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AMD Vega é o nome da arquitetura gráfica mais avançada da AMD; é a evolução mais recente da GCN, sua arquitetura de GPU que nos acompanha desde 2011. Essa evolução da GCN é a mais ambiciosa da AMD até hoje.

Deseja saber mais sobre as placas gráficas AMD VEGA e todos os seus recursos? Neste post, revisamos todas as chaves da arquitetura GCN e todos os segredos que a Vega oculta.

Índice de conteúdo

O nascimento da arquitetura GCN e sua evolução até chegar ao Vega

Para entender a história da AMD no mercado de placas gráficas, precisamos voltar a 2006, quando a empresa Sunnyvale assumiu a ATI, a segunda maior fabricante de placas gráficas do mundo, e que atua há anos. Lute com a Nvidia, líder da indústria. A AMD comprou toda a tecnologia e propriedade intelectual da ATI em uma transação no valor de US $ 4, 3 bilhões em dinheiro e US $ 58 milhões em ações, totalizando US $ 5, 4 bilhões, concluindo a ação em 25 de outubro de 2006.

Naquela época, a ATI estava desenvolvendo qual seria sua primeira arquitetura de GPU com base no uso de shaders unificados. Até então, todas as placas gráficas continham diferentes shaders para processamento de vértice e sombreamento. Com a chegada do DirectX 10, os shaders unificados foram suportados, o que significa que todos os shaders em uma GPU podem trabalhar com vértices e tons indiferentemente.

TeraScale foi a arquitetura que a ATI estava projetando com suporte para shaders unificados. O primeiro produto comercial a fazer uso dessa arquitetura foi o console de vídeo do Xbox 360, cuja GPU, chamada Xenos, havia sido desenvolvida pela AMD e era muito mais avançada do que era possível montar em PCs da época. No mundo dos PCs, a TereaScale deu vida às placas gráficas das séries Radeon HD 2000, 3000, 4000, 5000 e 6000. Todos eles estavam fazendo pequenas melhorias continuamente para melhorar suas capacidades à medida que progrediam nos processos de fabricação, de 90 a 40 nm.

Os anos se passaram e a arquitetura TeraScale estava ficando desatualizada em comparação com a Nvidia. O desempenho do TeraScale em videogames ainda era muito bom, mas tinha um grande ponto fraco em comparação com a Nvidia, pois era uma baixa capacidade de computação usando GPGPU. A AMD entendeu que precisava projetar uma nova arquitetura gráfica, capaz de lutar com a Nvidia tanto em jogos quanto em computação, uma seção que era cada vez mais importante.

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GCN é a arquitetura gráfica projetada pela AMD desde o início para suceder ao TeraScale da ATI

Graphics Core Next é o nome dado à primeira arquitetura gráfica projetada 100% pela AMD, embora logicamente tudo o que foi herdado da ATI tenha sido essencial para tornar possível seu desenvolvimento. Graphics Core Next é muito mais que uma arquitetura, esse conceito representa o nome de código para uma série de microarquiteturas gráficas e um conjunto de instruções. O primeiro produto baseado em GCN chegou ao final de 2011, a Radeon HD 7970, que deu bons resultados a todos os seus usuários.

GCN é uma microarquitetura RISC SIMD que contrasta com a arquitetura VLIW SIMD TeraScale. A GCN tem a desvantagem de exigir muito mais transistores que o TeraScale, mas, em troca, oferece recursos muito maiores para o cálculo da GPGPU, simplifica o compilador e utiliza melhor os recursos. Tudo isso faz da GCN uma arquitetura claramente superior à TeraScale e muito melhor preparada para se adaptar às novas demandas do mercado. O primeiro núcleo gráfico baseado em GCN foi o Tahiti, que deu vida à Radeon HD 7970. O Tahiti foi construído usando um processo de 28nm, representando um enorme salto em eficiência energética em comparação com 40nm para o mais recente núcleo gráfico baseado em TeraScale, a GPU Cayman da Radeon HD 6970.

Posteriormente, a arquitetura GCN evoluiu ligeiramente ao longo de várias gerações das placas gráficas das séries Radeon HD 7000, HD 8000, R 200, R 300, RX 400, RX 500 e RX Vega. A Radeon RX 400s deu início a um processo de fabricação de 14nm, permitindo à GCN dar um novo salto na eficiência energética. A arquitetura GCN também é usada no núcleo gráfico da APU do PlayStation 4 e Xbox One, os atuais consoles de videogame da Sony e da Microsoft que oferecem desempenho excepcional por seu preço.

