Видеокарта AMD Radeon HD 6990, известная под кодовым названием «Антильские острова», официально увидела свет 8 марта 2011 г. Прежнего флагмана сменил монстр с двумя графическими процессорами, изготовленными по той же 40-нм технологии, что и чип 5970-й модели. Компания AMD должна была принять неординарные решения, чтобы повысить производительность видеокарты.
Как появилась 6990?
С Radeon HD 5970 производитель оказался в интересном положении. Выпустив серию 5000 примерно на 6 месяцев раньше 400-й серии NVIDIA, компания AMD продемонстрировала свое лидерство в реализации новых продуктов. NVIDIA так и не отреагировала на 5970, несмотря на то, что двухпроцессорный вариант полностью совместим с ее 400-й серией. 5970-я модель была бесспорной королевой видеокарт – ничего более мощного тогда не было. Таким образом, учитывая отсутствие прямой конкуренции, вопрос о том, чем AMD заменит своего флагмана, вызывал большой интерес.
Radeon HD 6990, ставшая новой самой высокопроизводительной картой AMD, базировалась на двух графических процессорах Cayman (VLIW4), установленных на одной печатной плате. Тактовая частота процессора была понижена до 830 МГц, а частота GDDR5 – до 1250 МГц (что соответствует скорости передачи данных 5 ГГц). Карта поставлялась с 4 ГБ оперативной памяти, которая из-за внутренней настройки CrossFire сокращалась до эффективной емкости 2 ГБ, соответствовавшей другим моделям 6900-й серии.
Начиная с 5970-й модели расчетная мощность и законы физики начали ограничивать возможности AMD в том, что компания могла сделать с картой с двумя ГПУ. В отличие от 4870X2, тактовая частота не была достаточно высокой, чтобы соответствовать паре HD 5870. У 5970-й модели процессор был медленнее на 125 МГц, а скорость передачи данных, равная 800 МГц, отставала на 200 МГц. На практике это снижало производительность 5970 до уровня 5850CF.
Характеристики AMD Radeon HD 6990 также отставали, но не так значительно. Частота 830 МГц была всего на 50 МГц (5,5 %) меньше, чем у 6970, а 5-ГГц память – на 500 МГц (9 %). В результате при базовых настройках 6990 была ближе к сдвоенной 6970, чем 5970 была к 5870.
Процессоры 6990 полностью функциональны. В них задействованы все 1536 шейдера и 32 ROP, поэтому единственным отличием от 6970 является тактовая частота.
По сравнению с 5970 официальная расчетная мощность в режиме ожидания снизилась до 37 Вт благодаря лучшему управлению мощностью Cayman. Но под нагрузкой энергопотребление платы составляет 375 Вт, и, как и в случае 5970, это не предел. Если на базовых частотах 5970 оставалась в спецификациях PCI-Express по умолчанию, 6990 даже не пытается это сделать.
Выпуск Radeon HD 6990 завершил обновление линейки высокопроизводительных продуктов AMD, которая включала карты 6970, 6950 2 ГБ и 6950 1 ГБ. При этом средняя цена на 6970 составляла менее половины стоимости 6990, и установка 6970 CrossFire обходилась дешевле.
Конструктивное исполнение
Если вспомнить 5970, то было несколько областей, в которых карты AMD требовали доработки. Если системы кулера хватало для разгона процессора до частот и напряжений 5870-й модели, то охлаждение VRM было недостаточным, что приводило к запуску механизма тепловой защиты. И хотя все было в рамках правил безопасности, при долгосрочной эксплуатации это было неудобным.
Дизайн HD 6990 очень похож на инженерное решение этой проблемы. Кроме того, AMD не только устранила недостатки 5970, но и вынуждена была справляться с еще большей нагрузкой. Результат значительно отличался от предшественницы.
Если сравнить HD 6990 vs 5970, то первая карта немного короче. Это связано с тем, что корпус серии 6000 имеет более угловатую форму, чем скошенная конструкция серии 5000. В результате у карты те же размеры печатной платы (292 мм) и 305-мм корпус (309 мм у 5970). Это означает, что 6990, несмотря на повышенные требования к охлаждению, занимает практически то же пространство.
