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AMD Vega est le nom de l'architecture graphique la plus avancée d'AMD, c'est la dernière évolution de GCN, son architecture GPU qui nous accompagne depuis 2011. Cette évolution de GCN est la plus ambitieuse d'AMD à ce jour.

Vous souhaitez en savoir plus sur les cartes graphiques AMD VEGA et toutes leurs fonctionnalités? Dans cet article, nous passons en revue toutes les clés de l'architecture GCN et tous les secrets que Vega cache.

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La naissance de l'architecture GCN et son évolution jusqu'à atteindre Vega

Pour comprendre l'histoire d'AMD sur le marché des cartes graphiques, nous devons remonter à 2006, lorsque la société Sunnyvale a repris ATI, le deuxième fabricant de cartes graphiques au monde, et qui était en activité depuis des années. Combattez avec Nvidia, leader de l'industrie. AMD a acheté l'intégralité de la technologie et de la propriété intellectuelle d'ATI dans le cadre d'une transaction d'une valeur de 4, 3 milliards de dollars en espèces et de 58 millions de dollars d'actions totalisant 5, 4 milliards de dollars, complétant l'action le 25 octobre 2006.

A cette époque, ATI développait ce qui serait sa première architecture GPU basée sur l'utilisation de shaders unifiés. Jusque-là, toutes les cartes graphiques contenaient différents shaders à l'intérieur pour le traitement des vertex et des ombrages. Avec l'arrivée de DirectX 10, les shaders unifiés ont été pris en charge, ce qui signifie que tous les shaders d'un GPU peuvent fonctionner indifféremment avec les sommets et les nuances.

TeraScale était l'architecture qu'ATI concevait avec la prise en charge des shaders unifiés. Le premier produit commercial à utiliser cette architecture a été la console vidéo Xbox 360, dont le GPU, appelé Xenos, avait été développé par AMD et était beaucoup plus avancé que ce qui pouvait être monté sur les PC de l'époque. Dans le monde des PC, TereaScale a donné vie aux cartes graphiques des séries Radeon HD 2000, 3000, 4000, 5000 et 6000. Tous apportaient de petites améliorations en continu pour améliorer leurs capacités à mesure qu'ils progressaient dans les processus de fabrication, de 90 nm à 40 nm.

Les années ont passé et l'architecture TeraScale devenait obsolète par rapport à Nvidia. Les performances de TeraScale dans les jeux vidéo étaient toujours très bonnes, mais elles avaient un grand point faible par rapport à Nvidia, c'était une faible capacité de calcul à l'aide de GPGPU. AMD a compris qu'il lui fallait concevoir une nouvelle architecture graphique, capable de se battre avec Nvidia aussi bien dans les jeux que dans l'informatique, une section de plus en plus importante.

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GCN est l'architecture graphique conçue par AMD de A à Z pour succéder à TeraScale d'ATI

Graphics Core Next est le nom donné à la première architecture graphique conçue à 100% par AMD, bien que tout ce qui hérite d'ATI ait logiquement été la clé de son développement. Graphics Core Next est bien plus qu'une architecture, ce concept représente le nom de code d'une série de microarchitectures graphiques et d'un ensemble d'instructions. Le premier produit basé sur GCN est arrivé fin 2011, la Radeon HD 7970 qui a donné de si bons résultats à tous ses utilisateurs.

GCN est une microarchitecture RISC SIMD qui contraste avec l'architecture VLIW SIMD TeraScale. GCN a l'inconvénient de nécessiter beaucoup plus de transistors que TeraScale, mais en retour, il offre des capacités de calcul GPGPU beaucoup plus grandes, rend le compilateur plus simple et fait un meilleur usage des ressources. Tout cela fait de GCN une architecture clairement supérieure à TeraScale et bien mieux préparée à s'adapter aux nouvelles exigences du marché. Tahiti, le premier cœur graphique basé sur GCN, a donné vie à la Radeon HD 7970. Tahiti a été construit en utilisant un processus de 28 nm, ce qui représente un énorme bond en efficacité énergétique par rapport à 40 nm pour le dernier cœur graphique basé sur TeraScale, le GPU Cayman de la Radeon HD 6970.

Par la suite, l'architecture GCN a légèrement évolué sur plusieurs générations de cartes graphiques des séries Radeon HD 7000, HD 8000, R 200, R 300, RX 400, RX 500 et RX Vega. Les Radeon RX 400 ont inauguré un processus de fabrication à 14 nm, permettant à GCN de faire un nouveau bond en matière d'efficacité énergétique. L'architecture GCN est également utilisée dans le cœur graphique APU de PlayStation 4 et Xbox One, les consoles de jeux vidéo actuelles de Sony et Microsoft qui offrent des performances exceptionnelles pour leur prix.

