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 2테라플롭스의 벽을 허문 HD 5800 시리즈
AMD ATI는 HD 4800 시리즈를 통해 1TeraFLOPs의 처리 능력을 제공하면서 서버급에서 제공하는 테라스케일의 컴퓨팅 성능을 구현해 냈다. 이에 이어 등장한 DirectX 11 지원 HD 5800 시리즈는 이의 2배에 이르는 2TeraFLOPs를
넘어서는 처리 능력을 제공하게 되었으며, 기존 HD 4800 시리즈와 많은 부분에서 변화가 이루어졌다.
HD 5800 시리즈, 2배로 증가된 프로세싱 아키텍처
[2테라플롭스 이상의 처리 성능 제공하는 HD 5800 시리즈]
HD 5800 시리즈는 DirectX 11 지원에 맞추어 명령어 및 스트림 프로세서 등의 다양한 부분에서 변화가 이루어졌다. 이전 세대인 HD 4800 시리즈가 테라스케일의 컴퓨팅 성능을 제공하였던 것과 비교하여 2배가 약간 더 넘는 컴퓨팅 성능을 제공한다. 즉, 2TeraFOPs 이상의 처리 능력을 제공하며, 초당 20 Gigapixels (20 Gigapixels/ sec)가 넘는 처리 성능을 제공한다.
HD 5800 시리즈는 또, 800개의 스트림 프로세서를 제공하던 HD 4800 시리즈보다 최대 2배인 1600개의 스트림 프로세서 (HD 5870), HD 5850은 1440개의 스트림 프로세서를 제공하여 쉐이더 처리능력 개선, SIMD (Single Instruction Multiple Data) 코어 개선, 텍스처 유닛 증대와 텍스처 캐쉬 최적화, 고클럭 GDDR5 SDRAM 메모리에 최적화된 Hub 메모리 컨트롤러를 제공한다.
또, 고해상도와 안티앨리어싱의 성능 저하를 개선하기 위해 2배로 증가된 Render back-ends (ROP), 최대 6개의 모니터를 지원할 수 있도록 개선된 디스플레이 컨트롤러 (ATI Eyefinity 기술)도 추가되었다.
디스플레이 컨트롤러는 새롭게 지원되는 ATI Eyefinity 기술을 지원하며, 6개의 10bit 디스플레이 파이프라인을 통해 유연성 있는 출력 모드를 구성할 수 있다. 듀얼링크 DVI 구성시는 TMDS/DP 디스플레이 파이프라인을 2개 점유해 출력하는 구성이며, HD 5870 Eyefinity6 에디션은 TMDS/ DP 디스플레이 파이프라인을 개별로 하나씩 디스플레이 포트 (DP, DisplayPort) 출력하여 총 6개의 모니터 출력이
동시에 가능해진다.
그래픽엔진 개선된 HD 5800 시리즈
[그래픽 엔진 개선된 HD 5800 시리즈]
HD 5800 시리즈는 HD 4800 시리즈와 같은 아키텍처 구성을 가지지만 그래픽엔진에서는 DirectX 11 지원을 위해 여러 가지 변화가 이루어졌다.
먼저, 레스터라이저 (레스터라이저 (Rasterizer)는 버테스 쉐이더를 통해 정점의 그룹이 입력되었을 경우 출력 좌표는 그 영역내에서 픽셀을 결정하기 위해서 보간되며, 이러한 작업이 레스터라이제이션이다. 이 작업을 통해 픽셀 각각이 픽셀 쉐이더를 통과하여 화면상의 색을 계산하게 된다.)를
기존보다 한 개 더 늘려 2개를 제공하여 처리 효율을 높였다.
또, DirectX 11에 맞는 테셀레이션 유닛 (테셀레이터)를 내장했다. AMD ATI에서는 이를 6세대 기술로 보고 있으며, 프로그래머블 가능한 DirectX 11 Hull과 Domain 쉐이더도 함께 포함된다. 또, 정점 생성시 만들어지는 불필요한 인위적인 구조물 (정점 생성시 부하를 높이는 등의 불필요한 것들)을 줄이는 새로운 알고리즘을 도입했다.
이 외에도 스트림 프로세서에 추가된 새로운 명령어, 유연성 향상, 작은 성능비 개선, 고정 버퍼 성능 개선, 빨라진 지오메트리 쉐이딩, OpenGL 처리 능력 향상 (클리핑 속도와 라인 렌더링 성능 개선, 12bit 서브픽셀 연산 개선)이 HD 4800 시리즈와 비교하여 개선되었다.