Кулер
Наибольшее внимание в видеокарте привлекает система охлаждения. У традиционного кулера 5970-й модели были свои сильные и слабые стороны. Он толерантно относился к способности корпуса выводить горячий воздух, но процессор, который располагался ближе к вентилятору, охлаждался лучше. Проблему представляло охлаждение модулей регулировки напряжения, так как они перегревались задолго до того, как вентилятор начинал повышать обороты.
Чтобы это исправить и обеспечить еще большую теплоотдачу, пришлось отказаться от заднего расположения вентилятора. Его сменил дизайн, который уже применялся в картах сторонних производителей, таких как Asus ARES 5870X2: центральный кулер с процессорами по обе его стороны. Разница оказалась существенной. Если задний вентилятор отводил большую часть горячего воздуха за пределы корпуса ПК, то центральный делит карту пополам: тепло одного комплекта ГПУ и поддерживающих чипов выводится наружу, а второго – внутрь компьютера. Поскольку конструкция осталась закрытой, то горячий воздух выходит спереди и сзади, а холодный втягивается посередине карты.
Изменение дизайна кулера привело к замене одиночного радиатора 5970-й модели сегментированным. 6990 больше похожа на 2 отдельные видеокарты, использующие одну плату, чем на одну с двумя ГПУ. Каждый радиатор соединяется с процессором через свой собственный испаритель, в результате чего системы охлаждения чипов полностью изолированы друг от друга.
Термопаста между графическими процессорами и испарителями была заменена. Вместо традиционного состава AMD использовала материал с фазовым изменением, который плавится и затвердевает в зависимости от температуры. Это не было чем-то революционным, но и не везде применялось. В итоге теплопроводность улучшилась на 8%.
Модули регулировки напряжения были перемещены, чтобы исправить ограниченные возможности охлаждения 5970-й модели. Их расположили в центре платы, чтобы они охлаждались раньше графических процессоров или модулей ОЗУ. Это не только снизило их нагрев, но и отвечало более высокому энергопотреблению. Охлаждение модулей VRM стало еще более важным. Как и в случае с 6970, регулирование напряжения обеспечивается МОП-транзисторами и контроллерами компании Volterra.
5970-я модель разрабатывалась с расчетом на рассеивание 400 Вт тепла, а HD 6990 – на 450 Вт. На практике же возможности последней приближаются к 500 Вт. Отвод и рассеивание такого количества энергии в 1180 см3 пространства достойны восхищения.
Питание
Видеокарта Radeon HD 6990 получает питание как непосредственно через стандартную шину PCIe, так и через 2 8-контактных разъема PCIe. Таким образом, предел энергопотребления составляет 150+150+75 = 375 Вт. Как и в случае с 5970, любое увеличение потребления ведет к превышению возможностей PCIe к внешнему питанию. Мощность 375 Вт сама по себе выходит за пределы этой спецификации. Между тем как и в случае с 5970, при базовой тактовой частоте графические процессоры получают пониженное напряжение, чтобы соответствовать целевой мощности. Чтобы чипы Cayman работали на 830 МГц, используется напряжение 1,12 В.
Мощность оказывает большое влияние на производительность ГПУ, поскольку увеличение производительности 6990 по сравнению с 5970 потребовало от AMD как изменения энергопотребления карты, так и внедрения системы управления питанием PowerTune. Последняя впервые была представлена в серии 6900 в декабре 2010 г. Ограничивая энергопотребление в пределах установленного значения и сдерживая производительность при его превышении, AMD смогла повысить тактовую частоту, не беспокоясь о безопасности в случае запуска таких приложений, как FurMark. Поиск баланса осложнен тем, что установка слишком высокой частоты для определенной мощности вместе с ограничением производительности являются контрпродуктивными и приводят к непоследовательной работе, а слишком низкая частота оставляет нереализованным потенциал карты.
Увеличение энергопотребления и одновременное введение PowerTune позволило AMD увеличить тактовую частоту ГПУ так же, как и в случае с 5970. Архитектура Cayman быстрее Cypress, но преимущество в 105 МГц делает разницу действительно ощутимой. При настройках по умолчанию PowerTune, похоже, настроен на 6990 почти так же, как и на 6970: FurMark сильно тормозит, а Metro испытывает небольшие задержки. Доступен обычный диапазон настройки PowerTune в пределах +/- 20 %, который позволяет установить предел потребляемой мощности в 300–450 Вт.
