[208728] A tecnologia por trás da família RADEON HD 2000

AMD ATI Radeon HD 2900 ? topo de linha

Neste mês do maio chegou ao mercado a nova família de placas de vídeo da

AMD-ATI, a série Radeon HD 2000. A primeira placa a desembarcar é a

mais sofisticada da família, o modelo topo de linha, o modelo HD 2900.

Este artigo será dividido em duas partes. Nesta primeira falarei sobre

esta nova geração de placas de vídeo e aprofundarei um pouco mais a

tecnologia por trás delas. Em uma segunda parte trarei o resultado de

alguns benchmarks e testes (objetivos e subjetivos), os quais eu estou

conduzindo no presente momento.

Foi colocada hoje aqui no ForumPCs uma notícia sobre o lançamento oficial da família HD

2000. Minha coluna é mais “iterpretativa” do que a notícia em si. É a

minha visão dos fatos e de informações sobre os bastidores da

tecnologia.

A tecnologia da família HD 2000

Para o desktop são três placas : 2400 (value), 2600 (mainstream) e 2900

(Enthusiast). Todas as três compartilham a mesma retaguarda técnica

(quase isso ? mais detalhes adiante) e se diferenciam pelas capacidades

de seus “elementos pensantes”. Esta é a segunda geração de produtos da

AMD-ATI que utiliza o conceito da arquitetura unificada. Esta

tecnologia, ao contrário das anteriores não se baseia em elementos

diferenciados no processador gráfico para realizar tarefas específicas.

Em gerações anteriores a GPU (Graphics Processing Unit) dedicava uma

área para Vertex Shader e Pixel Shaders, ambos processamentos vitais

para o desenho, a renderização de elementos visuais em tempo real. O

problema é que ao se dedicar um espaço no silício para cada tipo de

processamento nunca se obtém o uso ótimo do recurso pois estes ocorrem

de forma absolutamente distintas para cada tipo de programa, jogo,

exibição de DVD, HD DVD, etc.

A solução criada na geração anterior mas levada ao extremo na série HD

2000 é o Unified Shader Architeture. Evoluindo uma tecnologia criada

para o processador gráfico do XBOX 360, até 320 distintas e

independentes “stream processing units” realizam quaisquer das tarefas

necessárias. Estas “stream processing units” podem ser entendidas como

processadores trabalhando em paralelo, superescalares, que executam até 5

instruções por ciclo. Não são exatamente como os processadores de uso

geral (CPUs) que realizam muitos tipos de tarefa simultaneamente. Podem

ser entendidos como até 320 unidades de processamento numérico (ponto

flutuante) e que por um mecanismo muito eficaz divide as tarefas da

placa gráfica em inúmeras partes, fazendo um uso otimizado dos recursos

para entregar resultados mais complexos e imagens mais realistas.

Um dos conceitos que mais me impressionou nesta arquitetura é o

“latency-hidden”. Se um pixel (ou vértice) deve ser processado por uma

dessas unidades, mas a informação não se encontra imediatamente

disponível (acesso à memória), esta operação é colocada de lado e outra

operação cujo dado está disponível é feita em seu lugar. Como tudo isso

ocorre muito rápido (muito mesmo), processar os pixels fora de ordem não

afeta a percepção visual, nem o resultado final visto pelo usuário. O

resultado disso é latência virtualmente zero no processamento. Isso

aliado à freqüência de operação de até 800 Mhz ajuda a explica o imenso

poder de processamento da nova família Radeon HD 2000.

A placa de entrada, a 2400 tem 40 “stream processing units” enquanto a

2600 tem 120 e a placa topo de linha, a 2900 tem 320. Isso se reflete

também nas características de consumo das placas. Isso é importante,

pois atualmente os “gamers” têm necessitado gabinetes e fontes especiais

para usufruir das placas “high-end”. Em regime típico de operação a

2400 consome cerca de 25W, enquanto a 2600 consome 45W watts e a 2900

215W. O modelo 2900 é o primeiro a chegar ao mercado e como seu

desenvolvimento precedeu os outros membros da família, a GPU é feita em

80nm enquanto as outras duas placas serão entregues (a partir de junho)

usando o GPUs de 65nm. O caminho natural é a 2900 evoluir também para

65nm em alguns meses.

