AMD Radeon HD 7900M, 7800M e 7700M ufficiali

Dopo il lancio delle nuove GPU destinate ai desktop, avvenuto alla fine del 2011, è finalmente arrivato il momento del debutto anche per le controparti indirizzate al segmento mobile: AMD ha presenta ufficialmente le GPU Radeon HD 7900M, 7800M e 7700M, per i segmenti Enthusiast e Performance.

Verso la fine del 2011, AMD aveva introdotto le sue nuove schede della serie Radeon HD 7000 e, come consuetudine, aveva iniziato dalla fascia enthusiast per desktop, proseguendo nei mesi successivi con l'introduzione di tutti gli altri modelli a scendere, fino ai prodotti del segmento entry level, ma sempre destinati ai PC. In realtà alcune informazioni circa le controparti per i device mobili avevano già iniziato a circolare, ma fino ad oggi non c'era stato più alcun accenno ufficiale a tali modelli, lasciando tutti gli appassionati mondiali di gaming su notebook in attesa. Oggi l'azienda di Sunnyvale ha sollevato la cortina dell'NDA, rivelando i nuovi modelli di Radeon HD della serie 7 indirizzati ai portatili e alcune delle tecnologie più interessanti che ne sono alla base.

Anche in questo caso, come per il settore dei PC desktop, si parte comunque dalle fasce di mercato più alte: AMD infatti ha parlato soltanto delle famiglie Radeon HD 7900M, 7800M e 7700M (ciascuna annovererà più di un modello), tutte appartenenti ai segmenti enthusiast e performance. I nuovi processori, basati sull'architettura GCN (Graphic Core Next) di cui parleremo meglio più avanti, sono sostanzialmente versioni dai consumi ottimizzati e dalle frequenze di lavoro inferiori dei loro equivalenti desktop e non dei processori creati ad hoc per il settore mobile. Vi riportiamo ora di seguito le caratteristiche tecniche salienti delle tre famiglie, tenendo presente che, per ciascuna, AMD ha indicato i dati del modello di punta.

Come dicevamo, AMD impiega delle versioni power optimized e con frequenze inferiori delle GPU già presentate per i desktop e sempre realizzate col nuovo processo litografico a 28 nm.

La top di gamma Radeon HD 7970M di cui abbiamo riportato i dati quindi è basata su core Wimbledon, la versione mobile di Pitcairn, mentre le Radeon HD 7800M e 7700M impiegano la stessa versione, Cape Verde che, rispetto a Pitcairn, vede la disabilitazione di una parte delle componenti architetturali al fine di scalarne la potenza, unitamente a frequenze di lavoro minori per core e memorie e a un bus da 128 bit in luogo di quello a 256 bit della famiglia 7900M. La serie 7700M inoltre non utilizza la versione 3.0 del bus PCI Express ma quella 2.1. AMD sostiene che la scelta è dovuta a questioni di risparmio energetico: poiché le GPU della serie 7700M sono indirizzate a device in cui il contenimento dei consumi è più importante delle performance pure si è deciso di rinunciare al piccolo vantaggio prestazionale offerto dal bus per ottenere invece significativi miglioramenti per quanto riguarda l'assorbimento energetico. Al di là delle differenze tra i modelli però AMD ha introdotto con questa generazione di processori grafici tutta una serie di nuove tecnologie atte a migliorarne prestazioni e consumi, vediamo dunque di cosa si tratta.

Le innovazioni principali introdotte da AMD in questa nuova generazione di processori grafici possono essere sostanzialmente raccolte sotto tre nomi: GCN (Graphics Core Next), Enduro Technology e App Acceleration.

Su quest'ultima c'è poco da dire, si tratta più che altro di un nome collettivo tramite il quale AMD indica la presenza di ormai oltre 200 applicazioni che possono sfruttare l'accelerazione hardware tramite GPU, l'integrazione di un nuovo Video Codec Engine e di una rinnovata versione dell'UVD (Unified Video Decoder), per le operazioni di encoding e decoding video via hardware e l'introduzione di una nuova versione della tecnologia AMD Steady Video 2.0, che consente di stabilizzare le immagini realizzate tramite videocamera, eliminando i difetti dovuti al micromosso. Ci concentreremo invece su GCN e Enduro.

