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A l'occasion du CES, AMD nous en dit un petit peu plus sur le futur GPU Vega 10 et dévoile quelques points techniques de son architecture qui vont permettre d'améliorer le rendement en jeu et de monter en puissance dans le monde de l'intelligence artificielle.

Suivant la même formule que l'an passé avec Polaris, AMD a décidé de nous aider à patienter en dévoilant quelques éléments de sa nouvelle architecture GPU, dont le premier exemplaire, Vega 10, vise le haut de gamme et est annoncé pour le premier semestre 2017.

Au menu : une refonte du sous-système mémoire pour pouvoir prendre en charge une masse de données toujours plus imposantes, de nouveaux moteurs géométriques pour mieux traiter des décors plus riches, de nouveaux moteurs de rastérisation pour calculer moins de pixels inutiles et des unités de calcul plus efficaces pour donner un coup de boost à leurs performances.

A travers cette annonce, AMD explique avec quelques détails techniques comment ces évolutions ont été mises en place.

 

 

Avec Vega, AMD annonce avoir mis en place l'architecture mémoire pour GPU la plus avancée du marché, pour pouvoir répondre aux besoins actuels et futurs dans les domaines où la taille des data sets est en train d'exploser. Il serait déjà question de pétaoctets dans l'animation 3D voire même d'exaoctets dans le GPU computing et l'intelligence artificielle. Pour s'y attaquer, Vega est capable d'adresser jusqu'à 512 To grâce à un espace de mémoire virtuelle étendu (49-bit) qui va au-delà des 256 To du x64 (48-bit).

Bien entendu, le GPU Vega 10 ne recevra pas autant de mémoire dédiée. Il sera associé à 2 modules de mémoire HBM2 pour un bus combiné de 2048-bit. Sur base des premiers modules disponibles qui sont de type 4 Go (4-Hi), Vega 10 sera ainsi associé à 8 Go de HBM2, mais pourra passer à 16 Go quand les modules 8-Hi seront disponibles.

8 Go, voire 16 Go, c'est bien peu par rapport aux data sets auxquels AMD compte s'attaquer. Pour pouvoir s'y attaquer plus efficacement, AMD a revu le contrôleur mémoire qui s'appelle dorénavant High Bandwidth Cache Controller alors que la mémoire HBM2 est présentée comme un cache local (High Bandwidth Cache). Le HBCC a été conçu et optimisé pour piloter les mouvements de données à partir de l'énorme espace adressable. Qu'elles se situent dans la mémoire système, dans de la flash rattachée au GPU ou ailleurs sur le réseau, le but est faire en sorte qu'à chaque instant un maximum de données utiles se retrouvent dans la HBM2.

C'est évidemment principalement important dans le monde professionnel, mais AMD en parle également au niveau des jeux vidéo, probablement pour anticiper les critiques par rapport à une mémoire de "seulement" 8 Go contre 12 Go sur une Titan X de Nvidia. A ce sujet, AMD explique que pour chaque image générée moins de la moitié de la mémoire utilisée est réellement exploitée. Il y a donc des opportunités d'optimisation et le HBCC est annoncé comme capable de faire mieux que les contrôleurs et pilotes classiques.

 

 

Ensuite, ce sont évidemment les unités de calcul qui vont recevoir quelques améliorations. AMD explique tout d'abord les avoir retravaillées pour autoriser une montée en fréquence significative, et réduire l'écart avec Nvidia sur ce point. Mais ce n'est pas tout et le taux d'IPC devrait également progresser. AMD en dit peu à ce niveau et s'est contenté de nous indiquer avoir élargi le cache d'instructions, ce qui boosterait notamment le débit d'opérations sur 3 opérandes. Reste évidemment à voir à quel niveau se situeront les gains en pratique pour ces Next-Gen Compute Units (NCU).

L'autre grosse nouveauté concernant les unités de calcul est le packed math qui représente le support natif de la démi précision ou FP16. Pour rappel, les GPU GCN 3 (Tonga/Fiji) et GCN4 (Polaris), supportent déjà le FP16 mais uniquement pour gagner de la place au niveau des registres, les opérations étant traitées par les unités de calcul FP32 à débit identique.