2배로 증가된 스트림 프로세서 및 텍스처 유닛
[최대 2배로 늘어난 스트림 프로세서와 텍스처 유닛]
HD 5800 시리즈는 HD 4800 시리즈가 10개의 SIMD 유닛으로 구성되었던 것과 달리 2배로 늘어난 20개의 SIMD 유닛 내장 (HD 5870), 18개 SIMD 유닛 (HD 5850)이 내장되어 총 1600/ 1440개의 스트림 프로세서가 내장된다. 각각에는 16개의 스레드 프로세서와 5개의 스트림 코어 (R600부터 적용된 Very Long Instruction Word 아키텍처 적용된 5-Way Superscalar)가 내장된다. 이로 인하여 HD 5800 시리즈는 트랜지스터의 수가 크게 늘었고 단위면적 당 성능도 크게 증가, 와트당 성능 증가, 부동소수점 연산 두 배 정밀도 향상 (FP64 연산), 40nm 공정을 통해 스트림 프로세서가 차지하는 면적도 기존보다 작아졌다.
HD 5800 시리즈는 1600/ 1440의 프로그래밍 가능한 쉐이더는 최상일 때 1600/ 1440개의 스레드를 처리할 수 있으며, 최악의 경우 320/ 288개의 스레드를 처리할 수 있어 기존 HD 4800 시리즈의 160개 처리보다 2배에 가까운 스레드 처리 능력을 제공할 수 있다. (NVIDIA GTX 285 등은 240개의 스레드를 처리할 수 있다.)
쉐이더 처리 성능은 AMD ATI와 NVIDIA의 처리 방식이 서로 달라 어떤 것이 항상 유리하다고 볼 수 없고 프로그래밍에 따라 최적화되면 최적의 성능을 얻을 수 있게 된다. 스트림 프로세서 클럭은 NVIDIA가 코어 클럭과 비동기식 설정으로 더 높은 클럭을 통해 처리 성능을 높이고 있는 것과 달리 기존과 같이 코어 클러과 동기화되어 동작하는 방식을 제공하며, HD 4800 시리즈보다 쉐이더 처리 능력을 높였기 때문에 보다 향상된 성능을 기대할 수 있다.
[텍스처 유닛 및 캐쉬 증가]
HD 5800 시리즈는 텍스처 대역폭 향상 및 처리 능력 증대, 증가된 캐쉬 메모리 대역폭, 메모리 컨트롤러 당 128KB의 2배로 늘어난 L2 캐쉬를 제공한다. 또, DirectX 11에 맞도록 16k x 16k 최대 해상도, 32bit/ 64bit HDR 블록압축모드도 추가되었다.
SIMD 코어는 80 스칼라 스트림 프로세싱 유닛과 16KB에서 2배 늘어난 32KB Local Data 공유 캐쉬를 제공하며, 4개의 텍스처 유닛과 L1 8KB캐쉬를 제공한다. SIMD 코어 간의 커뮤니케이션에
64KB 전역 데이터 공유 캐쉬를 제공하는 구조로 16KB를 제공하는 HD 4800 시리즈보다 4배가 늘었다. (공유 SIMD 역시 2배로 늘어나기 때문에 SIMD 당 데이터 용량은 2배가 된다.) SIMD 코어는 스레드 순서 조절을 위한 Thread Sequencer와 텍스처 유닛이 포함되고 있다.
HD 5800 시리즈는 L1 텍스터 페치 대역폭은 480GB/s인 HD 4800보다 늘어난 최대 1TB/s의 대역폭, L1 & L2 사이 대역폭은 384GB/에서 435GB/s로 늘어났다.
HD 5800 시리즈는 HD 5870이 20개 (4 텍스처 어드레스 유닛으로 총 80개, 16 FP32 텍스처 샘플로러 총 320개, 4 FP32 텍스처 필터링 유닛으로 총 80개)로 늘어난 텍스처 유닛을 통해 텍스처 처리 능력을 증대했다. (GTX 285는 텍스처 어드레싱 유닛과 필터링 유닛을 1:1 즉, 80 : 80개를 제공하여 HD 5870과 같은 수다. HD 5850은 72개)
HD 5800 시리즈 역시 FP16 필터링을 위한 텍스처의 비율은 줄이고 증대되는 32bit 필터링 성능을 높이는데 주안점을 두고 있다.
AA 개선을 위해 2배로 증가된 ROP (Render Back-Ends)
[16에서 32로 증가된 ROP]
HD 4800 시리즈가 16 ROP와 800개로 늘어난 스트림 프로세서를 통해 AA/ AF를 처리하는 방식으로 HD 3800에서 지적된 AA/ AF 성능 저하를 크게 개선했는데 HD 5800 시리즈는 스트림 프로세서가 1600/ 1440개로 늘어나고 ROP도 2배인 32로 늘어났다. 이를 통해 HD 5800 시리즈는 HD 4800 시리즈와 비교하여 AA/ AF 적용에 따른 성능 저하를 다시 한
번 크게 개선했다.