L'architecture GCN est organisée en interne en ce que nous appelons les unités de calcul (CU), qui sont les unités fonctionnelles de base de cette architecture. AMD conçoit des GPU avec un nombre plus ou moins grand d'unités de calcul pour créer ses différentes gammes de cartes graphiques. À son tour, il est possible de désactiver les unités de calcul dans chacun de ces GPU pour créer différentes gammes de cartes graphiques basées sur la même puce. Cela nous permet de profiter du silicium qui a laissé le processus de fabrication avec des problèmes dans certaines des unités de calcul, c'est quelque chose qui a été fait dans l'industrie pendant de nombreuses années. Le GPU Vega 64 possède 64 unités de calcul à l'intérieur et est le GPU le plus puissant fabriqué par AMD à ce jour.

Chaque unité informatique combine 64 processeurs d'ombrage ou shaders avec 4 TMU à l'intérieur. L'unité de calcul est distincte des unités de sortie de traitement (ROP), mais est alimentée par celles-ci. Chaque unité de calcul se compose d'une unité de planification, d'une unité de branche et de message, de 4 unités vectorielles SIMD, de 4 fichiers VGPR de 64 Ko, d'une unité scalaire, d'un fichier GPR de 4 Ko, d'un quota de données locales de 64 Ko, de 4 unités de filtre de texture, 16 unités de chargement / stockage de récupération de texture et un cache L1 de 16 Ko.

AMD Vega est l'évolution la plus ambitieuse de GCN

Les différences entre les différentes générations de l'architecture GCN sont assez minimes et ne diffèrent pas trop les unes des autres. Une exception est l'architecture GCN de cinquième génération, appelée Vega, qui a considérablement modifié les shaders pour améliorer les performances par cycle d'horloge. AMD a commencé à publier les détails d'AMD Vega en janvier 2017, suscitant de grandes attentes dès les premiers instants. AMD Vega augmente les instructions par horloge, atteint des vitesses d'horloge plus élevées, offre un support pour la mémoire HBM2 et un espace d'adressage mémoire plus grand. Toutes ces fonctionnalités vous permettent d'améliorer considérablement les performances par rapport aux générations précédentes, au moins sur papier.

Les améliorations architecturales incluent également de nouveaux programmeurs matériels, un nouvel accélérateur de suppression primitif, un nouveau pilote d'affichage et un UVD mis à jour qui peut décoder HEVC à des résolutions 4K à 60 i images par seconde en qualité 10 bits par canal de couleur..

Les unités de calcul sont fortement modifiées

L'équipe de développement d'AMD Vega, dirigée par Raja Koduri, a modifié le plan fondamental de l'unité de calcul pour atteindre des cibles de fréquence beaucoup plus agressives. Dans les architectures GCN précédentes, la présence de connexions d'une certaine longueur était acceptable car les signaux pouvaient parcourir toute la distance en un seul cycle d'horloge. Certaines de ces longueurs de pipeline ont dû être raccourcies avec Vega afin que les signaux puissent les traverser pendant la durée des cycles d'horloge, qui sont beaucoup plus courts dans Vega. Les unités informatiques d'AMD Vega sont devenues NCU, ce qui peut être traduit par une unité informatique de nouvelle génération. À la réduction des longueurs de pipeline d'AMD Vega ont été ajoutées des modifications dans la logique de recherche et de décodage des instructions, qui ont été reconstruites afin de répondre aux objectifs de temps d'exécution plus courts dans cette génération de cartes graphiques.

Sur le chemin des données de décompression de la texture du cache L1, l'équipe de développement a ajouté plus d'étapes au pipeline pour réduire la quantité de travail effectuée à chaque cycle d'horloge pour atteindre les objectifs d'augmentation de la fréquence de fonctionnement. L'ajout d'étapes est un moyen courant d'améliorer la tolérance de fréquence d'une conception.

Rapid Packet Math

Une autre nouveauté importante d'AMD Vega est qu'il prend en charge le traitement simultané de deux opérations avec moins de précision (FP16) au lieu d'une seule avec plus de précision (FP32). Il s'agit d'une technologie appelée Rapid Packet Math. Rapid Packet Math est l'une des fonctionnalités les plus avancées d'AMD Vega et n'est pas présente dans les versions précédentes de GCN. Cette technologie permet une utilisation plus efficace de la puissance de traitement du GPU, ce qui améliore ses performances. La PlayStation 4 Pro est l'appareil qui a le plus profité de Rapid Packet Math et l'a fait avec l'un de ses jeux phares, Horizon Zero Dawn.