Avec Vega, chaque SIMD d'unité de calcul FP32 pourra travailler sur des vecteurs 2-way en FP16. C'est identique à ce que fait Nvidia sur le GP100 ou sur Tegra et cela permet de doubler la puissance de calcul en demi précision si le compilateur arrive à extraire des paires d'opérations à traiter en parallèle. AMD précise que si ce n'est pas le cas, des gains pourront malgré tout ressortir au niveau de la consommation énergétique, et que son approche permet de gérer indépendamment les parties hautes et basses des registres pour plus d'efficacité.

Enfin, AMD a ajouté le support du calcul en 8-bit mais il est spécifique au deep learning, comme le fait Nvidia sur GP102/104/106/107). Contrairement au FP16 il ne s'agit donc pas d'un support généralisé mais d'une ou de quelques instructions spécifiques telles que DP4A (produit scalaire avec accumulation).

Au final, AMD parle donc par NCU de 128 ops 32-bit par cycle (= 64 FMA FP32 comme sur tous les GPU GCN), 256 ops 16-bit par cycle (= 128 FMA FP16) et de 512 ops 8-bit par cycle (= 64 DP4A). Aucune information concernant le débit en FP64 qui est juste annoncé comme configurable.

 

 

Plus spécifiquement pour le jeu vidéo cette fois, AMD a retravaillé ses moteurs géométriques sur 3 fronts. Tout d'abord leur débit va augmenter d'un facteur supérieur à 2x, AMD parle de 11 triangles par cycle avec 4 moteurs géométriques pour un GPU Vega, sans préciser s'il s'agit de Vega 10. Nous supposons qu'il s'agit ici du débit d'éjection des triangles qui tournent le dos à la caméra par exemple. Ce débit supérieur était jusqu'ici un des gros avantages des GPU Nvidia, qu'AMD devrait donc rattraper.

Ensuite, AMD proposera aux développeurs un nouveau type de shaders, les Primitive Shaders qui permettront de remplacer les Vertex Shaders et les Geometry Shaders. Nous ne savons pas exactement comment tout cela fonctionnera et sera exposé, mais cela devrait permettre de faciliter l'implémentation de pipelines de rendu personnalisés. AMD indique par ailleurs qu'ils permettront de booster le taux d'éjection des primitives mais nous ne savons pas si cela correspond au débit de 11 triangles par cycle noté ci-dessus ou si ce gain se fera en complément.

Enfin, suite à des retours constructifs de développeurs sur console, qui cherchaient à optimiser au maximum les performances, AMD s'est rendu compte que son algorithme de load balancing pouvait être amélioré pour mieux exploiter les ressources disponibles. Il a donc été revu.

 

 

Le dernier point mis en avant par AMD concerne les pixels. Avec tout d'abord des moteurs de rastérisation revus. AMD parle de draw stream binning rasterizer. Derrière ce charabia technique se cache une approche similaire à celle exploitée par Nvidia sur les GPU Maxwell et Pascal. Elle consiste à faire une exploitation opportuniste du principe du tile renderingpour éviter de calculer trop de pixels masqués.

Il ne s'agit pas d'avoir recours à un rendu en 2 passes comme le font certains GPU mobiles pour appliquer fermement la technique, mais plutôt d'utiliser un petit buffer interne avant la rastérisation qui permet de traiter celle-ci quand l'information de couverture de plus de triangles est connue. Si ces informations permettent d'éviter de générer des pixels masqués, c'est tout bonus, si ce n'est pas le cas le traitement se fait de manière classique. D'où le côté opportuniste de la technique qui ne souffre pas des désavantages des approches des GPU mobiles.

Les ROP ont eux aussi été revus. Leurs capacités exactes restent inconnues, mais au lieu d'exploiter de petits buffers spécifiques, ils deviennent des clients du gros cache L2. Selon AMD cela permet un gain appréciable dans les moteurs de type rendu différé qui sont devenus très courants dans les jeux vidéo.

Après ces quelques caractéristiques techniques de l'architecture Vega, intéressons-nous au GPU Vega 10 dans son ensemble. Physiquement tout d'abord puisque nous avons pu l'apercevoir brièvement dans les mains de Raja Koduri, responsable du groupe Radeon Technology (RTG) lors d'un évènement presse organisé par AMD le mois passé :

Nous pouvons apercevoir sur cette photo, prise rapidement au smartphone, un énorme die placé sur un interposer qui reçoit également 2 modules HBM2. Nous pouvons estimer la taille du die de Vega 10 entre 500 et 550 mm² (soit plus que les 471mm² du GP102, mais moins que les 610 mm² du GP100). C'est ce qui explique pourquoi AMD s'est contenté d'un bus 2048-bit, contrairement aux 4096-bit de Fiji dont les modules HBM1 prenaient beaucoup moins de place.