Fino alla scorsa generazione di GPU, le Radeon HD 6xxx basate su core Cayman, AMD impiegava un'architettura chiamata VLIW (Very Long Instruction Word), che ha abbandonato proprio quest'anno in favore della nuova GCN. Questo cambio di rotta si inquadra nella prosecuzione del progetto Fusion che, come sappiamo, non mira soltanto a integrare una GPU sullo stesso die della CPU, ma cerca di fonderne le componenti architetturali, così da portare nei processori logici quelle capacità di calcolo tipiche di architetture fortemente parallele come le GPU, al fine di spostarsi sempre più verso quel concetto di Heterogeneous Computing che vi abbiamo già spiegato più approfonditamente in precedenza.

La differenza fondamentale tra queste due soluzioni consiste nel passaggio dall'approccio ILP (Instruction Level Parallelism) a quello TLP (Thread Level Parallelism). VLIW nasceva per ottimizzare le operazioni di grafica, ma non era particolarmente adatta a svolgere calcoli di altro tipo, come invece si richiede a un moderno sistema di tipo GPGPU (General Purpose GPU). VLIW, infatti, per le sue caratteristiche intrinseche, era difficile da programmare in anticipo, non offriva alcuna funzione di scheduling dinamico durante la fase di esecuzione e non era abbastanza flessibile e facile da gestire per quanto riguarda i linguaggi di programmazione, indispensabili in ambito GPGPU. Le istruzioni infatti erano eccessivamente complesse e questo rendeva assai difficile svolgere operazioni di disassemblaggio e debug del codice, al fine di trovarne le sezioni critiche e correggerne le performance.

Inoltre l'intera architettura comunicava esclusivamente tramite compiler e questo poneva una serie di problemi ulteriori, come la necessità di sviluppare linguaggi di livello intermedio in grado di far comunicare il compiler, i programmi e l'hardware, col rischio che, se in un qualsiasi punto di questa complessa catena ci fosse stato anche solo un compiler non all'altezza si sarebbe prodotto del codice non perfettamente funzionante.

AMD ha dunque preferito tornare a una classica architettura basata su processori vettoriali di tipo SIMD (Single Instruction Multiple Data), in cui più unità elaborano dati diversi in parallelo, una scelta sicuramente più indicata per i propositi che si pone AMD. Senza scendere eccessivamente nei particolari tecnici basti dire che questa struttura è comunque diversa dalle SIMD presenti in Cayman, che erano praticamente un raggruppamento di Texture Unit. Qui invece ciascuna SIMD è composta da 16 ALU e un file di registro da 64 KB. Un gruppo di quattro SIMD compone poi una cosiddetta Compute Unit e infine gruppi di CU in multipli di quattro compongono la GPU vera e propria. La differenza principale, come detto, è che questa architettura è in grado di lavorare con più facilità su task di diversa natura.

Attenzione però, come con VLIW anche con GCN siamo ancora di fronte a un'architettura di tipo in-order. Le istruzioni all'interno di un cosiddetto wavefront (un insieme di 64 istruzioni) dovranno essere quindi eseguite nell'ordine prestabilito e GCN non potrà decidere di eseguire in ordine sparso diverse parti di un programma. A differenza di VLIW però è possibile selezionare un diverso wavefront da eseguire prima o dopo ed esso potrà essere parte di uno stesso task o di un task completamente differente. In particolare ogni SIMD potrà scegliere tra 10 wavefront e questo amplifica incredibilmente la capacità di calcolo eterogeneo di questa architettura rispetto alla precedente, le cui capacità in questo settore erano interamente dipendenti dal supporto delle API, limitato a un'estensione del linguaggio OpenCL. La conseguenza diretta è che anche scrivere un compiler è ora molto più facile visto che non bisogna più prevedere le priorità di esecuzione dei task e questo rende più facile sviluppare programmi che si avvantaggino delle capacità di queste nuove GPU per il calcolo parallelo.