Horizon Zero Dawn est un excellent exemple de ce que Rapid Packet Math peut apporter. Ce jeu utilise cette technologie avancée pour traiter tout ce qui concerne l'herbe, économisant ainsi des ressources qui peuvent être utilisées par les développeurs pour améliorer la qualité graphique des autres éléments du jeu. Horizon Zero Dawn a eu un impact dès le premier instant pour sa qualité graphique écrasante, au point qu'il est impressionnant qu'une console de seulement 400 euros puisse offrir une telle section artistique. Malheureusement, le Rapid Packet Math n'a pas encore été utilisé dans les jeux PC, en grande partie à cause du fait qu'il s'agit d'une fonctionnalité exclusive de Vega, car les développeurs ne veulent pas investir des ressources dans quelque chose dont très peu d'utilisateurs pourront profiter..

Shaders primitifs

AMD Vega ajoute également la prise en charge de la nouvelle technologie Primitive Shaders qui offre un traitement plus flexible de la géométrie et remplace les vertex et les géométries shaders dans un tuyau de rendu. L'idée de cette technologie est d' éliminer les sommets non visibles de la scène afin que le GPU n'ait pas à les calculer, réduisant ainsi le niveau de charge sur la carte graphique et améliorant les performances du jeu vidéo. Malheureusement, c'est une technologie qui nécessite beaucoup de travail de la part des développeurs pour pouvoir en profiter et elle trouve une situation très similaire à celle de Rapid Packet Math.

AMD avait l'intention d'implémenter les shaders primitifs au niveau du pilote, ce qui permettrait à cette technologie de fonctionner comme par magie et sans que les développeurs n'aient rien à faire. C'est quelque chose qui sonnait très bien, mais finalement ce n'était pas possible en raison de l'impossibilité de l'implémenter dans DirectX 12 et le reste des API actuelles. Les Shaders Primitifs sont toujours disponibles, mais ce doivent être les développeurs qui investissent les ressources pour leur implémentation.

ACE et shaders asynchrones

Si nous parlons d'AMD et de son architecture GCN, nous devons parler des shaders asynchrones, un terme dont on parlait il y a longtemps, mais dont presque plus rien n'est dit. Les Shaders asynchrones font référence à l'informatique asynchrone, c'est une technologie qu'AMD a conçue pour réduire la déficience subie par ses cartes graphiques avec la géométrie.

Les cartes graphiques AMD basées sur l'architecture GCN incluent des ACE (Asynchronous Compute Engine), ces unités sont constituées d'un moteur matériel dédié à l'informatique asynchrone, c'est un matériel qui prend de la place sur la puce et consomme de l'énergie afin que son La mise en œuvre n'est pas un caprice mais une nécessité. La raison de l'existence des ACE est la faible efficacité du GCN lorsqu'il s'agit de répartir la charge de travail entre les différentes unités de calcul et les noyaux qui les forment, ce qui signifie que de nombreux noyaux sont sans emploi et donc gaspillés, bien qu'ils restent consommer de l'énergie. L'ACE est en charge de donner du travail à ces noyaux qui sont restés au chômage afin qu'ils puissent être utilisés.

La géométrie a été améliorée dans l'architecture AMD Vega, bien qu'elle reste loin derrière l'architecture Pascal de Nvidia à cet égard. La mauvaise efficacité de GCN avec la géométrie est l'une des raisons pour lesquelles les puces plus grandes d'AMD ne fournissent pas le résultat escompté, car l'architecture GCN devient plus inefficace avec la géométrie à mesure que la puce grandit. et inclure un plus grand nombre d'unités de calcul. L'amélioration de la géométrie est l'une des tâches clés d'AMD avec ses nouvelles architectures graphiques.

Mémoire HBCC et HBM2

L'architecture AMD Vega comprend également un contrôleur de cache à bande passante élevée (HBCC), qui n'est pas présent dans les cœurs graphiques des APU Raven Ridge. Ce contrôleur HBCC permet une utilisation plus efficace de la mémoire HBM2 des cartes graphiques Vega. De plus, il permet au GPU d'accéder à la RAM DDR4 du système si la mémoire HBM2 est épuisée. HBCC permet de réaliser cet accès beaucoup plus rapidement et efficacement, ce qui entraîne une perte de performances moindre par rapport aux générations précédentes.

HBM2 est la technologie de mémoire la plus avancée pour les cartes graphiques, c'est la mémoire empilée à large bande passante de deuxième génération. La technologie HBM2 empile différentes puces de mémoire les unes sur les autres pour créer un boîtier extrêmement haute densité. Ces puces empilées communiquent entre elles via un bus d'interconnexion, dont l'interface peut atteindre 4 096 bits.

Ces caractéristiques font que la mémoire HBM2 offre une bande passante beaucoup plus élevée que ce qui est possible avec les mémoires GDDR, en plus de le faire avec une tension et une consommation d'énergie beaucoup plus faibles. Un autre avantage des mémoires HBM2 est qu'elles sont placées très près du GPU, ce qui économise de l'espace sur le PCB de la carte graphique et simplifie sa conception.