AMD ATI Radeon HD 2900 ? topo de linha

AMD ATI Radeon HD 2600 (ilustrando adaptador DVI-HDMI)

Toda a família é “crossfire ready”, ou seja permite que sejam agregadas

duas (ou mais placas no futuro) para obter um poder de processamento

maior. Esta técnica de agregar placas tem fãs e ardorosos críticos. Pode

ser que os 320 “stream processors” de hoje, disponíveis em uma só

placa, sejam 640 em alguns meses. Assim que quem gastou HOJE em duas

placas topo de linha teria o mesmo resultado algum tempo à frente com

uma única placa. Mas quem DE FATO PRECISA de todo este poder de

processamento HOJE tem o recurso a sua disposição imediatamente.

Engana-se quem acha que configurações “monstruosas” com placas duais

sirvam somente para a jogos de ação, realistas e com visual

impressionante (mais detalhes adiante). A escalabilidade da solução

crossfire é variável. Há operações que as duas placas juntas realizam

65% melhor, há operações que realizam 97% melhor. Na média a AMD fala em

ganhos de 90% a 95%. Interessante são as diferentes configurações

possíveis para o crossfire, como frame-a frame (cada placa processa um

frame de maneira intercalada), super-tile e Scissor (divisões

específicas das regiões da tela) ou Super AA que privilegia o tratamento

de suavização (Anti-Aliasing).

Além da rapidez o que mais importa?

Ter uma GPU fantástica é vital. Espera-se e deseja-se isso. Mas há

outros atributos além da rapidez. Alguns dos atributos já existem em

várias placas de vídeo, da ATI e de outros fabricantes. Por exemplo, os

filtros Anti-Aliasing. Um termo

estranho para quem não foi apresentado ao conceito. Suavização. Esta á a

palavra chave. A nova família contém 8 filtros padrão e mais 24

customizados, que significa que os desenvolvedores de conteúdo (jogos e

aplicativos) podem adaptar o tratamento de suavização às suas

necessidades. Para ilustrar, vejam a figura abaixo, com e sem filtro AA:

Velocidade, suavização mas a que custo? Que consumo de energia? Nesta

geração o Power Play 7 entrega

performance sob demanda. Imagine os 320 stream processors da HD 2900. Se

a operação é de edição de textos, não demanda processamento intenso de

gráficos, as unidades vão sendo desligadas para poupar energia. Isso é

mais importante ainda para as versões MOBILE da nova família, mas mesmo

as placas para Desktop realizam esta grata operação de economizar

energia e religam seus “motores” imediatamente assim que o aplicativo

demandar esta potência. Segundo a AMD por conta disso a performance por

watt da HD 2600 por exemplo é 60% melhor que a da X1600 (geração

anterior).

Novos formatos de vídeo ? como

resolver?

Os novos formatos de vídeo digital estão aí, à nossa porta. Sejam eles

Blu-Ray ou HD DVD. Enquanto um DVD comum demanda uma banda de 9 a 10

Mbps, HD DVD demanda 30 Mbps e Blu-ray 40 Mbps. Processar e decodificar

esta incrível quantidade de informações é tarefa complexa. As placas

2400 e 2600 dispõem de acelerador no hardware para realizar a tarefa de

descompactar o vídeo nestes formatos (como H.264/AVC MPEG-4), aliviando a

CPU do PC desta tarefa. Observei que a CPU do PC mal chega a 7% de

utilização com este auxílio do hardware. Por sua vez a placa 2900, por

conta de suas 320 stream units, faz via software (não tem auxílio por

hardware), mas também com muito baixo uso da CPU do PC. O driver é

inteligente para saber o tipo da placa de vídeo e decidir como

decodificar o HD DVD ou Blu-ray. Esta arquitetura é resumidamente a

essência do UVD ? Unified Video Decoder.

Mas mais do que isso tudo torna VIÁVEL o PC ser usado como meio de

apresentação destes novos formatos de vídeo sem que a CPU do mesmo fique

totalmente “afogada”.