По отзывам пользователей, PowerTune не хватает динамического ограничения, основанного на использовании CrossFire. Возможно, самым большим недостатком карт с двумя ГПУ является то, что они не могут сравниться с одночиповыми, поскольку их тактовые частоты поддерживаются на низком уровне, чтобы ограничить общую потребляемую мощность. Если бы одному ГПУ можно было бы использовать стандартные 880 МГц, когда второй процессор бездействует, то это бы позволило достичь уровня одночиповых карт высокого класса в задачах, которые не выигрывают от CrossFire, таких как игры в оконном режиме, эмуляторы, приложения GPGPU и игры без профиля CF.
Так же как и в случае 5970 и 2 ГБ 5870, HD 6990 оснащен 16 чипами ОЗУ, по 8 на графический процессор. Одна половина из них находится на передней панели печатной платы, а другая – на обратной. Задняя панель обеспечивает защиту и отвод тепла и от размещенной там оперативной памяти. Одним из немногих отличий от 6970 является использование частоты 5 ГГц вместо 6 ГГц. Это означает, что базовая тактовая частота ОЗУ карты уже соответствует номинальной. В техническом описании HD 6990 отмечается, что 6-ГГц оперативная память рассчитана на 1,6 В, а 5-ГГц – на 1,5 В. Таким образом, разница сводится к нескольким факторам: снижению энергопотребления ОЗУ, сокращению затрат и проблем при работе на частотах выше 5 ГГц.
Возможности подключения
В этой области также произошли изменения. Поскольку графические процессоры Cayman могут управлять только одним двухканальным DVI-монитором, AMD избавилась от 2-го порта SL-DVI и порта HDMI в пользу дополнительных mini-DisplayPort. Если все графические процессоры Cayman (и Cypress/5800 до этого) могут обслуживать до 6 мониторов, единственный способ сделать это в пределах 1 слота – это разместить либо 6 портов mini-DP (подобно Eyefinity-6), либо с помощью концентратора MST. 6990 является примером компромисса между этими подходами. Eyefinity-6 требует дорогостоящего переходника между DP и DLI-DVI, чтобы подключить единственный монитор DL-DVI, а 5970-подобный дизайн 2 x DVI + mini-DP не позволяет использовать 6 мониторов даже с концентраторами MST. Конечным результатом является 1 порт DL-DVI для устаревших мониторов разрешением 2560x1600/2560x1440 и еще 4 mini-DP для новых дисплеев. Это позволяет управлять 5 мониторами непосредственно и 6-ю при наличии концентратора MST.
Как и в случае с картами 5870E6, необходимы адаптеры, чтобы свести к минимуму использование DisplayPort. Все 6990 комплектовались пассивными переходниками SL-DVI и HDMI и активным SL-DVI. Встроенные возможности подключения и адаптеры позволяют создавать практически любую комбинацию, включая популярную конфигурацию из 3-х мониторов 1080р Eyefinity.
Отвод тепла
Изменение схемы охлаждения, энергопотребления и рассеивания тепла потребовало не только другой длины карты и концепции электропитания, но и дополнительного внимания к работе системы. Ряд высококлассных моделей до этого не справлялся с отводом горячего воздуха, но ничего подобного HD 6990 не было. В частности, ни одна 12-дюймовая карта не отводила более 185 Вт тепла непосредственно из ее задней части. Большинство конструкций были намного более открытыми и направляли потоки воздуха во все стороны.
Критическим моментом HD 6990 является отвод большого объема горячего воздуха в корпус ПК. Если 5970-я модель много прощала в этом плане, то 6990-я такой не являлась. Для видеокарты необходим корпус с большим воздушным потоком, особенно если планируется ее разгон, и ничего ценного непосредственно за ней находиться не должно.