A arquitetura GCN é organizada internamente no que chamamos de unidades computacionais (CU), que são as unidades funcionais básicas dessa arquitetura. A AMD projeta GPUs com um número maior ou menor de unidades de computação para criar suas diferentes faixas de placas gráficas. Por sua vez, é possível desativar as unidades de computação em cada uma dessas GPUs para criar diferentes faixas de placas gráficas com base no mesmo chip. Isso nos permite tirar proveito do silício que saiu do processo de fabricação com problemas em algumas unidades de computação, algo que vem sendo feito na indústria há muitos anos. A GPU Vega 64 possui 64 unidades de computação internas e é a GPU mais poderosa fabricada pela AMD até o momento.

Cada unidade de computação combina 64 processadores ou shaders de sombreamento com 4 TMUs internas. A unidade de computação é separada, mas é alimentada pelas, ROPs (Processing Output Units). Cada unidade de computação consiste em uma UC do agendador, uma unidade de filial e mensagem, 4 unidades vetoriais SIMD, 4 arquivos VKPR de 64KiB, 1 unidade escalar, um arquivo GPR de 4 KiB, uma cota de dados local de 64 KiB, 4 unidades de filtro de textura, 16 unidades de carga / armazenamento de recuperação de textura e um cache L1 de 16 kB.

AMD Vega é a evolução mais ambiciosa da GCN

As diferenças entre as diferentes gerações da arquitetura GCN são mínimas e não diferem muito uma da outra. Uma exceção é a arquitetura GCN de quinta geração, chamada Vega, que modificou bastante os shaders para melhorar o desempenho por ciclo de clock. A AMD começou a liberar detalhes do AMD Vega em janeiro de 2017, causando grandes expectativas desde os primeiros momentos. O AMD Vega aumenta as instruções por relógio, atinge velocidades de clock mais altas, oferece suporte à memória HBM2 e um espaço de endereço de memória maior. Todos esses recursos permitem melhorar significativamente o desempenho em relação às gerações anteriores, pelo menos no papel.

As melhorias arquitetônicas também incluem novos programadores de hardware, um novo acelerador de descarte primitivo, um novo driver de vídeo e um UVD atualizado que pode decodificar HEVC em resoluções de 4K a 60 i quadros por segundo em qualidade de 10 bits por canal de cores..

As unidades de computação são fortemente modificadas

A equipe de desenvolvimento do AMD Vega, liderada por Raja Koduri, modificou o plano fundamental da unidade de cálculo para atingir metas de frequência muito mais agressivas. Em arquiteturas GCN anteriores, a presença de conexões de um determinado comprimento era aceitável porque os sinais podiam percorrer toda a distância em um único ciclo de clock. Alguns desses comprimentos de tubulações tiveram que ser reduzidos com o Vega, para que os sinais pudessem atravessá-los no período de ciclos de clock, que são muito mais curtos no Vega. As unidades de computação da AMD Vega ficaram conhecidas como NCU, que podem ser traduzidas como uma unidade de computação de nova geração. À redução dos comprimentos de pipeline do AMD Vega foram adicionadas modificações na lógica de busca e decodificação de instruções, que foram reconstruídas para atender aos objetivos de menores tempos de execução nessa geração de placas gráficas.

No caminho dos dados de descompactação de textura de cache L1, a equipe de desenvolvimento adicionou mais etapas ao pipeline para reduzir a quantidade de trabalho realizado em cada ciclo de clock para atender aos objetivos de aumentar a frequência operacional. A adição de estágios é um meio comum de melhorar a tolerância de frequência de um projeto.

Matemática Rápida de Pacotes

Outra novidade importante do AMD Vega é que ele suporta o processamento simultâneo de duas operações com menos precisão (FP16) em vez de uma única com maior precisão (FP32). Essa é a tecnologia chamada Rapid Packet Math. O Rapid Packet Math é um dos recursos mais avançados do AMD Vega e não está presente nas versões anteriores da GCN. Essa tecnologia permite um uso mais eficiente da capacidade de processamento da GPU, o que melhora seu desempenho. O PlayStation 4 Pro é o dispositivo que mais se beneficiou do Rapid Packet Math e o fez com um de seus principais jogos, Horizon Zero Dawn.