Estes formatos de vídeo demandam interfaces mais “espertas”. Por isso as

grandes telas de LCD ou Plasma usam esta interface que unifica sinal de

vídeo e som. Na família Radeon HD 2000 o conector (com adaptador

DVI-HDMI) transporta também sinal do som em alta definição. Não há um

processador de som na placa de vídeo, isso tem que ficar claro. O que há

é a transposição do sinal de áudio do circuito de som do PC pelo canal

HDMI, sem que conectores internos ligando fios às placas sejam

necessários, muito menos sem precisar usar a saída analógica da placa de

som para ligar à tela de alta definição. Há suporte no Windows XP e no

VISTA.

CPU OU GPU???

Quando interligadas em crossfire, duas placas HD 2900 entregam um poder

de processamento inacreditável. São cerca de 935 Gigaflops. Isso é quase

1 TERAFLOP de capacidade de processamento!! Haja pixel para embelezar e

desenhar na tela com tanto “poder de fogo”!! Algumas estatísticas

reforçam essa incrível marca. Mais de 1 GigaFlop por mm2,

menos de US$ 1

por Gigaflop e mais de 1 GigaFlop por watt. Mas saibam que as GPUs já

tem sido usadas para fins mais nobres que apenas (??!!!) jogos. Já

existem alguns compiladores desenvolvidos inicialmente nos meios

acadêmicos como HAVOK FX ou PEAKSTREAM ou RAPIDMIND, auxiliados por uma

biblioteca da AMD-ATI, que conseguem particionar o processamento de

tarefas complexas, notadamente aquelas que demandam grande capacidade de

processamento de ponto flutuante.

Uma instituição independente chamada General Purpose Computation on GPU ?

http://www.gpgpu.org, que independente é de qualquer fabricante de chips gráficos, estimula e

divulga as informações sobre esta nova e fascinante área de aplicações

das GPUs. São muitas aplicações, desde aquisição de dados médicos,

visualização em tempo real de imagens do corpo humano, Dinâmica

Molecular (protein folding), modelos financeiros, Ray Tracing,

reconhecimento de fala e de imagens por redes neurais, databases…

Falando em Protein Folding, como se sabe, aqui no FORUMPCs existe um

grupo de usuários que auxiliam os pesquisadores na tarefa de destrinchar

a complicada química das proteínas. É o projeto FOLDING@HOME. Cada PC em regime cooperativo executa

um pedaço do processamento. São MILHÕES de PCs no mundo que realizam

estas tarefas em seu tempo livre. Mas PASMEM!!! Enquanto milhões de PCs

comuns são responsáveis por 40% do poder total de processamento desta

rede, computadores que usam a versão GPU do Folding at Home, com apenas

975 máquinas conseguem realizar quase 20% da tarefa. A diferença é

descomunal. Isso abre uma possibilidade imensa para o uso deste tipo de

recurso como instrumento computacional para o projeto da composição de

proteínas e outros usos numéricos avançados.

Who knows?

Isso pode nos ajudar a entender um pouco da estratégia da AMD ao

adquirir a ATI no ano passado. Análises à parte, o Paulo Couto fez um

belo exercício com sua coluna “Se a AMD sumir?” há alguns dias, eu fico fascinado

com a idéia do falado processador “FUSION”,

que está em desenvolvimento pela ATI-AMD para integrar em uma só parte

de silício os dois tipo de processadores, CPUs e GPUs. Tive a

oportunidade de perguntar para um dos executivos da AMD-ATI se na sua

visão, com o andar do desenvolvimento das duas tecnologias, o que ele

acha mais provável, a CPU virar GPU ou a GPU virar CPU? A resposta foi

um solene “Who knows?”, ou seja,

quem sabe… O fato é que o projeto é ambicioso e ousado, portanto um

imenso desafio. Quem viver verá!!

Na próxima coluna que trarei sobre este assunto falarei mais sobre as

especificidades da implementação do Direct X 10 na família Radeon HD

2000, tecnologias para implementar “Imersive Game Experience” e um

primeiro Benchmark feito por mim da placa Radeon HD 2900.

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