concurrencer NVIDIA. Pendant ce temps, le prix de cette carte dual-GPU glissait lentement vers les 600 dollars – une affaire pour quiconque se moque de sa taille et des soucis que peut parfois poser le support du CrossFire.

AMD ressuscite une icône du passé

La Radeon R9 Fury X est née du même ADN, avec l’architecture Graphics Core Next en son cœur et du watercooling pour dissiper la chaleur produite par l’imposant GPU Fiji. Cependant, il s’agit d’une carte mono-GPU avec un PCB pas particulièrement long. Fury X est en outre la première carte graphique d’AMD à embarquer de la mémoire HBM, les 4 Go de mémoire étant empilés et placés juste à côté du GPU Fiji, réduisant d’autant les dimensions du PCB.

Image 1 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

Ce qu’on nous a promis, bien sur, c’est que la puissance de ce nouveau GPU associé à une bande passante mémoire sans précédent surpasserait la GeForce GTX 980 Ti de NVIDIA (à un tarif équivalent de 650 dollars, ou 760 euros).

AMD ne laisse pas au hasard le sort de cette carte graphique. Le service marketing de la société a repris une marque du passé – une plus ancienne encore que Tom’s Hardware. Rage vient du temps des premiers accélérateurs 3D d’ATI, en 1995 : certains d’entre vous se souviennent surement des Rage Pro, Rage 128 Pro et Rage Fury MAXX.

Fiji prend forme

Avec son GPU Fiji, la Radeon R9 Fury X est-elle vraiment digne de reprendre cette marque ? AMD et NVIDIA savaient tous deux que la gravure en 28 nm allait être utilisée pendant de nombreux mois encore, il n’est donc pas surprenant que Fiji utilise toujours cette finesse de gravure. Avec une surface de 596 mm², ce GPU est presque aussi grand que le GM200 et ses 601 mm². AMD a intégré 8,9 milliards de transistors sur cette surface, puis placé le die sur une surface en silicium de 1011 mm², entouré par quatre die de mémoire HBM.

Image 2 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

Un coup d’œil rapide au diagramme technique de Fiji rappelle l’architecture Hawaii lancée en 2013. On retrouve en effet dans les deux cas quatre Shader Engines, chacun avec son unité de traitement géométrique et rasterizer, plus quatre moteurs de rendu capables chacun de sortir 16 pixels par cycle d’horloge. AMD a en revanche augmenté le nombre de Compute Units par Shader Engine, passant de 11 à 16. Avec 64 shaders par Compute Unit, on arrive à 1024 unité de calcul par Shader Engine, soit un total de 4096 shaders par GPU. AMD a en outre conservé 16 unités de texturing par Compute Unit, soit 256 en tout, contre 176 « seulement » pour Hawaii.

De toute évidence, avec Fiji, AMD a revu à la hausse la puissance théorique de calcul et de filtrage de textures. Mais en gardant le même nombre d’unités de traitement géométrique et de ROPs, ne faut-il pas craindre un goulot d’étranglement ? Cela dépend en fait de la charge de travail. Avec Hawaii, AMD avait amélioré le débit géométrique brut grâce à ses quatre Shader Engine. Le constructeur allait jusqu’à expliquer que la bande passante mémoire, malgré une largeur de bus de 512-bit, était le goulot d’étranglement du GPU. Aujourd’hui, AMD affirme que les opérations de rastérisation 8-bit-par-canal sont rarement un goulot d’étranglement. Les opérations 16-bit-par-canal sont en revanche plus problématiques, mais la combinaison de la HBM et de la compression de couleurs permet à Fiji de réaliser ce type d’opérations.

Image 3 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

Ce qui n’apparait pas sur le diagramme technique, ce sont les améliorations apportées à l’architecture Graphics Core Next d’AMD, certaines d’entre elles étant justement là pour éliminer ces goulots d’étranglement potentiels. Hawaii utilise la deuxième version de GCN, Fiji hérite quant à lui de la troisième version de cette architecture. Les processeurs de géométrie ont été améliorés, augmentant les performances de tesselation. Fiji bénéficie également d’une compression de couleurs sans perte pour les tampons en lecture/écriture, de nouvelles instructions dédiées aux entiers et flottants 16-bit ainsi que d’une quantité de cache L2 doublée, atteignant 2 Mo. Le moteur de décodage vidéo, capable de décoder un flux HEVC, a lui aussi été mis à jour.

