AMD Radeon HD serie 7900, la potenza di Southern Islands

AMD prosegue lo sviluppo e la diffusione di soluzioni grafiche DirectX 11, nonostante le attuali Radeon HD 6800 e HD 6900 siano state annunciate poco più di un anno fa. Tuttavia, si sa, il mercato delle GPU e delle schede grafiche è costantemente in fermento e un solo anno di distanza tra un'architettura e l'altra può essere un tempo molto lungo.
Per rinnovare la propria offerta destinata al segmento desktop, il produttore annuncia la nascita della nuova serie Radeon HD 7900, mantenendo un'uniformità  nella nomenclatura dei modelli e preannunciando la futura disponibilità  di prodotti per tutti i segmenti di mercato. Nello specifico, la presentazione non svela solamente i dettagli della piattaforma ma anticipa le caratteristiche della versione al vertice, Radeon HD 7970, derivata direttamente dal progetto "Southern Islands".
Con la famiglia HD 7900, AMD intende garantire, non solo maggiori prestazioni rispetto al passato, ma quello che si vuole trasmettere è il concetto di "potenza efficiente". I consumi e la gestione delle tensioni di funzionamento sono infatti punti focali che hanno guidato il produttore nelle fasi di progettazione della piattaforma. Parallelamente alla richiesta di prodotti efficienti, gli utenti richiedono capacità  di calcolo sempre superiori, per poter gestire videogiochi e applicazioni complesse e articolate.
Grazie al supporto DirectCompute, presente nei prodotti Radeon da diverse generazioni, AMD vuole perseguire il trend dell'elaborazione parallela grazie all'elevata potenza delle proprie GPU. In questo modo, operazioni molto stressanti, come la codifica, la decodifica A/V, la compressione e decompressione risulteranno nettamente più veloci e fluide, rispetto al solo utilizzo della CPU principale.  
Attualmente viene presentata la variante "Tahiti", nome in codice che indica la potente HD 7970 per Enthusiast Gamer, ma ben presto verranno rese disponibili le varianti "Pitcairn" e "Cape Verde" per le restati fasce d'utenza.

[tit:Graphics Core Next]Con HD 7970 e tutta la serie 7900, AMD introduce un'architettura di nuova concezione e che riprende, solo in parte quanto già  visto in precedenza.
La struttura prevede la disponibilità  di due Geometry Engines, che incorporano le unità  di tassellazione di ultima generazione. Per quanto riguarda Tahiti, possiamo notare che la parte principale della struttura è costituita dalle 32 Compute Unit, contenenti ciascuna 64 Stream Processor.
Lo schema riassume la struttura interna del chip Tahiti.Lo schema costruttivo di queste unità  è stato al centro dello sviluppo operato dal produttore e differisce notevolmente dalle architettura VLIW-5 e VLIW-4 che caratterizzano le GPU HD 6800 e 6900.
Internamente è prevista la disponibilità  di quattro moduli SIMD, abbinati a uno scheduler condiviso. Ciascun blocco SIMD è affiancato da 64 KByte di memoria Vector Register, mentre è disponibile un blocco di memoria Local Data Share di pari dimensioni per ogni Compute Unit. Completa la dotazione di RAM la sezione da 4 KByte per la Scalar Unit. Si tratta di un'architettura che punta decisamente sul parallelismo dei task, capace di eseguire contemporaneamente differenti istruzioni in modo  efficiente.  
Per velocizzare le operazioni di lettura e scrittura dei dati in transito, sono state integrate differenti tipologie di cache, situate su differenti livelli. Come buffer di primo livello condiviso tra 4 Compute Unit sono disponibili 16 KByte per le istruzioni e 32 KByte per i dati. Nel caso della HD 7970 si contano un totale di 128 KByte per le istruzioni e 256 KByte per i dati. Questo chip può inoltre contare su una cache di secondo livello, pari a 768 KByte, messa in comunicazione con le diverse Compute Unit per lo scambio dei dati e connessa direttamente con il controller di memoria a 384 bit.
Oltre a una maggiore flessibilità  e a una più semplice possibilità  di gestione e debug della piattaforma, la nuova architettura offre prestazioni di tassellazione fino al 2,5 volte superiori rispetto alla generazione HD 69xx. La scheda è inoltre predisposta per supportare le texture residenti PRT (Partially Resident Textures) e offre una maggiore qualità  grafica grazie al rinnovato algoritmo per l'applicazione del filtro anisotropico. 