Пользователи замерили температуру жесткого диска, размещенного непосредственно за 6990. При базовой частоте она составила 37 °C, а при разгоне достигла 40 °C. Для карты 5970 температура снижается до 31 °C, а для пары 6970-х в CrossFire со 120-мм вентилятором она достигнет 27 °C. Таким образом, штраф за наличие двойного воздухоотвода составляет 6 °C по сравнению с 5970 и 10 °C по сравнению с парой более коротких 6970. Это говорит о том, что размещение жесткого диска (или любого другого компонента) за видеокартой является нежелательным. Поскольку в большинстве случаев можно найти свободные отсеки для жестких дисков в других местах, лучше переставить свой HDD как можно дальше от 6990.
Можно пойти еще дальше и превратить ближайший фронтальный воздухозаборник в выходное отверстие. В ряде случаев впускное отверстие располагается на передней панели корпуса и примерно соответствует гнезду PEG 1. Если использовать его для отвода тепла, это позволит гораздо более эффективно его рассеивать. Возможно, именно на это рассчитывал производитель, создавая такой дизайн.
В конечном итоге характеристики AMD Radeon HD 6990 несравнимы с тем, что было раньше. Его большая потребляемая мощность и кулер с двойным отводом воздуха требуют более внимательного отношения к охлаждению, чем любая другая карта с двумя ГПУ.
Вычислительная мощность
Благодаря архитектурным изменениям, которые произвела компания AMD при переходе к серии 6000, особенно в плане вычислительной производительности, характеристики Radeon HD 6990 могли бы улучшиться. Однако дизайн с двумя графическими процессорами не дал большого преимущества.
Для оценки изменений пользователи воспользовались Civilization V, в которой используется DirectCompute для быстрого преобразования текстур. Игра включает тест, проверяющий скорость алгоритма развертывания текстур, необходимых для одной из главных сцен.
Civilization V DirectCompute масштабируется с CrossFire незначительно. Это приводит к тому, что AMD Radeon HD 6990 4GB опережает 6970, однако архитектура Cayman по-прежнему выглядит неоптимизированной. 5970 лидирует с 10 % преимуществом даже с меньшей тактовой частотой. NVIDIA и ее архитектура Fermi значительно опережает 6990 даже без преимущества SLI-масштабирования.
Другой контрольный тест графического процессора – SmallLuxGPU. В приложении LuxRender реализован полный механизм трассировки лучей в OpenCL, что позволило полностью передать процесс на ГПУ. В SmallLuxGPU нет масштабирования CrossFire, поэтому этот тест касается производительности первого процессора и шейдера/вычислителя. При стандартных тактовых частотах это приводит к тому, что 6990 немного отстает от 6970, но в разогнанном состоянии находится с ним в идеальном паритете. К сожалению для AMD, это тест, в котором фокусировка NVIDIA на вычислительной производительности действительно окупилась. Даже при отсутствии масштабирования CF втрое более дешевая карта GTX 560 Ti превосходит AMD HD 6990.
В конечном итоге в большинстве персональных компьютеров преимущество наличия нескольких ядер ГПУ оставалось нереализованным. В результате 6990 была лучшей игровой картой, но не картой для интенсивных вычислений.
Возможности для разгона
В серии 6900 появился переключатель выбора BIOS, который позволял пользователям безопасно переписывать БИОС карты, имея в запасе резервный для работы. В модели 6990 эта концепция сохранилась в измененном виде для обеспечения уникальных потребностей разгона. Переключатель остался, но служит для управления производительностью видеокарты. В положении 2 используется защищенный от записи БИОС, который задает базовую тактовую частоту 830 МГц и стандартное напряжение ядра 1,12 В. В положении 1 появляется возможность изменения БИОС, и карта запускается с теми же основными скоростями и напряжениями, что и у 6970-й модели: 880 МГц и 1,175 В. Частота оперативной памяти при этом остается неизменной и равна 5 ГГц.
Результаты тестирования
Сравнение характеристик HD 6990 vs GTX 1050 Ti позволяет предположить, что производительность карты AMD в целом должна быть выше. Пропускная способность первой на 179 % выше – 320000 ГБ/с против 114688 ГБ/с. Кроме того, 6990-я модель на 157 % быстрее производит анизотропную фильтрацию – 159360 против 61920 Мтекселей/с. Также видеокарта AMD значительно (на 29 %) опережает конкурирующую модель по скорости полноэкранного сглаживания – 53120 против 41280 Мп/с. Однако в тесте 3DMark Fire Strike 6990 отстает на 33 %, набирая 5820 пунктов против 7750 у GTX 1050 Ті.