O Horizon Zero Dawn é uma excelente amostra do que o Rapid Packet Math pode trazer. Este jogo usa essa tecnologia avançada para processar tudo relacionado à grama, economizando recursos que podem ser usados ​​pelos desenvolvedores para melhorar a qualidade gráfica de outros elementos do jogo. O Horizon Zero Dawn foi impactado desde o primeiro momento por sua impressionante qualidade gráfica, a ponto de ser impressionante que um console de apenas 400 euros possa oferecer uma seção tão artística. Infelizmente, o Rapid Packet Math ainda não foi usado em jogos para PC, grande parte da culpa por ser um recurso exclusivo da Vega, pois os desenvolvedores não querem investir recursos em algo que poucos usuários possam tirar proveito..

Shaders primitivos

O AMD Vega também adiciona suporte à nova tecnologia Primitive Shaders, que fornece processamento de geometria mais flexível e substitui os vértices e shaders de geometria em um tubo de renderização. A idéia dessa tecnologia é eliminar os vértices não visíveis da cena para que a GPU não precise calculá-los, reduzindo assim o nível de carga na placa de vídeo e melhorando o desempenho do videogame. Infelizmente, essa é uma tecnologia que exige muito trabalho por parte dos desenvolvedores para tirar proveito dela e encontra uma situação muito semelhante à do Rapid Packet Math.

A AMD tinha a intenção de implementar os Primitive Shaders no nível do driver, o que permitiria que essa tecnologia funcionasse magicamente e sem que os desenvolvedores tivessem que fazer nada. Isso parecia algo muito bom, mas finalmente não foi possível devido à impossibilidade de implementá-lo no DirectX 12 e no restante das APIs atuais. Os Primitive Shaders ainda estão disponíveis, mas devem ser os desenvolvedores que investem recursos para sua implementação.

ACE e sombreadores assíncronos

Se falamos sobre a AMD e sua arquitetura GCN, temos que falar sobre sombreadores assíncronos, um termo falado há muito tempo, mas sobre o qual quase nada é mais dito. Os sombreadores assíncronos se referem à computação assíncrona, é uma tecnologia que a AMD criou para reduzir a deficiência sofrida por suas placas gráficas com geometria.

As placas gráficas AMD baseadas na arquitetura GCN incluem ACEs (Asynchronous Compute Engine), essas unidades consistem em um mecanismo de hardware dedicado à computação assíncrona, é um hardware que ocupa espaço no chip e consome energia para que A implementação não é um capricho, mas uma necessidade. A razão da existência de ACEs é a baixa eficiência do GCN no momento da distribuição da carga de trabalho entre as diferentes unidades de computação e os núcleos que as formam, o que significa que muitos núcleos estão sem trabalho e, portanto, desperdiçados, embora continuem consumir energia. Os ACE são responsáveis ​​por dar trabalho a esses núcleos que permaneceram desempregados para que possam ser usados.

A geometria foi aprimorada na arquitetura AMD Vega, embora ainda esteja muito atrás da arquitetura Pascal da Nvidia a esse respeito. A baixa eficiência da GCN com a geometria é uma das razões pelas quais os chips maiores da AMD não produzem o resultado esperado, pois a arquitetura GCN se torna mais ineficiente com a geometria à medida que o chip aumenta. e incluir um número maior de unidades de computação. Melhorar a geometria é uma das principais tarefas da AMD com suas novas arquiteturas gráficas.

Memória HBCC e HBM2

A arquitetura AMD Vega também inclui um HBCC (High Bandwidth Cache Controller), que não está presente nos núcleos gráficos das APUs Raven Ridge. Este controlador HBCC permite um uso mais eficiente da memória HBM2 das placas gráficas baseadas em Vega. Além disso, permite que a GPU acesse a RAM DDR4 do sistema se a memória do HBM2 acabar. O HBCC permite que esse acesso seja feito com muito mais rapidez e eficiência, resultando em menos perda de desempenho em comparação com as gerações anteriores.

HBM2 é a tecnologia de memória mais avançada para placas gráficas, é a segunda geração de memória empilhada de alta largura de banda. A tecnologia HBM2 empilha diferentes chips de memória uns sobre os outros para criar um pacote de densidade extremamente alta. Esses chips empilhados se comunicam através de um barramento de interconexão, cuja interface pode atingir 4.096 bits.

Essas características fazem com que a memória HBM2 ofereça uma largura de banda muito maior do que é possível com as memórias GDDR, além de fazê-lo com uma tensão e um consumo de energia muito mais baixos. Outra vantagem das memórias HBM2 é que elas são colocadas muito próximas à GPU, o que economiza espaço no PCB da placa gráfica e simplifica seu design.

