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Preview: AMD Radeon 8790M & 8770M face à 15 GPU mobiles
Cartes Graphiques
Publié le Samedi 29 Décembre 2012 par Damien Triolet

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Page 1 - Une plateforme MXM

A l'aide d'une plateforme MXM, nous avons pu jeter un premier coup d'œil aux performances des Radeon HD 8790M et 8770M qui débarqueront dans les portables début 2013. Que valent ces nouvelles solutions ? La réponse dans ce petit match face à 15 autres GPU mobiles…

Une plateforme de test MXM

Comparer les GPU mobiles entre eux n'est pas une chose aisée : les spécifications annoncées sont souvent peu claires, voire pas fiables, certaines variantes n'existent pas dans le monde desktop et rassembler des portables comparables équipés de chaque modèle de GPU est difficilement réalisable.

Après l'annonce des premiers détails sur les Radeon HD 8700M et sur le nouveau GPU qu'elles embarquent, AMD était impatient de voir leurs performances exposées. Il faut dire que Nvidia a frappé fort avec les GeForce 600M qui ont ravi de nombreuses parts de marché aux Radeon HD 7000M. Un peu de communication avant l'arrivée dans le commerce de ces Radeon HD 8700M ne pouvait donc pas faire de tort.

Ainsi, AMD nous a fait parvenir un kit de test inhabituel : des Radeon HD 8790M et 7670M au format MXM ainsi qu'un adaptateur MXM vers PCI Express x16. En d'autres termes, de quoi comparer la Radeon HD 8790 à la Radeon HD 7670M qu'elle est vouée à remplacer dans la vision d'AMD. Nous avons également obtenu un bios qui permet de transformer la Radeon HD 8790M en Radeon HD 8770M et nous avons pu modifier les fréquences de la Radeon HD 7670M pour pouvoir représenter la Radeon HD 7690M XT.

Abordons directement le point fâcheux : une Radeon HD 8700M n'est-elle pas plutôt censée être la solution destinée à remplacer une Radeon HD 7700M ? La logique le voudrait, mais les commerciaux d'AMD ont visiblement décidé de tirer une nouvelle fois la numérotation vers le haut, ce que nous regrettons et ce qui ne manquera pas de susciter de la confusion chez les consommateurs. Ceci étant dit, observons plus en détail la Radeon HD 8790M.

Page 2 - Les Radeon HD 8790M & 7670M MXM

Les modules MXM

Si les portables les plus compacts ou qui embarquent des solutions graphiques très bas de gamme optent en général pour un GPU soudé sur la carte-mère, un format de carte d'extension mobile existe : le MXM. Il a été initialement proposé par Nvidia et se retrouve aujourd'hui en versions 3.0 type A et 3.0 type B, la première limitée à 55W, la seconde à 100W. Chaque module MXM embarque le GPU, la mémoire vidéo et l'étage d'alimentation. La connectique est par contre externe.

Ce sont bien entendu des modules MXM 3.0 de type A qu'AMD nous a fourni pour les Radeon HD 8790M et 7670M dont le TDP tourne autour de 30-35W. Ne vous fiez pas à la différence énorme au niveau du ventirad mis en place sur ces modules, la différence de consommation est relativement faible entre les deux !

Voici à quoi ils ressemblent, à gauche, la Radeon HD 7670M, à droite, la Radeon HD 8790M :

A gauche, Turks avec 118 mm² et à droite Oland / Mars avec 77 mm².
Si les Radeon HD 7670M et 8790M utilisent toutes les deux de la mémoire GDDR5 T2C Hynix certifiée jusqu'à 1.25 GHz, il existe une petite subtilité à ce niveau. Ainsi, la Radeon HD 7670M intègre la version MFR de cette mémoire, plus ancienne, et certifiée à 900 MHz maximum en mode basse tension (1.35V) alors que la Radeon HD 8790M intègre la version AFR, plus récente, et qui peut monter jusqu'à 1 GHz à 1.35V. C'est en partie la raison pour laquelle la fréquence mémoire a pu évoluer entre ces deux cartes.