[tit:AMD Radeon HD 7970]Con la nuova serie HD 7900, AMD introduce un nuovo concetto costruttivo e una nuova piattaforma. Questa architettura si basa su un processo costruttivo a 28 nm (TSMC), per la prima volta impiegato nelle strutture GPU, costruite a 40 nm dal 2009 sino ad oggi.
La disponibilità  di una nuova tecnologia produttiva permette di ottenere frequenze operative sensibilmente più alte rispetto alla precedente generazione. Il core clock standard è infatti di 925 MHz, anche se AMD ha lasciato intendere che saranno disponibili versioni overclockate di fabbrica, con frequenze che potranno raggiungere senza problemi la barriera dei 1.000 MHz.
Non solo, la complessità  della nuova piattaforma si può intravedere anche dal numero di transistor integrati, superiore ai 4,3 miliardi, con un incremento di oltre il 60% rispetto al top di gamma precedente. Nel dettaglio, la nuova architettura Graphics Core Next della Radeon HD 7970 prevede la disponibilità  di  2.048 Stream Processor, disposti secondo 32 Compute Unit da 64 core ciascuno.
AMD Radeon HD 7970 a confronto con le schede HD 69xx della precedente generazione. Da notare l'incremento del 50% per quanto riguarda l'ampiezza di bus e la massima banda disponibile, rispetto ad HD 6970 (che costituisce il riferimento single GPU).Come possiamo notare si tratta di un notevole "balzo" in avanti, in termini di potenza di elaborazione, con un incremento del 33% rispetto alla precedente scheda di fascia alta Radeon HD 6970. Solo la versione HD 6990 può contare su un maggior numero di Shader, ma dobbiamo considerare che si tratta di una variante che incorpora due GPU "Antilles".
In questo caso le unità  ROPs per singola GPU rimangono invariate rispetto alla generazione HD 6900, mentre le Texture Mapping Unit disponibili risultano il 33% in più rispetto al passato.
Discorso a parte vale per il comparto memorie. Se da un lato vengono utilizzati i veloci moduli GDDR5 con una frequenza di 5,5 GHz, del tutto simili alla HD 6970, questa volta il bus impiegato risulta analogo a quello di alcune soluzioni Nvidia (GTX 580 e 590), con un'ampiezza di 384 bit. Questo si traduce in un netto incremento della massima banda disponibile, rispetto alle soluzioni HD 5800/6800/6900, che invece dispongono di bus a 256 bit. Si passa dunque da una bandwidth di 176 GBps per HD 6970 a 264 GBps per la neonata Radeon HD 7970. 

[tit:Funzionalità  avanzate]La serie HD 7900, di cui AMD ha annunciato la capostipite HD 7970 si caratterizza per la disponibilità  di numerose funzioni in grado di assicurare un uso esteso e completo. L'ottima flessibilità  del sistema multi-monitor AMD Eyefinity è stata ulteriormente migliorata con l'evoluzione allo piattaforma di seconda generazione. Eyefinity 2.0 si rinnova e consente di collegare sino a sei monitor, abbinando Hub dedicati per la suddivisione del segnale digitale, tramite mini Display Port. Per semplificare la connessione di infrastrutture con molti monitor, AMD propone una reference board con DVI, HDMI e due miniDP, ma saranno disponibili varianti con uscite dedicate in base allo scenario d'uso, secondo le preferenze degli integratori. Nello specifico, il protocollo 2.0 supporta una serie di novità , a partire dal 3D stereoscopico HD3D e la correzione delle cornici dei monitor per rendere l'immagine più uniforme (Bezel Compensation), al riposizionamento della task bar di Windows. Non mancano nuove configurazioni di visualizzazione in base al numero di schermi (per esempio in configurazione 5x1 Landscape o Portrait) e alla disposizione e il supporto da parte di più di 70 giochi convalidati per AMD Eyefinity.
Il supporto per gli standard HDMI 1.4a 3 GHz (con frame packing) e DisplayPort 1.2 HBR2, consente alla Radeon HD 7970 di sfruttare i monitor di nuova generazione, compatibili con la risoluzione 4K. Migliora sensibilmente la gestione dell'audio associato a ciascuno flusso video in uscita e, perciò, a ciascuno display in funzione. Con questa nuova implementazione, i suoni riprodotti sono suddivisi ed effettivamente inviati al monitor attivo. Questa funzione, non disponibile nella precedente serie Radeon HD 6xxx, consente di effettuare videoconferenze multi-display, con maggiore chiarezza e separando il canale sonoro di ogni persona che interviene nella discussione.