Le mauvais côté des mémoires HBM2 est qu'elles sont beaucoup plus chères que les GDDR et beaucoup plus difficiles à utiliser. Ces mémoires communiquent avec le GPU via un interposeur, un élément assez cher à fabriquer, et qui rend le prix final de la carte graphique plus cher. En conséquence, les cartes graphiques basées sur la mémoire HBM2 sont beaucoup plus chères à fabriquer que les cartes graphiques basées sur la mémoire GDDR.

Ce prix élevé de la mémoire HBM2 et sa mise en œuvre, ainsi que des performances plus faibles que prévu, ont été les principales causes de l'échec d'AMD Vega sur le marché des jeux. AMD Vega n'a pas réussi à surpasser la GeForce GTX 1080 Ti, une carte basée sur une architecture Pascal de près de deux ans de plus.

Cartes graphiques actuelles basées sur AMD Vega

Les cartes graphiques actuelles d'AMD sous l'architecture Vega sont la Radeon RX Vega 56 et la Radeon RX Vega 64. Le tableau suivant répertorie toutes les fonctionnalités les plus importantes de ces nouvelles cartes graphiques.

Cartes graphiques AMD Vega actuelles
Carte graphique	Unités de calcul / Shaders	Fréquence d'horloge de base / turbo	Quantité de mémoire	Interface mémoire	Type de mémoire	Bande passante mémoire	TDP
AMD Radeon RX Vega 56	56/3 584	1156/1471 MHz	8 Go	2048 bits	HBM2	410 Go / s	210W
AMD Radeon RX Vega 64	64/4 096	1247/1546 MHz	8 Go	2048 bits	HBM2	483, 8 Go / s	295W

L' AMD Radeon RX Vega 64 est la carte graphique la plus puissante d'AMD aujourd'hui pour le marché des jeux. Cette carte est basée sur du silicium Vega 10, composé de 64 unités de calcul qui se traduisent par 4 096 shaders, 256 TMU et 64 ROP. Ce cœur graphique est capable de fonctionner à une fréquence d'horloge allant jusqu'à 1546 MHz avec un TDP de 295W.

Le cœur graphique est accompagné de deux piles de mémoire HBM2, qui totalisent jusqu'à 8 Go avec une interface de 4 096 bits et une bande passante de 483, 8 Go / s. Il s'agit d'une carte graphique avec un très gros cœur, la plus grande jamais réalisée par AMD, mais qui n'est pas capable de fonctionner au niveau du cœur GeForce GTX 1080 Ti Pascal GP102, en plus de consommer plus d'énergie et de produire beaucoup plus de chaleur. Cette incapacité d'AMD à se battre avec Nvidia semble indiquer clairement que l'architecture GCN a besoin d'une évolution beaucoup plus importante pour suivre les cartes graphiques de Nvidia.

L'avenir d'AMD Vega passe par 7 nm

AMD va insuffler une nouvelle vie à son architecture AMD Vega avec le passage à un processus de fabrication de 7 nm, ce qui devrait signifier une amélioration significative de l'efficacité énergétique par rapport aux conceptions actuelles à 14 nm. Pour l'instant, AMD Vega à 7 nm n'atteindra pas le marché des jeux, mais se concentrera sur le secteur de l'intelligence artificielle, qui déplace de grandes quantités d'argent. Les détails concrets sur AMD Vega à 7 nm ne sont pas encore connus, l'amélioration de l'efficacité énergétique peut être utilisée pour maintenir les performances des cartes actuelles mais avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible, ou pour rendre les nouvelles cartes beaucoup plus puissantes avec le même consommation que les actuelles.

Les premières cartes à utiliser AMD Vega à 7 nm seront l'instinct de Radeon. Le Vega 20 est le premier GPU AMD fabriqué à 7 nm, c'est un noyau graphique qui offre deux fois la densité de transistors par rapport au silicium Vega 10. La taille de la puce Vega 20 est d'environ 360 mm2, ce qui représente une réduction surface de 70% par rapport au Vega 10 qui a une taille de 510 mm2. Cette percée permet à AMD d'offrir un nouveau cœur graphique avec une vitesse d'horloge 20% plus rapide et une amélioration de l'efficacité énergétique d'environ 40%. Le Vega 20 a une puissance de 20, 9 TFLOP, ce qui en fait le cœur graphique le plus puissant annoncé à ce jour, encore plus que le cœur Volta V100 de Nvidia offrant 15, 7 TFLOP, bien que celui-ci soit fabriqué à 12 nm, ce qui confère à AMD un net avantage à cet égard.

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