Page 3 - Oland, Mars, les spécifications

Oland ou Mars

Par soucis de clarté, nous préférons en général nous contenter d'utiliser les noms de code desktop des GPU. Contrairement à Nvidia, AMD nomme différemment ses GPU suivant le monde dans lequel ils évoluent : (desktop -> mobile)

Oland -> Mars
Cape Verde -> Chelsea
Turks -> Thames

Oland reprend l'architecture GCN, identique à celle utilisée par Cape Verde, mais avec un nombre d'unités réduit. Alors que Cape Verde repose sur un cœur de 10 Compute Unit, pour 640 unités de calcul au total, Oland se contente de 6 CU pour 384 unités de calcul. Il conserve par contre un même bus mémoire de 128 bits mais alimenté par seulement 8 ROP contre 16 pour son grand frère qui dispose ainsi d'un débit de pixels nettement plus élevé. Pour concevoir un GPU aussi petit que possible, mais en conservant un niveau de performances suffisant, AMD a dû faire quelques petits sacrifices de plus : le bus PCI Express 3.0 est limité à 8 lignes et l'unité d'encodage vidéo (VCE) passe à la trappe. Un dernier point qui n'est pas bien grave puisque le GPU peut toujours utiliser ses unités de calcul pour l'encodage, avec certes des performances et un rendement énergétique moindre.

Si le nombre de transistors d'Oland n'a pas encore été annoncé par AMD, nous pouvons supposer qu'il s'agit d'un peu moins d'un milliard, nous avons pu mesurer sa superficie : 77 mm² contre 123 mm² pour Cape Verde, 118 mm² pour Turks et également 118 mm² pour le GK107 de Nvidia.

Spécifications

Lors de l'annonce initiale, AMD n'était pas très clair sur les spécifications et noms de produits, ce qui a amené un petit peu de confusion. Les spécifications de 2 modèles ont cependant pu être éclaircies puisque nous les avons testés : les Radeon HD 8790M et 8770M.

Avec une fréquence GPU supérieure, la Radeon HD 8790M affiche des chiffres bruts identiques à ceux de la Radeon HD 7770M, si ce n'est au niveau du fillrate, 33% inférieur. La Radeon HD 8770M affiche de son côté une fréquence GPU en baisse, mais une fréquence mémoire en hausse (elle passe donc à 1.5V au lieu de 1.35V), pour des performances qui devraient au final être très proches de celles de la Radeon HD 8790M. Il s'agit grossièrement d'une utilisation différente de l'enveloppe thermique disponible. Notez qu'AMD nous informe que si les fabricants le désirent, et probablement s'ils disposent d'une marge plus importante au niveau du TDP, ils pourront utiliser de la GDDR5 à 1125 MHz avec la Radeon HD 8790M.

Il est intéressant d'observer qu'AMD profite de l'ajout d'une fonction turbo (Boost) à sa technologie de contrôle de la consommation, PowerTune, pour gagner quelques MHz de plus. Il s'agit cependant plus d'un effet de mode que d'une réelle nouveauté puisqu'en pratique cette fréquence turbo semble être la fréquence courante… Les Radeon HD 8700 se comportement ensuite exactement comme les Radeon HD 7000M : si le TDP est dépassé, la fréquence GPU est réduite, peu importe que les premières partent d'une fréquence dénommée Boost alors que les secondes se contentent d'une fréquence "de base".

La puissance de calcul n'évolue que peu par rapport à celle des Radeon HD 7600M, mais il faut garder en tête que l'architecture GCN de Cape Verde et Oland est plus efficace que celle VLIW5 de Turks.

Page 4 - Protocole de test

Le test

Pour ce test, nous ne pouvions bien entendu pas nous contenter d'opposer les Radeon HD 8700M aux 7600M. Etant donné la difficulté voire l'impossibilité de se procurer des modules MXM d'autres GPU mobiles, nous avons décidé d'émuler ces GPU à travers leurs équivalents desktop.

Avant cela, nous avons cependant fait en sorte d'essayer de nous assurer de la pertinence des résultats ainsi obtenus. D'une part nous avons comparé la Radeon HD 7670M fournie par AMD à un équivalent simulé à partir d'une Radeon HD 6670 sous-cadencée qui est équipée du même couple GPU / mémoire. Les performances étaient strictement identiques.

Radeon HD 6670 vs Radeon HD 7670M : la petite vaut la grosse.
D'autre part, nous avons observé si la Radeon HD 8790M était limitée par son enveloppe thermique puisque nous pourrions imaginer que c'est plus le cas pour une carte graphique mobile que desktop. C'était effectivement un petit peu plus le cas, mais uniquement dans le jeu le plus lourd de notre protocole de test habituel : Anno 2070. La fréquence de la Radeon HD 8790M variait alors entre 900 MHz et 850 MHz. Dans tous les autres jeux, et bien entendu dans ceux que nous avons retenus pour les mesures de performances, la carte était cependant stable à 900 MHz et donc non impactée par une enveloppe thermique plus compressée. Nous avons pu faire la même observation sur un portable équipé d'une GeForce GT 650M (soudée à la carte-mère).

