Polaris прощается, но не уходит: обзор видеокарты SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 SE

В сфере игровой 3D-графики этот сезон проходит под зеленым флагом: благодаря серии GeForce RTX NVIDIA совершила прорыв по нескольким направлениям: быстродействию, технической сложности GPU и принципиально новым возможностям, которые открывают перед создателями игр функции трассировки лучей и машинного обучения. С другой стороны, AMD и прежде отставала на шаг от достижений NVIDIA. Так, действующий флагман марки Radeon, Vega 64, с точки зрения игровой производительности может соперничать лишь с GeForce GTX 1080, а среди новых устройств «красной» стороне нечего противопоставить даже GeForce RTX 2070, не говоря уже об RTX 2080 или RTX 2080 Ti. Теперь инженерам AMD придется стараться вдвойне, чтобы оживить конкуренцию среди игровых видеокарт верхнего ценового сегмента.

В компании отлично понимают сильные и слабые стороны архитектуры GCN, поэтому обновленные чипы Vega, выпущенные по техпроцессу 7 нм, зарезервированы за ускорителями вычислений AMD Instinct и, скорее всего, никогда не увидят свет на потребительском рынке. В то же время GPU высшего эшелона — совсем не то, что покупает большинство геймеров, а в среднем и нижнем ценовом сегментах действуют другие правила. Симпатии экономных покупателей завоевывает не абсолютное лидерство в быстродействии, а удачное соотношение цены и возможностей. На этом фронте «красные» продукты успешно конкурируют с младшими представителями семейства GeForce 10. А пока в новостях гремят высокопроизводительные ускорители по цене от $499 до $1199, AMD сделала ход в диапазоне до $300, на который у NVIDIA нет готового ответа — Radeon RX 590.

Технические характеристики, цены

Когда идет речь о новом GPU, знакомству с видеокартой и результатам тестирования обычно предшествует обстоятельный рассказ об особенностях его архитектуры и функциях рендеринга. Но в случае Radeon RX 590 нам нечего добавить к тому, что было сказано больше двух лет тому назад о Radeon RX 480 и графическом процессоре Polaris 10, ведь чип Polaris 30, на котором основана новая модель, — это чистый die shrink кремния Polaris 20 по технологической норме 12 нм FinFET. В свою очередь, Polaris 20 представляет собой модификацию родоначальника всего семейства, Polaris 10, оптимизированную с позиции тактовых частот и энергоэффективности. Такая практика характерна скорее для компонентов игровых консолей, нежели дискретных графических карт, в истории которых не так уж много примеров того, чтобы компания трижды выпускала в продажу микросхему с неизменным дизайном. Но не спешите осуждать AMD. Проверенная архитектура Polaris позволила сравнительно быстро начать производство компактного GPU на прогрессивном фотолитографическом узле, в то время как NVIDIA бросила все силы на крупные процессоры семейства Turing для высокопроизводительных и дорогих ускорителей GeForce RTX.

Все, что должно нас волновать в Radeon RX 590 — это тактовые частоты и «сырое» быстродействие, которое этот ускоритель может предложить в текущих задачах, пока передовые технологии NVIDIA еще не освоены разработчиками ПО. В спецификациях GPU конкурента, а также процессоров Vega, верхнее значение тактовой частоты означает тем или иным образом спрогнозированный разгон при типичной вычислительной нагрузке. Чипы Polaris, напротив, характеризуются твердым пределом частоты, выше которого GPU подняться не может, но на видеокартах с достаточным резервом мощности и хорошей системой охлаждения максимальная частота в играх поддерживается практически постоянно. Переход с техпроцесса 14 нм FinFET на 12 нм FinFET позволил обновленному GPU увеличить этот показатель на 205 МГц — с 1340 в Radeon RX 580 до 1545 МГц в Radeon RX 590. Если сравнивать с Radeon RX 480, то рост частоты составил 279 МГц, а проектное быстродействие в операциях с плавающей запятой стандартной точности (FP32) увеличилось на 22 %. В такой форме кремний Polaris обладает на 20% более высокой производительностью по сравнению с Radeon R9 390X и, соответственно, вполне оправдывает позицию новинки в качестве 90-й модели семейства Radeon 500.