Per quanto riguarda la riproduzione di flussi video, AMD ha ulteriormente ottimizzato il proprio decodificatore hardware UVD (Universal Video Decoder). La terza generazione consente la visualizzazione fluida di filmati in alta definizione secondo numerosi formati. Oltre ai già  supportati WMV, MPEG2, H.264, VC-1, sono stati inclusi gli standard MPEG4, DivX, MCV e Multi-View Codec. Il nuovo decoder è inoltre più potente e consente la riproduzione di due stream HD contemporaneamente, mentre la precedente generazione consentiva la gestione di flussi HD+SD.
Con Southern Island AMD apporta un'ulteriore novità  all''interno della propria architettura, rendendo disponibile il Video Codec Engine, o VCE. Questo hardware encoder H.264 è di tipo multi stream e può lavorare secondo due schemi differenti. In modalità  "Full Mode", il VCE si occupa interamente del processo di lavorazione video, con una conversione molto veloce, capace di superare il tempo reale del video da trasformare. Sfruttando il sistema ibrido (Hybrid Mode), parte delle operazioni vengono gestite dal VCE, mentre l'altra viene passata alla GPU, che consente di aumentare ulteriormente le prestazioni, sfruttando l'elevato parallelismo dovuto alla disponibilità  di numerose Compute Unit.

[tit:Dettagli e sistema di raffreddamento]A livello costruttivo, la variante standard AMD riprende le specifiche generali della generazione HD 69xx, con un PCB di dimensioni analoghe a quello della versione HD 6970. Per l'alimentazione ausiliaria sono stati integrati due connettori PCI Express, uno a 6 pin e uno a 8 pin, indispensabili per poter gestire la potenza massima della board, che AMD dichiara in 250 W.
Gli output video saldati di serie comprendono una porta DVI-D, che permette di lavorare sino a 2.560x1.600 pixel in modalità  dual-link, un'uscita HDMI 1.4 e due Display Port in formato mini. Grazie all'ampia dotazione di uscite risulta molto facile collegare ogni tipo di monitor o proiettore, anche in modalità  EyeFinity, che consente di controllare sino a sei monitor simultaneamente.  
La camera di vapore è a diretto contatto con il corpo lamellare, per una veloce dissipazione del calore prodotto.Per quanto riguarda il sistema di raffreddamento, se a livello estetico il guscio che convoglia l'aria non mette in mostra le reali differenze rispetto al passato, la vera novità  è costituita dal binomio, ventola+radiatore. Per questa variante, AMD ha sviluppato un nuovo tipo di ventola, ora spostata in posizione più arretrata e sensibilmente più efficiente. Per garantire un maggiore comfort acustico e, al contempo, un elevato flusso d'aria, si è lavorato sulle dimensioni generali e sulla forma delle singole pale.
Nel dettaglio l'elemento radiante dedicato a GPU e RAM, abbinato alla ventola tachimetrica con nuovo design.La ventola opera ora con un regime di rotazione più contenuto, pur assicurando aria fresca al dissipatore e un flusso d'aria maggiore rispetto alla generazione precedente. Per questa revisione è stato inoltre sviluppato un radiatore che incorpora una camera di vapore di sesta generazione, posta direttamente a contatto con la GPU e con i moduli di RAM GDDR5.

[tit:Consumi e ottimizzazioni]Come anticipato, AMD ha lavorato per contenere i consumi della nuova generazione di schede, sviluppando nuove tecnologie di power saving, ideate per ridurre la soglia energetica richiesta in fase di riposo e di carico contenuto. I consumi inferiori alle generazioni precedenti sono resi possibili anche dal passaggio alla nuova tecnologia di integrazione a 28 nm, che assicura un assorbimento contenuto, soprattutto in modalità  idle.
La nuova piattaforma AMD Zero Core Power consente una drastica riduzione dell'energia richiesta. Quando lo schermo passa in modalità  standby, la scheda viene portata automaticamente in uno stato di risparmio energetico profondo. In queste condizioni, la HD 7970 e le future schede Southern Island mostrano un consumo di appena 3 W, contro i 24 W della generazione HD 6900.
Se il risultato appare estremamente interessante in uno scenario a singola GPU, è bene considerare i vantaggi nel caso di sistemi CrossFire Multi-GPU. In questi casi, quando si lavora in contesti 2D, solo la scheda principale risulta attiva, mentre le rimanenti GPU vengono portate a livello Zero Core Power, minimizzando il consumo complessivo del PC.  

Oltre alla particolare attenzione per i consumi, AMD continua lo sviluppo del sistema PowerTune che consente di bilanciare il massimo consumo della scheda rispetto alla frequenze di clock della GPU. Come anticipato, la board viene dichiarata per un consumo massimo di 250 W, anche se, di fatto, la potenza complessiva che può essere erogata alla scheda è di 300 W, proveniente dal bus PCI Express (75) e da due connettori PCIe (150 W + 75 W).
Grazie a PowerTune è perciò possibile ottimizzare consumi e prestazioni in base al carico richiesto, incrementando le frequenze negli scenari 3D più esigenti e riducendo il clock nel caso di applicativi che vanno a "lavorare" sulle specifiche di consumo della scheda.

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