L'altra grande novità delle Radeon HD 7xxx sono le tecnologie di gestione dei consumi energetici, in particolare le soluzioni Enduro, PowerTune, PowerGate e ZeroCore Power. La prima rappresenta l'ultima incarnazione della tecnologia AMD PowerXpress per lo switch tra coprocessore grafico integrato e scheda dedicata, al fine di migliorare il risparmio energetico, disabilitando la GPU a favore del sottosistema grafico integrato nella CPU o nella APU quando il carico di lavoro lo rende possibile. Si tratta di una soluzione simile alla più nota Nvidia Optimus, ma con una differenza importante: se infatti in una piattaforma interamente AMD (APU+GPU dedicata) lo switch funzionerà perfettamente, lo stesso non si può dire con certezza su piattaforma Intel. Benché infatti Enduro supporti anche i processori Intel Sandy Bridge e Ivy Bridge la gestione dello switch è gestita a livello driver e ciò significa che, per funzionare correttamente in sinergia con soluzioni Intel, quest'ultima dovrebbe sviluppare dei propri driver dedicati, ipotesi che al momento appare remota. Tuttavia le altre tre tecnologie implementate da AMD in queste nuove GPU potrebbero anche rendere inutile passare da una scheda grafica dedicata a quella integrata per risparmiare energia, anche se per dirlo con certezza bisognerà attendere di testare qualche nuovo notebook equipaggiato con queste schede.

PowerTune è una soluzione hardware in grado di valutare il livello di stress di un applicativo, regolando così di conseguenza il clock rate in modo che la soglia del TDP massimo non sia mai superata e offrendo così sempre il miglior rapporto tra prestazioni e consumi.

PowerGate invece può spegnere dinamicamente, a seconda del workflow istantaneo, le porzioni inattive della GPU, massimizzando così il risparmio energetico.

ZeroCore Power inoltre assicura che le porzioni in idle consumino virtualmente zero Watt. Peraltro in presenza di configurazioni multi GPU come il CrossFire, consente di disabilitare completamente una delle due schede quando il carico di lavoro è particolarmente leggero.

Assieme a questi primi dati, AMD ha reso noti anche i risultati di alcuni benchmark preliminari. Di particolare interesse è ad esempio il grafico che paragona la resa della nuova Radeon HD 7970M rispetto alla precedente top gamma Radeon HD 6990M con diversi titoli videoludici più o meno nuovi, da Aliens Versus Predator a Batman Arkham City, Da Battlefield 3 a Metro 2033, Deus Ex e Skyrim, passando per il benchmark sintetico 3DMark Vantage.

I risultati sono notevoli e la Radeon HD 7970M offre in media circa il 46 % in più di performance, un salto davvero consistente da una generazione all'altra.

Una notizia molto positiva è anche quella riguardante le performance offerte da una scheda come la nuova Radeon HD 7770M, che dovrebbe costituire un buon compromesso tra costi e prestazioni e infatti dai test svolti da AMD risulta che tale GPU è in grado di assicurare e anzi superare i 30 FPS, considerati la soglia minima della giocabilità, con tutti i principali videogiochi di ultima generazione sopra citati. Ne consegue che anche chi non acquisterà gaming notebook estremi potrà finalmente sperare di giocare decentemente sul proprio notebook senza dover rinunciare a una risoluzione elevata, ai massimi dettagli o all'applicazione dei filtri come l'anti-aliasing o l'anisotropico.

Chiudiamo infine con la resa di questi nuovi processori in ambito computazionale. Viste tutte le profonde innovazioni architetturali di cui abbiamo parlato infatti ci si aspetterebbe un livello di prestazioni decisamente superiore rispetto al passato e le nuove Radeon non deludono.

Il primo tool utilizzato in questo caso è stato ComputeMark uno dei primi benchmark compatibili al 100 % con i compute shader DirectX 11. Dal grafico si può vedere come già la Radeon HD 7770M offra prestazioni tre volte superiori a quelle ottenibili con il processore Radeon HD 6550D integrato nella APU quad core AMD A8-3800 con core Llano.

Risultati analoghi sono stati ottenuti anche nei tre scenari di LuxMark, dove il divario prestazionale tra le nuove Radeon e la 6550D varia, a seconda del test e della scheda di riferimento, tra le 3 e le 8 volte, ovviamente a favore delle nuove soluzioni. Questo si spiega facendo riferimento proprio a quanto analizzato sopra, perché va tenuto presente che la Radeon HD 6550D è basata ancora sulla vecchia architettura VLIW5 e questo dimostra l'ottimo lavoro svolto da AMD con la nuova GCN.

L'azienda di Sunnyvale dunque prosegue con sempre maggior convinzione sulla strada dell'Heterogeneous Computing, segnando con le Radeon HD 7xxx il raggiungimento di una nuova pietra miliare in quello che appare sempre più il futuro del computing.