Поскольку архитектура Polaris ни на йоту не изменилась со времен Radeon RX 480, в быстродействии микросхем RAM графический процессор RX 590 по-прежнему ограничен 8 Гбит/с на контакт, но 256-битная шина памяти одновременно обеспечивает достаточно высокую пропускную способность и большой объем в 8 Гбайт локальной памяти.

Вместе с тем, переход на узел 12 нм FinFET не обеспечил Polaris бесплатный разгон с точки зрения потребляемой мощности. Несмотря на усилия инженеров AMD, архитектура GCN по-прежнему плохо масштабирует тактовые частоты в контексте TDP, и для того, чтобы расширить диапазон частот на 205 МГц, термопакет видеокарты пришлось увеличить на 40 Вт по сравнению с Radeon RX 580 — до 225 Вт. Для сравнения: GeForce GTX 1080 имеет лимит мощности в 180, а RTX 2070 — 175 Вт.

Решение AMD выпустить новую модель в рамках существующей, 500-й серии графических карт, в то время как предыдущая ревизия чипов Polaris удостоилась отдельного семейства устройств, само по себе говорит о том, что Radeon RX 590 не станет заменой Radeon RX 580 — ни по рыночной позиции, ни по цене. И действительно, компания оставит в строю прежние решения на основе Polaris 20, ведь они и без того успешно конкурируют с двумя модификациями GeForce GTX 1060 (3 и 6 Гбайт). Коммерческий смысл Radeon RX 590 — занять ничейную землю между Radeon RX 580 и Vega 56, а точнее, между GeForce GTX 1060 6 Гбайт и GeForce GTX 1070. Новинка поступит в продажу по рекомендованной розничной цене $279, в то время как соседние модели NVIDIA на старте получили ценник в $249 и $379 соответственно и до сих пор придерживаются этих значений. Рекомендованная цена для российского рынка (18 990 руб) тоже попала в цель: самые дешевые варианты GeForce GTX 1060 продаются за 18 800, а GTX 1070 — за 25 748 руб.

⇡#SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 Special Edition: конструкция

Мы познакомимся с Radeon RX 590 на примере ускорителя SAPPHIRE под маркой NITRO+. Внешним видом и устройством системы охлаждения эта видеокарта повторяет модели, которые фирма выпускала в поколениях Radeon 400 и Radeon 500. Крупногабаритный кожух кулера выступает за пределы площади печатной платы. Таким образом, часть радиатора, находящегося внутри, «свисает» по краям и продувается вентиляторами насквозь. Задняя поверхность PCB покрыта защитной алюминиевой пластиной. Однако в данном случае мы имеем дело со «специальной версией» Radeon RX 590, которую отличают «стеклянные» вентиляторы с голубой подсветкой и полупрозрачный кожух, в то время как обычные видеокарты серии NITRO+ лишены подобных украшений.

В системе охлаждения видеокарты центральный медный блок соединен с оребрением четырьмя тепловыми трубками (две по 6 и две по 8 мм в диаметре), а отдельные пластины прижаты к микросхемам RAM и мощным транзисторам VRM. Несмотря на повышенное тепловыделение Radeon RX 590, производитель не посчитал нужным модифицировать устройство радиатора по сравнению с теми образцами, которые использовались в Radeon RX 570 и RX 580, но мы еще успеем убедиться, что существующая конструкция без труда справляется с дополнительной нагрузкой.

Воздушный поток создает пара вентиляторов диаметром 95 мм на двойных шарикоподшипниках. Благодаря тому, что каждый вентилятор удерживается на месте единственным винтом и подключен через разъем, для их демонтажа не требуется снимать кожух системы охлаждения и отпаивать провода.

SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 Special Edition: печатная плата

Печатная плата со всеми компонентами также без видимых изменений была унаследована SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 SE от моделей SAPPHIRE на основе Polaris 20. Преобразователь напряжения здесь построен по схеме 6+1 фаза (для питания GPU и RAM соответственно), не считая фазы PLL. Напряжение на GPU регулирует хорошо знакомый оверклокерам ШИМ-контроллер IR 3567B, который видеокарты на базе чипов AMD используют со времен Radeon R9 290X. Силовая часть схемы включает долговечные полимерные конденсаторы и дроссели с ребристыми микрорадиаторами Black Diamond 4.

⇡#Тестовый стенд, методика тестирования

Мощность видеокарт мы измеряем отдельно от CPU и прочих компонентов ПК. Для этого применяется жесткий райзер PCI Express x16, в котором линии +12 В и земли, идущие от материнской платы, разорваны и выведены на отдельный шестиконтактный разъем питания. Блок питания Corsair AX1200i с помощью утилиты Corsair LINK 4 позволяет регистрировать общий ток, проходящий по разъемам дополнительного питания видеокарты и райзеру, с периодом 1 с, а мощность вычисляется путем умножения величины тока на величину напряжения 12 В в каждый момент времени.

В качестве тестовой нагрузки используется FurMark с наиболее агрессивными настройками (разрешение 3840 × 2160, MSAA 8x) и Crysis 3 (максимальное качество графики, разрешение 3840 × 2160, MSAA 4x). Замеры мощности выполняются после прогрева видеокарты, когда температура GPU и тактовые частоты стабилизируются. Также во время теста мы регистрируем ряд других переменных с помощью ПО MSI Afterburner: тактовую частоту, напряжение питания и температуру графического процессора, скорость вращения вентиляторов системы охлаждения.

⇡#Участники тестирования

В тестировании производительности приняли участие следующие видеокарты:

• AMD Radeon RX 580(1340/8000 МГц, 8Гбайт);
• SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 SE (1545/8000 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 1060 (1506/9028 МГц, 6 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 1070 (1506/8008 МГц, 8 Гбайт).

⇡#Тактовые частоты, энергопотребление, температура, разгон

Двухпозиционный переключатель на плате SAPPHIRE NITRO+ Radeon RX 590 SE дает выбор между различными версиями микропрограммы. Прошивка Silent UEFI задает частоты, соответствующие референсным спецификациям Radeon RX 590, в то время как Boost UEFI увеличивает на 15 МГц максимальную частоту GPU и на 400 МГц — эффективную частоту оперативной памяти. В обоих случаях действительная частота графического процессора не опускается ниже предельного значения ни в одном из игровых тестов — впрочем, как и у референсного образца Radeon RX 580, который мы взяли для сравнения. Примечательно, что смена технологической нормы с 14 на 12 нм, за счет которой AMD увеличила рабочие частоты старшего Polaris, не сопровождается снижением питающего напряжения: стандартные настройки позволяют Polaris 30 XT использовать вплоть до 1,15 В, а с прошивкой Boost UEFI видеокарта даже выходит за пределы этого диапазона.

По графикам мощности хорошо видно, что энергоэффективность GCN не является сильной стороной архитектуры GCN, а ресурсы прогрессивного техпроцесса AMD целиком инвестировала в наращивание тактовых частот. Так, в игровом тесте мощность Radeon RX 590 при референсных частотах увеличилась на 11 Вт по сравнению с RX 580, а заводской разгон видеокарты SAPPHIRE и, на первый взгляд несущественное, увеличение питающего напряжения довели разницу до 40 Вт. Вместе с тем, референсный кулер-турбинка Radeon RX 580, не идет ни в какое сравнение с мощной системой охлаждения открытого типа, которой оборудована плата SAPPHIRE NITRO+, поэтому целевая температура у RX 590 ниже на 5 °C при заметно меньшей скорости вращения вентиляторов.