Bien entendu, le maintien des fréquences maximales peut varier d'un portable à l'autre, notamment si la capacité de refroidissement est insuffisante. Mais, en ce qui nous concerne, ces observations valident le choix d'émuler certains GPU mobiles à travers leurs équivalents desktop. En supposant que le portable dispose d'un refroidissement adapté au TDP du GPU qu'il embarque, comme c'est en général le cas, les performances correspondront à celles que nous avons obtenues.

En plus des Radeon HD 7690M XT et 7670M, nous nous sommes focalisés sur la gamme de GPU qui entoure les Radeon HD 8790M et 8770M :
- les Radeon HD 7870M, 7850M, 7770M, 7750M et 7730M à base de GPU Cape Verde
- les GeForce GTX 660M, GT 650M, GT 640M et GT 640M LE à base de GPU GK107

Enfin, nous avons ajouté un Intel HD Graphics 4000 (Ivy Bridge), qui représente le GPU le plus courant dans le monde mobile. La plateforme de test était équipée d'un Core i7 3770K que nous avons cependant configuré comme un Core i7 3920XM, le plus gros CPU mobile du moment. Son TDP a également été adapté, passant de 77W à 60W pour se rapprocher des 55W du 3920XM mais pas complètement puisque son équivalent desktop n'a pas été trié spécifiquement pour sa faible consommation. En pratique, dans cette configuration, le HD 4000 restait presque constamment à 1300 MHz, avec de petites chutes ponctuelles à 1250 MHz.

Pour le reste, notre système de test était équipé de 4 Go de mémoire DDR3 1600, de Windows 7 64-bits et des derniers pilotes en date : les 310.70 pour les GeForce et des "Catalyst 12.12beta" (9.011.8 RC2a) pour les Radeon.

Etant donné les spécifications approximatives présentées autant par AMD que par Nvidia pour leurs GPU mobiles, nous avons recherché les spécifications exactes reportées sur de nombreux portables. Nous avons ainsi pu constater que la plupart des GeForce 600 mobiles disposent d'une fréquence turbo supérieure à celle annoncée par Nvidia. En pratique il ne s'agit cependant pas d'une implémentation dynamique et variable identique à celle de GPU Boost, mais plutôt d'un état supérieur du GPU proposé par Nvidia aux fabricants de portables qui peuvent choisir ou pas de l'activer. La plupart le font, tout du moins en mode secteur, et nous avons donc pris en compte cette fréquence supérieure.

Voici résumées les fréquences que nous avons retenues pour chacun des GPU testés (en gras la fréquence appliquée dans le cas d'une possibilité de turbo), ainsi que la carte graphique utilisée pour les émuler :

Enfin, il est important de noter que de nombreux portables sont équipés de la technologie Optimus qui consiste à combiner l'utilisation du core graphique intégré (IGP) Intel au GPU présent dans la machine. Les sorties vidéo utilisées sont alors celles de l'IGP, le GPU reste au repos pour économiser de l'énergie tant qu'il n'y a pas de charge lourde et se réveille lorsque plus de puissance graphique est nécessaire.

Cette approche a un petit impact sur les performances puisque le GPU doit transférer les images à l'IGP avant qu'elles ne soient affichées. Ce test ne permet bien entendu pas de prendre en compte cet impact, mais il est relativement modéré en pratique. La problématique est la même pour la technologie Enduro d'AMD, similaire à Optimus, et qui commence à être déployée.

Page 5 - Performances: Battlefield 3, Far Cry 3...

Les performances

Pour comparer les performances de toutes ces solutions graphiques mobiles, nous avons opté pour 4 jeux qui feront office de benchmarks : Batman Arkham City, Battlefield 3, DiRT Showdown et Far Cry 3. Trois résolutions adaptées au monde mobile ont été testées :

1920x1080 (1080p) en qualité moyenne
1366x768 en qualité moyenne
1366x768 en qualité élevée

[ Batman Arkham City ] [ Battlefield 3 ] [ DiRT Showdown ] [ Far Cry 3 ]
[ Tri ] [ Tri ] [ Tri ] [ Tri ]

L'écart entre les Radeon HD 8790M et 8770M est minime, l'une disposant d'un peu plus de puissance de calcul, l'autre d'une bande passante un peu plus élevée. Leur prestation est globalement identique, la Radeon HD 8790M ne se démarquant légèrement que dans Far Cry 3, gourmand en puissance de calcul.