MSAA와 프로그래밍 가능한 CFAA 모드 지원도 기존과 동일하지만, 늘어난 ROP와 스트림프로세서를 통해 32bit/ 64bit 모드에서 HD 4800 시리즈 대비 2배에 이르는 클럭 당 처리능력을 제공하고 있다.
텍스처 필터링 알고리즘 개선
HD 5800 시리즈는 AF (Anisotropic Filtering, 비등방성필터링 (AMD ATI) 또는 이방성필터링 (NVIDIA)로 표기)의 새로운 알고리즘 도입을 통해 AF 효율과 성능을 개선했다. 새로운 AF 알고리즘은 이전 AF 알고리즘과 비교하여 모서리 의존 감소 및 성능상의 문제를 개선했으며, 고품질을 위해 LOD 처리 (Level Of Detail, 렌더링 속도와 품질 사이의 모델링 데이터의 정밀도 단계를 지정하는 기술이다. 가까운 것은 자세히 먼 것은 흐리게, 실제로는 먼 것도 100% 처리되며, 멀리있는 물체는 대충 표현해도 되는 점을 이용한 기술이다.)도 보다 효율적으로 개선되었다.
Hub 방식 메모리 컨트롤러 및 에러감지, 스위칭되는 고클럭 GDDR5
[에러감지 및 전압과 클럭 스위칭 가능한 고클럭 GDDR5 메모리 적용]
HD 5800 시리즈에는 고클럭을 위해 GDDR5 메모리를 HD 4800 시리즈와 같이 도입했으며, Hub 방식의 메모리 컨트롤러 구성을 한다. HD 5800 시리즈의 메모리 인터페이스는 HD 4800 시리즈와 같은 256bit로 구성된다. HD 5870은 5Gbps (5000MHz)를 지원하는 높은 클럭을 지원하는 GDDR5 메모리가 사용된다. 또한, 기존 HD 4800보다 최적화된 메모리 컨트롤러 영역, 에러감지 코드를 통해 고클럭의 데이터 전송에서도 신뢰도를 높여주고 있다.
그리고 결함 또는 전류의 이상없이 전압과 클럭을 즉시 스위칭이 가능해졌다. 2D 모드에서 HD 4800은 클럭이 고정되었으나 이 부분이 해결되어 2D 즉, 아이들 모드에서 더욱 낮은 클럭을 통해 소비전력을 크게 낮추고 있다.
DirectX 11 지원 게임도 등장
[DirectX 11 지원 게임 타이틀]
AMD ATI는 DirectX 10.1 지원 GPU인 HD 3800/ HD 4800 출시와 함께 이를 지원하는 게임 타이틀이 거의 전무한 상태였으나 HD 5800 시리즈는 DirectX 11 지원 코드마스터사의
Colin McRae : DiRT2를 비롯하여 에일리언 대 프레데터, 스토커 등과 같은 게임등을 함께 소개했다. 특히,
Colin McRae : DiRT2는 6개의 모니터를 통해 클론모드로 동작하는 HD 5870 Eyefinity6 에디션을 통해 데모도 시연되어 DirectX 11 지원 게임들의 등장도 함께 알렸다.
HD 5800 시리즈는 이처럼 내부적을 DirectX 11 지원에 최적화된 모습을 보여주고 있으며, 확장성도 HD 4800시리즈보다 크게 증가되고 있다. 지금까지 살펴본 HD 5800 시리즈의 개선된 부분을 정리하면 아래와 같다.
- DirectX 11에 최적화된 아키텍처
- 테셀레이터 추가, GPGPU 및 멀티스레딩 강화
- 스트림 프로세서 2배 증가 (800 - > 1600/ 1440)
- 2번 째 40nm 공정 (HD 4770에 이은 40nm 공정)
- 고클럭 GDDR5 메모리 사용 및 에러정정 기능 포함
- 텍스처 처리 유닛 20개로 늘어나 텍스처 처리향상 (40 -> 80)
- Z/Stencil 64에서 128로 처리성능 2배 향상
- 텍스처 필터링 알고리즘 개선으로 효율적인 처리 및 성능 향상
- Render Back-Ends (ROP) 유닛 2배 증가 (16 -> 32)
- 향상된 전력관리 (ATI PowerPlay 개선, GDDR5 클럭 및 전압 감소)
HD 4800 시리즈에 대한 내용은 지난 기사인
[이론편] 공정으로 압도하는 RV770. ATI Radeon
HD 4800 시리즈를 참조하자.
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