Видеокарты SAPPHIRE, особенно под маркой NITRO, отличаются колоссальным резервом мощности, а это ключевой параметр для оверклокинга графических процессоров Polaris и Vega. В данном случае увеличение TDP на 50% позволило достигнуть тактовой частоты GPU в 1665 МГц (на 120 МГц больше референсного значения), а оперативная память достигла эффективной частоты в 9 ГГц. Но для такого результата пришлось увеличить питающее напряжение GPU и RAM на 0,15 и 0,1 В соответственно. Постоянно эксплуатировать видеокарту в таком режиме мы не советуем: под нагрузкой VRM дает на графическое ядро напряжение вплоть до 1,318, и это было нормально для кремния эпохи 28 нм, но едва ли можно считать безопасным для 12 нм FinFET.

В результате столь агрессивного разгона мощность видеокарты в тесте Crysis 3 увеличилась на 87 Вт по сравнению с референсными настройками, а действительный резерв мощности, как показывает FurMark, достигает 340 Вт! К счастью, для системы охлаждения SAPPHIRE NITRO+, работающей на максимальных оборотах, такая мощность нипочем: температура GPU в играх снизилась на 10 °C.

Прим.: измерение всех параметров проводится в игре Crysis 3 (максимальное качество графики, 3840 × 2160, MSAA 4x) после прогрева GPU.

⇡#Производительность: 3DMark

За счет повышенных тактовых частот Radeon RX 590 набрал на 10 % больше баллов в синтетических тестах по сравнению с Radeon RX 580. 3DMark раскрывает вычислительную мощность архитектуры GCN лучше, чем большинство игр, поэтому даже Radeon RX 580 здесь уверенно превосходит своего главного соперника, GeForce GTX 1060, а преимущество RX 590 достигает 17 %. Radeon RX 590 также на 11 % быстрее, чем Radeon R9 390X. Разгон принес видеокарте SAPPHIRE дополнительные 12 % очков — такой Polaris уже наступает на пятки GeForce GTX 1070 с разрывом в 7 %.

⇡#Производительность: игры (1920 × 1080, 2560 × 1440)

3DMark с точностью предсказал разницу в игровых бенчмарках между Radeon RX 580 и RX 590 при сравнительно низком разрешении экрана. Новый GPU обеспечивает на 10 % более высокую частоту смены кадров, и этого достаточно, чтобы новый продукт AMD закрепился на лидерской позиции в противостоянии с Radeon R9 390X и GeForce GTX 1060. Среднее преимущество Polaris перед «зеленым» соперником составляет лишь 6 %, но с практической точки зрения Radeon RX 590 стоит оценить выше, ведь в пользу GTX 1060 сыграли две достаточно старые игры под Direct3D 11 — GTA V и The Witcher 3: Wild Hunt. Если исключить результаты этих тестов, то RX 590 уже на 10 % превосходит GeForce GTX 1060.

Разгон сделал видеокарту SAPPHIRE быстрее на 9–10 %. Этого еще недостаточно, чтобы бросить вызов GeForce GTX 1070 — последний опережает разогнанный SAPPHIRE на 16 %, но если не учитывать злополучные для «красных» GTA V и The Witcher 3: Wild Hunt, то на стороне GTX 1070 остается не столь существенное преимущество в 10–11 %.

⇡#Производительность: игры (3840 × 2160)

Ни одна из видеокарт, участвующих в сравнении, не позволит комфортно играть в 4К с максимальными настройками графики, пусть и без полноэкранного сглаживания. Тем не менее, рост быстродействия на 9 % по сравнению с Radeon RX 580, который принесла новая ревизия кремния Polaris, позволил в нескольких бенчмарках перешагнуть порог 30 FPS. В итоге больше половины наименований (Battlefield 1, DOOM, и F1 2018, Far Cry 5, GTA V) в тестовой методике можно считать условно играбельными на Radeon RX 590 в таком режиме.

GeForce GTX 1060, с другой стороны, не имеет ни достаточного объема RAM, ни требуемой пропускной способности шины памяти для разрешения 2160p. Radeon RX 590 оставил соперника позади с отрывом в 10 % (14 %, если исключить GTA V и The Witcher 3: Wild Hunt). В то же время Radeon R9 390X за счет 512-битной шины памяти всего лишь на 5 % отстает от Radeon RX 590 по среднему FPS, а в некоторых играх демонстрирует более высокий результат.