В BattleForge c максимальным качеством и разрешением 2560р карта обеспечивает частоту кадров 99,6 к/с, уступая 6970CF 9 к/с и GeForce GTX 580SLI (125 к/с).
С выпуском 6990 впервые удалось запустить максимальные настройки Crysis с приемлемым фреймрейтом на одиночной карте. Модель обеспечивает приемлемые 42,8 к/с для разрешения 2560 х 1600. Геймерские настройки позволяют играть с комфортной частотой 64 к/с.
Мощность и температура
Это область, где AMD традиционно имела преимущество, так как стратегия небольших кристаллов вела к менее прожорливым и более холодным процессорам по сравнению с прямыми аналогами NVIDIA. Карты с двумя ГПУ, такие как 6990, имеют преимущества более низкого энергопотребления, но температура нагрева и шум всегда являются непредсказуемыми.
AMD продолжила использовать в своих картах одно опорное напряжение. Оно играет большую роль, так как профиль PowerTune откалиброван на одно определенное значение. В режиме ожидания напряжение составляет 0,9 В, под нагрузкой – 1,12 В (у 6970 – 1,175 В).
В режиме ожидания характеристики HD 6990 те же, что и у остальных моделей серии 6900 – процессор работает на напряжении 0,9 В. Под нагрузкой на базовой тактовой частоте оно увеличивается до 1,12 В, что во многом объясняет, почему карта использует меньше энергии, чем требует ее уровень производительности. При разгоне до 880 МГц напряжение повышается до 1,17 В, как у 6970. Потребляемая мощность и тепловыделение возрастают соответственно, что усугубляется тем фактом, что PowerTune здесь не используется.
Мощность холостого хода 6990 согласуется с остальной частью серии. 171 Вт соответствует 6970CF, но по сравнению с 5970 карта имеет 9-ваттное преимущество.
Нагрузка в игре Crysis дает первое указание на то, что только целевое энергопотребление не может использоваться для прогнозирования общего потребления энергии. При 375 Вт проектной мощности 6990-я модель должна потреблять меньше, чем 2x200 Вт 6950CF, но на практике 6950CF расходует на 21 Вт меньше. Отчасти это происходит за счет большей загрузки процессора, которая позволяет добиться более высокой частоты кадров, но это не вполне объясняет несоответствие. По сравнению с 5970 мощность 6990 намного выше целевой. Разрыв в 113 Вт превышает 75-ваттную разницу. Очевидно, что 6990 нуждается в питании больше, чем 5970.
Разгон значительно увеличивает потребление энергии, на этот раз до 544 Вт. Это лучше результата 6970CF за счет некоторой потери производительности. Следует иметь в виду, что при этом с одной карты рассеивается более 400 Вт, что чревато последствиями.
Тест FurMark выявляет ограничения PowerTune, которые являются определяющим фактором для серии 6900. Даже при включенном ограничении для всех трех карт 6900 375-ваттная 6990 потребляет на 41 Вт больше, чем 2x200 Вт 6950CF, и на 51 Вт больше, чем 6970CF. Потребляемая мощность 6990 пропорциональна большей производительности карты по сравнению с другими моделями серии 6900.
Что касается разогнанной Radeon HD 6990 4GB без PowerTune, то карта выдерживает нагрузки с точки зрения потребления энергии и тепла. 684 Вт значительно выше 6970 без PowerTune и приближается к 570/580 в SLI. Сложно измерить энергопотребление исключительно видеокарты, но, основываясь на данных пользователей, можно быть уверенным, что 6990 расходует не менее 500 Вт, и это одна карта с одним вентилятором, рассеивающим все тепло. Отвод воздуха с переднего и заднего торцов корпуса при этом выглядит действительно хорошо.