Pour pouvoir placer 4 modules HBM2 avec un gros die pour le GP100, Nvidia a de son côté recours à une double exposition très coûteuse, seule possibilité actuelle pour concevoir un interposer suffisamment grand pour recevoir l'ensemble. Avec Vega 10 AMD vise autant le marché professionnel que les joueurs et a donc opté pour une solution (un peu) plus raisonnable en termes de coûts de production.

Quelles pourraient être les spécifications complètes d'une Radeon basée sur le GPU Vega 10 ? Nous avons rassemblé dans le tableau qui suit nos suppositions actuelles basées sur les quelques éléments dévoilés par AMD, notamment lors de l'annonce de la Radeon Instinct MI25 :

Reste bien entendu que pour pouvoir réellement concurrencer le GP102 (Titan X), et pas seulement se contenter de battre le GP104 (GTX 1080), il faudra que les avancées dévoilées aujourd'hui par AMD portent réellement leurs fruits en pratique.

Est-ce que le HBCC sera efficace dans le cadre du jeu vidéo si 8 Go deviennent insuffisants ? Est-ce que le FP16 sera exploité par certains jeux ? Est-ce que les développeurs seront intéressés par les Primitive Shaders ? Est-ce que le boost au niveau du débit des moteurs géométrique se retrouvera en pratique ? Quel sera le gain réel en terme d'IPC ? La nouvelle approche pour la rastérisation permettra-t-elle de rattraper Nvidia en terme d'efficacité ?

A l'heure actuelle, AMD ne nous fournit aucune information ou donnée pour permettre de quantifier ou de se faire une idée de ce que tout cela va apporter. Nous ne pouvons pas oublier que les avancées dévoilées de la même manière pour Polaris ont au final produit des résultats mitigés par rapport aux espérances suscitées (nous avons noté 8% de mieux en jeu entre GCN3 et GCN4). Avec Vega, nous avons par contre l'impression qu'AMD a enfin pris le recul nécessaire pour observer ce que Nvidia a fait de bien pour rendre plus efficaces ses dernières générations de GPU. De quoi s'engager dans une voie similaire avec Vega, ce qui laisse augurer de bonnes choses. Nous sommes évidemment impatients d'en savoir plus !

Vous pourrez retrouver l'intégralité de la présentation d'AMD ci-dessous :

 

 

AMD profite du CES pour annoncer la seconde génération d'écrans FreeSync. Alors que les premiers ont permis d'améliorer la fluidité, les seconds vont s'attaquer au support de la HDR avec une latence réduite.

Les écrans HDR devraient enfin se multiplier en 2017 et il faut donc s'attendre à différentes initiatives pour améliorer et faciliter leur support. C'est AMD qui ouvre le bal avec FreeSync 2 pour proposer une expérience vidéoludique optimale dans ce mode. Un mode HDR qui selon nous apporte beaucoup plus de richesse aux jeux vidéo que la 4K par exemple.

Pour rappel, la HDR (High Dynamic Range) permet d'augmenter la plage dynamique des images affichées. De quoi booster le contraste et autoriser des espaces colorimétriques plus riches, à condition d'être équipé d'un de ces futurs moniteurs. HDR, futur ? Mais les jeux ne sont-ils pas à peu près tous HDR depuis le premier Far Cry de 2005 ? Certes, ils construisent effectivement l'imagent en HDR mais en fin de processus elle est convertie en image SDR affichable par les écrans classiques à travers un procédé appelé tone mapping.

Avec un écran HDR une image plus riche peut être affichée mais le tone mapping reste nécessaire. Les GPU construisent en général les images HDR avec une précision de 16-bit (par canal), mais elle peut être de 32-bit pour certains éléments ou de 10-bit pour d'autres. De leur côté les premiers écrans seront de type 10-bit mais du 12-bit est également prévu. Par ailleurs, notamment à cause des différents types de dalles, tous ces écrans ne proposeront pas des caractéristiques similaires en termes d'espace colorimétrique et de contraste.