A parte ruim das memórias HBM2 é que elas são muito mais caras que os GDDRs e muito mais difíceis de usar. Essas memórias se comunicam com a GPU através de um interposer, um elemento bastante caro de fabricar e que torna o preço final da placa gráfica mais caro. Como consequência, as placas gráficas baseadas em memória HBM2 são muito mais caras de fabricar do que as placas gráficas baseadas em memória GDDR.

Esse alto preço da memória HBM2 e sua implementação, além de um desempenho inferior ao esperado, foram as principais causas da falha da AMD Vega no mercado de jogos. O AMD Vega não conseguiu superar a GeForce GTX 1080 Ti, uma placa baseada na arquitetura Pascal quase dois anos mais antiga.

Placas gráficas atuais baseadas no AMD Vega

As placas gráficas atuais da AMD sob a arquitetura Vega são o Radeon RX Vega 56 e o ​​Radeon RX Vega 64. A tabela a seguir lista todos os recursos mais importantes dessas novas placas gráficas.

Placas gráficas AMD Vega atuais
Placa gráfica	Unidades de computação / Shaders	Frequência base / Turbo Clock	Quantidade de memória	Interface de memória	Tipo de memória	Largura de banda da memória	TDP
AMD Radeon RX Vega 56	56 / 3.584	1156/1471 MHz	8 GB	2.048 bits	HBM2	410 GB / s	210W
AMD Radeon RX Vega 64	64 / 4.096	1247/1546 MHz	8 GB	2.048 bits	HBM2	483, 8 GB / s	295W

A AMD Radeon RX Vega 64 é a placa de vídeo mais poderosa da AMD atualmente para o mercado de jogos. Este cartão é baseado no silício Vega 10, composto por 64 unidades de computação que se traduzem em 4.096 shaders, 256 TMUs e 64 ROPs. Esse núcleo gráfico é capaz de trabalhar com uma freqüência de clock de até 1546 MHz com um TDP de 295W.

O núcleo gráfico é acompanhado por duas pilhas de memória HBM2, que totalizam até 8 GB com uma interface de 4.096 bits e uma largura de banda de 483, 8 GB / s. É uma placa de vídeo com um núcleo muito grande, o maior já feito pela AMD, mas que não é capaz de funcionar no nível do núcleo da GeForce GTX 1080 Ti Pascal GP102, além de consumir mais energia e produzir muito mais calor. Essa incapacidade da AMD de lutar com a Nvidia parece deixar claro que a arquitetura da GCN precisa de uma evolução muito maior para acompanhar as placas gráficas da Nvidia.

O futuro da AMD Vega passa por 7nm

A AMD dará nova vida à sua arquitetura AMD Vega com a mudança para um processo de fabricação de 7 nm, o que deve significar uma melhoria significativa na eficiência energética em relação aos projetos atuais de 14 nm. Por enquanto, o AMD Vega a 7 nm não chegará ao mercado de jogos, mas se concentrará no setor de inteligência artificial, que movimenta grandes quantias de dinheiro. Detalhes concretos sobre o AMD Vega a 7 nm ainda não são conhecidos, a melhoria na eficiência energética pode ser usada para manter o desempenho das placas atuais, mas com um consumo de energia muito menor, ou para tornar as novas placas muito mais poderosas com o mesmo consumo que os atuais.

As primeiras placas a usar o AMD Vega a 7 nm serão o Radeon Instinct. O Vega 20 é o primeiro GPU AMD fabricado a 7 nm, é um núcleo gráfico que oferece o dobro da densidade de transistores em comparação com o atual silicone Vega 10. O tamanho do chip Vega 20 é de aproximadamente 360 ​​mm2, o que representa uma redução superfície de 70% em comparação com o Vega 10, com um tamanho de 510mm2. Essa inovação permite à AMD oferecer um novo núcleo gráfico com velocidade de clock 20% mais rápida e uma melhoria de eficiência energética de aproximadamente 40%. O Vega 20 tem um poder de 20, 9 TFLOPs, tornando-o o núcleo gráfico mais poderoso anunciado até o momento, ainda mais do que o núcleo Volta V100 da Nvidia oferecendo 15, 7 TFLOPs, embora este seja fabricado a 12nm, o que coloca a AMD em uma clara vantagem nesse sentido.

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