Ces Radeon HD 8700M affichent un niveau de performances similaire à celui de la Radeon HD 7750M, la Radeon HD 7770M conservant une petite avance de 5 à 10%. Les Radeon HD 8700M devancent largement les Radeon HD 7600M auxquelles elles succèdent selon AMD : une Radeon HD 8770M sera bien souvent plus de 50% devant une Radeon HD 7670M. Par rapport à l'offre de Nvidia, elles sont en général équivalentes à une GeForce GT 650M GDDR5, à l'exception de Batman, jeu dans lequel les GeForce sont plus à l'aise.

Inutile de préciser que ces GPU mobiles milieu de gamme apportent un gain énorme face au core graphique intégré le plus performant d'Intel !

Comme le rappellent une fois de plus ces résultats, l'utilisation d'une mémoire DDR3 peut avoir un impact important sur les performances, même si nous ne sommes pas dans du haut de gamme. En passant d'une Radeon HD 7750M à une Radeon HD 7730M, identiques si ce n'est pour leur type de mémoire, les performances chutent de 12 à 40% suivant les jeux, Batman étant le plus touché. Il en va de même en passant d'une GeForce GT 640M GDDR5 à une GeForce GT 640M DDR3, dont les GPU sont cadencés à la même fréquence turbo, avec de -8 à -38%.

Page 6 - Performances: desktop vs mobile

Performances: desktop vs mobile

Après avoir comparé les GPU mobiles entre eux, nous avons voulu observer comment ils se positionnent par rapport aux gammes desktop équivalentes : les Radeon HD 7700 et HD 7800 ainsi que les GeForce GT 640, GTX 650 et GTX 660 :

[ Standard ] [ Tri ]

Plus l'on monte en gamme, plus les écarts se creusent, ce qui est lié à l'enveloppe thermique limitée dans le monde mobile et bien entendu à la tentation d'exploiter malgré tout les nomenclatures supérieures.

Une Radeon HD 7870M se contente ainsi de 44% des performances d'une Radeon HD 7870 et une GeForce GTX 660M se contente de 43% des performances d'une GeForce GTX 660.

A l'inverse, une Radeon HD 7730M affiche 98% des performances d'une Radeon HD 7750 DDR3 et une GeForce GT 640M DDR3 atteint 90% des performances de la GeForce GT 640. Par ailleurs, quand elle est en version GDDR5, la première devance la seconde de près de 10%, ce qui n'est pas courant entre les gammes mobiles et desktop.

Pour les autres cartes avec équivalence directe, la Radeon HD 7850M affiche 49% des performances de la version de bureau, la HD 7770M 66% et la HD 7750M 75%.

Page 7 - Consommation, efficacité énergétique

Consommation

Il est évident que lors d'un test comme celui-ci, il est impossible de comparer la consommation et l'efficacité énergétique de toutes les solutions graphiques en présence. Or il s'agit d'un aspect primordial pour des composants mobiles.

Si nous devons laisser ce point de côté pour l'ensemble des cartes graphiques comparées, nous pouvons cependant observer la consommation des Radeon HD 8790M et HD 7670M (équipées du même ventirad pour l'occasion, le plus gros) puisqu'il s'agit dans leur cas de réelles solutions mobiles. Nous en avons profité pour intégrer une Radeon HD 6670 de manière à donner un exemple de la différence sur le plan de la consommation entre une carte graphique desktop, plus hautement cadencée (800/1000), et son équivalente mobile, sous-cadencée (600/800).

Notez que les Radeon HD 8790M et 7670M peuvent voire leur consommation quelque peu impactée par l'utilisation d'un adaptateur MXM, mais nous estimons que cet impact est réduit. Par ailleurs la presque totalité du 12V fourni via le bus PCIE (0.24A sur 0.27A) est dédiée à l'alimentation du ventilateur non régulé et qui tourne donc à pleine vitesse. Il consomme en permanence 2.9W et nous l'avons alimenté via une autre source pour les mesures de consommation puisque le système de refroidissement des portables n'est pas pris en compte dans le TDP.