Du coup les moteurs de jeu qui supportent l'affichage HDR ne peuvent pas proposer une image directement adaptée à ces écrans. Ils vont construire l'image en HDR, comme pour l'affichage classique, et lui appliquer, par exemple un filtre de tone mapping de type HDR 16-bit vers HDR 10-bit générique. L'écran va recevoir cette image et lui réappliquer un second filtre de tone mapping cette fois spécifiquement calibré pour ses spécificités. Cette approche n'est évidemment pas optimale !

FreeSync 2 s'attaque à ce problème de façon assez logique. L'écran va communiquer ses spécificités en matière de HDR aux pilotes, qui vont les mettre à disposition du moteur de jeu à travers une API spécifique. Un moteur de jeu qui disposera alors des bons paramètres pour calibrer son algorithme de tone mapping de manière à ce qu'il génère une image HDR "native", directement affichable par l'écran.

L'intérêt principal est de réduire la latence d'affichage en évitant un traitement de plus au niveau de l'écran. Mais il est également qualitatif puisque le moteur de jeu vidéo travaille en général sur une image HDR de précision plus élevée par rapport à ce dont dispose un contrôleur (scaler) d'écran HDR lorsqu'il se charge du tone mapping.

AMD indique que les écrans certifiés FreeSync 2 devront être capables au minimum de doubler la luminosité perçue et l'espace colorimétrique par rapport au sRGB, de gérer les transisitions vers le mode HDR natif de façon transparente et de respecter une latence réduite (mais non précisée).

Par ailleurs, petit bonus bienvenu, AMD resserre les spécifications par rapport au support de la fréquence de rafraîchissement variable qui sera évidemment toujours de la partie mais qui devra s'accompagner obligatoirement du support du mode LFC, qui pour rappel est l'élément garant de la fluidité sur une large plage de performances.

AMD précise que toutes les Radeon compatibles FreeSync supporteront également FreeSync 2. Les premiers écrans FreeSync 2 sont attendus avant mi 2017, soit tout juste à temps pour Vega, et nous pouvons supposer que Nvidia proposera d'ici-là une initiative similaire.

Vous pourrez retrouver l'intégralité de la présentation d'AMD ci-dessous :

 

 

Avec un peu d'avance, le premier cadeau de Noël provient de CPC Hardware  qui dans son dernier numéro publie les premiers résultats non officiels d'un AMD Ryzen. Nous ne dévoilerons bien entendu pas tout le contenu du magazine que nous vous invitons à acquérir - sachez qu'il comporte également une enquête sur la dérive d'Intel - mais les performances (non définitives) de ce prototype à 8 coeurs / 16 thread fonctionnant de base à 3.15 GHz avec un Turbo à 3.3 / 3.5 GHz (8C/1C, mais ne dépassant pas 3.4 GHz en pratique dans ce dernier cas) sont encourageantes.

Il s'avère en effet 60% plus performant qu'un FX-8370 (4.0/4.3 GHz) en applicatif et 32% en jeux, un i7-6900K (3.2 GHz et Turbo à 3.5/3.7 GHz) restant tout de même 14.6% et 10% plus véloce. Dans le domaine ludique l'i7-6700K reste hors d'atteinte avec 21,5% d'avance mais il s'agit d'un 4 coeurs fonctionnant à 4/4.2 GHz. Le tout se fait avec une consommation réduite, environ 93W pour le processeur seul contre 118W pour un FX-8370 et 96W pour un i7-6900K.

Voilà qui est positif et qui va même un peu plus loin que ce que nous avions pu voir jusqu'alors. AMD est maintenant dans la dernière ligne droite et doit s'attacher durant le prochain trimestre à fiabiliser la plate-forme AM4 et son chipset Promontory, augmenter la fréquence et plus particulièrement celle des versions 4 coeurs et bien entendu ajuster au mieux sa grille tarifaire afin de secouer ce marché du CPU !

AMD a mis en ligne la version 16.12.2 Beta de ses pilotes Radeon Software. Ces pilotes suivent la mise en ligne il y a presque deux semaines de la version Crimson ReLive (12.6.1) et apportent principalement une flopée de correctifs sur de nouvelles fonctions qu'elle apporte, principalement sur l'enregistrement et le streaming temps réel ReLive.

Pour les détails et le téléchargement vous pouvez vous rendre sur cette page !