Наряду с улучшением целевой мощности в серии 6900 двухсторонний кулер AMD по сравнению с 5970 заявляет о себе температурой режима простоя. При 46 °C 6990 теплее, чем другие карты, но не слишком (модификация XFX HD 6990 в режиме ожидания нагревается до 51 °C), и эта температура на 7 °C выше, чем у 5970, который должен бороться с тем, что второй процессор охлаждается уже нагретым воздухом. Пара 6900 в CF работает эффективнее кулера с двойным выходом.
5970-я модель грелась больше, чем 5870CF, но 6990 изменила эту тенденцию. При базовой тактовой частоте процессор на 2 °C прохладнее, чем 6970CF, запускаемая в «плохой» конфигурации, когда карты расположены непосредственно рядом друг с другом. Температура нагрева, равная 86 °C, вполне разумна. Даже разогнанная видеокарта всего на 2 градуса горячее. Температуры нагрева XFX HD 6990, например, под нагрузкой на базовых и повышенных частотах равны 78 и 88 °C соответственно.
Тест FurMark картину существенно не меняет. Если что-то немного улучшает ситуацию, так это PowerTune, который удерживает 6990 на средних позициях. Разгон, однако, совсем другое дело. Без PowerTune, контролирующей энергопотребление, при потребляемой мощности 681 Вт температура карты достигает 94 °C. Разница всего в 5 °C, но это предел того, что пользователи готовы допустить. О дальнейшем разгоне не может быть и речи.
Шум
У карты есть проблема с громкостью работы вентилятора, с которой необходимо бороться. В режиме простоя ничего удивительного нет. 44,9 дБ громче средней карты предположительно из-за кулера с двойным выходом.
Если под нагрузкой Radeon HD 5970 является громкой, а GTX 580 SLI – очень громкой, то по сравнению с 6990 они работают тихо. Законы физики обмануть нельзя, и в какой-то момент все умные инженерные решения не способны компенсировать необходимость в большом воздушном потоке, рассеивающем 375 Вт тепла. C 70,2 дБ и 77,3 дБ при разгоне 6990 – чрезвычайно громкая карта. И хотя игры не повышают громкость вентилятора так, как это происходит во время теста FurMark, кулер работает заметно громче, чем у всех остальных моделей. В идеале 6990 требует хорошего воздушного потока и хорошей шумоизоляции, но первое затрудняет второе. Водяное же охлаждение 6990 обойдется на вес золота.
В заключение
Совместная работа 2-х графических процессоров Cayman на одной плате, без сомнения, обеспечила видеокарте HD 6990 титул самой быстрой на рынке. В то же время всегда было и будет различие между картами с одним и двумя ГПУ. Если первые представляют угрозу для вторых, то обратное маловероятно.
В 2009 г. уже возникал подобный вопрос: что лучше - 5970 или две 5850 в CrossFire, учитывая, что они были почти идентичны по производительности? Ответ состоял в том, что CrossFire является лучшим решением, если есть блок питания с 4 легкодоступными разъемами PCIe. В случае 6990 ответ еще более прямой. За некоторыми исключениями (например, отсутствие свободного места для 2-х карт или в конфигурации HD 6990 x2) 6990 уступает паре в CrossFire.
Причин для этого много. Характеристики HD 6990 настолько близки к 6950CF, что в среднем при разрешении 2560 они идентичны. Только в играх Bad Company 2 и Stalker заметно преимущество 6990, которое теряется в Civilization V или DIRT 2. Между тем 6950CF меньше нагревается, значительно тише, меньше расходует энергии и не имеет таких проблем с драйвером, как HD 6990. И наконец, 6950CF дешевле: цена за две видеокарты составляла 3/4 стоимости одной двойной. Аналогично пара 6970-х стоит дешевле и на разрешении 2560 обеспечивает примерно на 8 % лучшее быстродействие и более тихую работу.
На момент выпуска характеристики HD 6990 x2 (Quad-CrossFire) позволяли закрыть глаза на шум и высокое энергопотребление. Для этого требовалась установка на материнскую плату с разрывом в 3 слота, но конфигурация была вполне реальной.
Последним оправданием покупки видеокарты являлась необходимость в системе из 5 мониторов Eyefinity, которую наряду с 6990 поддерживала только 5870.