Оверклокинг Polaris 30 XT наиболее продуктивен именно в этом режиме. За счет повышенных частот GPU и RAM средняя частота смены кадров на Radeon RX 590 возросла на 16 %. Даже GeForce GTX 1070 лишь на 6 % быстрее по сравнению с разогнанным RX 590.

⇡#Производительность: кодирование/декодирование видео

Выделенные блоки UVD (Unified Video Decoder) и VCE (Vide Coding Engine), которые в чипах AMD используются для обработки видеопотока — одна из слабостей Polaris, которые невозможно компенсировать сменой производственного процесса. UVD в составе Polaris достаточно хорош, чтобы декодировать видео форматов H.264 и HEVC в реальном времени с разрешением вплоть до 4К и кадровой частотой массового видеоконтента, однако GeForce10-й серии несравненно быстрее в задачах транскодирования. Кроме того, поддержка формата VP9, обещанная еще для Radeon RX 480, в действительности реализована при помощи шейдерных ALU, а не специализированной логики.

Претензии к скорости обработки видео на чипах Polaris справедливы применительно и к записи потока силами аппаратного кодека VCE. Radeon RX 590 не достигает 120 кадров/с при разрешении 1080p и 60 кадров/с в режиме 2160p, которые доступны современным чипам NVIDIA. Для захвата экрана в играх этого во многих случаях будет достаточно, но VCE в Polaris лишен запаса быстродействия, необходимого для записи с высоким битрейтом и быстрого транскодирования файлов.

⇡#Производительность: вычисления

Большинство вычислительных тестов не столь отзывчиво реагируют на повышенные тактовые частоты Radeon RX 590, как игровые, но обратным примером стал бенчмарк трассировки лучей LuxMark. Как правило чипы AMD способны потягаться с продуктами NVIDIA классом выше в подходящих задачах GP-GPU, и RX590 не стал исключением: в двух из четырех тестов (SiSoftware Sandra Scientific Analysis и N-Body Simulation) новинка продемонстрировала лучший результат по сравнению с GeForce GTX 1070 и не уступила ни одного теста GeForce GTX 1060. Но вот универсальной заменой Radeon R9 390X новинка не является, т.к. большинство тестов в этой категории предпочитают архитектуру чипов Hawaii/Grenada, обладающих большим числом вычислительных блоков и широкой шиной памяти.

⇡#Выводы

Решение AMD перевести чип семейства Polaris на техпроцесс 12 нм FinFET многие восприняли с удивлением, а кое-кто даже может расценить как признак инженерной слабости, которая поразила команду Radeon Technologies Group. В какой-то степени это действительно так, ведь архитектура Graphics Core Next в целом демонстрирует признаки устаревания, в особенности на фоне последних достижений NVIDIA, а Polaris вдобавок основан на предыдущей итерации GCN, которая лишена многих нововведений, свойственных чипам Vega.

Тем не менее, есть особенное удовольствие в том, чтобы после нескольких инновационных и в чем-то даже экспериментальных устройств, которые AMD и NVIDIA выпустили за последний год, иметь дело с настолько практичным и прямолинейным продуктом, как Radeon RX 590. Новинка не претендует на соперничество с мощными GPU семейства GeForce 10, и уж тем более GeForce RTX. С другой стороны, противоположный фланг у AMD уже прикрыт популярной моделью Radeon RX 580, которая за время, прошедшее со времен своего анонса, стала только краше благодаря распространению игр на Direct3D 12 и коррекции розничных цен. Но за счет своевременного выхода Radeon RX 590 «красная» команда целиком завладела территорией между $249 и $379, которую NVIDIA покинула в семействе GeForce 10, а все новинки GeForce RTX играют в более высокой лиге.

Однако последнее слово в этой истории еще не сказано. Каким бы ни был ответ NVIDIA на Radeon RX 590 с технической точки зрения, он не заставит себя ждать. Но первый раунд, как ни крути, остался за AMD, и своего покупателя новая видеокарта найдет обязательно.