La Radeon HD 8790M est légèrement plus économe au repos et un peu plus gourmande en charge que la Radeon HD 7670M, mais rappelons qu'elle est équipée de 2 Go de mémoire contre 1 Go pour cette dernière. Des valeurs qui collent avec leurs TDP respectifs de 35W et de 30W. La Radeon HD 6670 est pour sa part plus de 50% plus gourmande que la Radeon HD 7670M, une augmentation qui est plus que proportionnelle à ses performances :

Dans le cas du GPU Turks, le passage dans le monde mobile fait progresser l'efficacité énergétique de 15%. Oland / Mars permet de l'améliorer bien plus, notamment grâce à une fabrication en 28 nanomètres. Il est cependant intéressant d'observer que ce rendement énergétique, bien qu'élevé, n'est que légèrement supérieur à celui de plusieurs cartes desktop récentes.

Page 8 - Conclusion

Conclusion

AMD est très enthousiaste par rapport au potentiel du GPU Oland / Mars et des nouvelles Radeon HD 8000M. Les raisons de cet enthousiasme sont selon nous justifiées bien qu'elles ne se retrouvent peut-être pas directement dans notre premier aperçu. Au fond, les Radeon HD 8790M et 8770M, équipées d'Oland en version 35W, ne proposent rien de réellement nouveau par rapport à ce qui existe déjà : Cape Verde 35W (HD 7700M) est capable de fournir la même prestation, voire légèrement plus.

Oland a cependant pour avantage d'être un GPU beaucoup plus petit, ce qui le rend nettement moins cher à produire et permettra à AMD de disposer de plus de marge de manœuvre pour convaincre les fabricants de portables. Vous devriez donc retrouver plus de Radeon HD 8700M que de Radeon HD 7700M et dans des machines probablement un petit peu moins chères.

Par rapport à l'offre de Nvidia, les Radeon HD 8790M et 8770M, tout comme les Radeon HD 7700M, profitent d'un petit avantage à TDP égal : elles affichent des performances similaires à celles de la GeForce GT 650M, alors que cette dernière a besoin d'un TDP de 45W, et devancent de quelques points les GeForce GT 640M, qui sont cette fois proposées en 35W. Nous parlons bien entendu ici des versions GDDR5 de ces cartes, puisqu'elles sont significativement plus lentes en versions DDR3.

L'intérêt majeur d'Oland se situe en réalité ailleurs. D'une manière évidente, AMD préfère le mettre en avant à travers sa version la plus musclée, mais la réelle nouveauté prendra place plus bas dans la gamme, à travers toute une série de dérivés, les Radeon HD 8600M et 8500M, qui seront dévoilés dans 2 semaines lors du CES de Las Vegas. Alors que Cape Verde a du mal à descendre sous 35W, il atteint sa limite, Oland devrait sans trop de problèmes pouvoir exister dans des versions 25W, voire 20W ou même peut-être 15W.

AMD ouvrira ainsi à son architecture GCN l'accès aux portables plus compacts et proposera une évolution significative par rapport à son offre actuelle, vieillissante puisqu'il s'agit de renommages de la génération HD 6000 fabriquée en 40 nanomètres. Restera bien entendu à vérifier à quel point Oland devra être bridé pour descendre en TDP et s'il pourra toujours proposer significativement mieux que les cores graphiques intégrés d'Intel, insuffisants pour les joueurs, et que le GPU GF117 de Nvidia qui ne fait guère mieux mais équipe de nombreux portables à travers les GeForce GT 620M et GT 630M.

Terminons par revenir sur la nomenclature mise en place par AMD qui est clairement mal adaptée, pour ne pas dire trompeuse, ce qui est malheureusement habituel dans le petit monde des GPU Mobiles... Comment ne pas s'attendre à ce qu'une Radeon HD 8790M ne surpasse pas une Radeon HD 7770M ? Certes, en fait elle succède à la Radeon HD 7690M mais AMD ne peut pas ignorer que ce n'est pas la première impression qu'aura un joueur avide de mobilité quand il entendra parler de Radeon HD 8700M...

Nous pouvons supposer que cela découle d'une part d'une volonté de profiter de l'aura des gammes supérieures et d'autre part d'une conséquence de l'utilisation d'un même procédé de fabrication que pour la génération HD 7000, il restera en 28nm pour quelques temps encore, ce qui laisse peu de marge pour faire évoluer les performances dans le haut de la gamme. Avec Oland, nous aurions préféré qu'AMD se contente d'exploiter les séries HD 8600M/8500M et redescende le haut de gamme d'un cran quitte à ne pas utiliser la série HD 8900M.