Côté puissance de calcul, Fiji bénéficie d’un meilleur planificateur de tâches et de nouvelles instructions de traitement parallèle. Avec ses 4096 shaders et sa fréquence maximale de 1050 MHz, Fiji affiche une puissance de calcul de 8,6 TFLOPs en simple précision. En double précision toutefois, la puissance obtenue en FP64 chute à 537,6 MFLOPs (soit moins que Hawaii). Comme le GM200, Fiji est donc conçu pour jouer plutôt que pour calculer.

La mémoire HBM

Là où AMD frappe fort, c’est sur l’utilisation de la mémoire HBM (High Bandwidth Memory) : la bande passante mémoire passe de 320 Go/s sur la Radeon R9 290X à 512 Go/s sur la Fury X. Les principaux détails sont déjà connus, mais cette énorme bande passante est atteinte en empilant les dies verticalement. Chaque die de mémoire DRAM ayant une paire de canaux 128-bit, on atteint 1024-bit en en empilant quatre.

Image 4 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

La première génération de HBM fonctionne à une fréquence plutôt raisonnable de 500 MHz, avec deux bits transférés par cycle d’horloge. A titre de comparaison, la mémoire GDDR5 culmine actuellement à une fréquence de 1750 MHz avec quatre bits transférés par cycle. Mais si l’on tient compte de la largeur du bus, on arrive à 128 Go/s par « empilement  de quatre dies » de HBM, contre seulement 28 Go/s pour une puce de mémoire GDDR5 32-bit. Une carte comme la GeForce GTX 980 Ti utilise six contrôleurs mémoire 64-bit, soit une bande passante totale de 336 Go/s. De son côté, la Radeon R9 Fury X embarque quatre puces HBM, soit une bande passante de 512 Go/s.

Image 5 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?Image 6 : AMD Radeon R9 Fury X : que valent Fiji et la mémoire HBM ?

Ce n’est pas souvent que l’on a affaire à un bond de 60% des caractéristiques techniques, ou à un écart de 50% entre deux concurrents. Il ne fait aucun doute que la HBM joue un rôle important dans les performances de la Radeon R9 Fury X. Nous savons également qu’il s’agit pour AMD d’un premier essai associant son GPU Fiji et la mémoire HBM, et il est logique d’espérer une hausse des performances dans le temps, au fur et à mesure que les pilotes seront optimisés et améliorés. C’est d’ailleurs également ce qu’espère le constructeur, qui envisage de libérer progressivement toute la puissance de cette architecture.

Il existe en revanche quelques incertitudes à long terme quant à la quantité de mémoire embarquée : il est facile d’avoir peur que les 4 Go de HBM se montrent insuffisants face aux 6 Go des GeForce GTX 980 Ti et aux 12 Go des GeForce GTX Titan X. Nos différents tests en 4K n’ont toutefois pas montré de gros problèmes avec la Radeon R9 Fury X. Bien sur, nous avons pu pousser certains réglages dans Grand Theft Auto V afin de dépasser les 4 Go de mémoire utilisée, avec une fréquence d’images s’écroulant alors sous les 10 FPS, mais le jeu était de toute façon injouable.

AMD se retrouve dans une situation un peu étrange, avec des Radeon R9 390 et 390X équipées de 8 Go là où son modèle le plus puissant se contente de 4 Go de mémoire. Nous ne pensons toutefois pas que ceci soit un handicap, étant donné que les résolutions et réglages nécessaires pour dépasser les 4 Go de mémoire utilisés mettront de toute façon à genoux un GPU Fiji. Et puis, AMD a expliqué qu’il restait encore pas mal de marge de manœuvre pour améliorer la gestion de la mémoire…

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Rencontre avec la Radeon R9 Fury X
  3. Protocole de test
  4. Battlefield 4, Far Cry 4 et Grand Theft Auto V
  5. Metro: Last Light, Middle-earth et The Witcher 3
  6. Thief et Tomb Raider
  7. Consommation
  8. Température, fréquences et nuisances sonores
  9. Conclusion