Itäpuolen näytönohjain

Llanon prosessoriosio lainaa ominaisuutensa nykyisistä prosessorimalleista, joten ei ole erityisen yllättävää, että myös näytönohjain muistuttaa nykypäivän Radeon-ohjaimia. Sumo-ydin on käytännössä päivitetty versio Redwood-ytimestä, joka on käytössä Radeon HD 5500 - ja 5600-sarjan korteissa.



Kuten kuvista näkyy, uuden ja vanhan version välillä ei ole erityisen paljon eroja ainakaan sisäosiensa puolesta. Llanon GPU:lla on pääsy muistiin integroidun northbridgen kautta, mutta 128-bittinen muistiväylä mahdollistaa silti kaistanleveyden, joka on verrattavissa erilliseen DDR3-muistilla varustettuun näytönohjaimeen. Keskittimen ulkopuolella Fusion APU:lla on kaksi näyttöjä ohjaavaa yksikköä ja UVD3-toiminnot kun Redwoodilla on neljä näyttöliitäntää ja UVD2-toiminnot.



Kun arvioidaan pelkästään ominaisuuksia, molemmat GPU:t ovat pitkälti samanlaisia: molemmat perustuvat AMD:n WLIV5-arkkitehtuuriin kuten muutkin HD 5000 -sarjan ohjaimet, jokainen säieprosessori (tunnettiin aiemmin Stream-prosessorina) sisältää neljä Radeon-ydintä ja yhden erikoisfunktioihin tarkoitetun laskentayksikön, branch-yksikön sekä rekisterit erikoistarkoituksia varten. Sumossa on viisi SIMD-moottoria, joissa kaikissa 16 säieprosessoria sekä neljä tekstuuriyksikköä. Pienellä laskennalla selviää, että yhteensä käytössä on 400 Radeon-ydintä ja 20 tekstuuriyksikköä varustettuna kahdella renderöintiosiolla, jotka sisältävät neljä värillistä ROP-yksikköä (eli kokonaisuudessan kahdeksan ROP:ta). Nämä ovat tasan samat numerot kuin Radeon HD 5570 ja HD 5670 korteilla.

Miksi AMD ei käyttänyt Radeon HD 6000 -sarjan laitteistoa? AMD itsensä mukaan syynä oli näytönohjaintiimin ja Llanon kehitystiimin työaikataulujen hankala yhteensovittaminen. Radeon HD 5000 -sarja ei muutenkaan eroa HD 6000 -sarjasta erityisen paljon, joten vanhemman rakenteen käyttämisestä ei juuri aiheudu menetyksiä suorituskyvyssä, varsinkin kun otetaan huomioon, että Llanon tapauksessa UVD moottori on kuitenkin päivitetty.

A8-sarjan APU:t hyödyntävät kaikkia 400 Radeon-ydintä kun taas A6-malleissa yksi SIMD-moottoreista on poistettu käytöstä mikä tarkoittaa 320 Radeon-ydintä ja 16 tekstuuriyksikköä (kuten Radeon HD 5550:n tapauksessa). A4-malleissa vielä yksi SIMD-moottori on käytöstä poissa eli käytössä on 240 Radeon-ydintä ja kahdeksan tekstuuriyksikköä. Myös yksi renderöintiosio on poistettu käytöstä mikä laskee ROP-yksiköiden määrän neljään.
Tässä artikkelissa emme käy läpi WLIV5-arkkitehtuurin teknisiä ominaisuuksia, vaan tutustumme tarkemmin Lllanon GPU:n eroavaisuuksiin edeltäjiinsä verrattuna. Llanossa on itse asiassa merkittäviäkin eroja.

Esimerkiksi UVD-moottori on päivitetty kolmosversioon, mikä tuo muun muassa Radeon HD 6000 -sarjasta tutut paremmat virransäästöominaisuudet. Käytännössä uudempi versio tuo laitteistokiihdytetyn videopurun MPEG-4 Part 2 -formaateille (kuten DivX ja Xvid), MPEG-2:lle ja Multi-View Codecille (eli MWC:lle), jota Blu-ray 3D-tekniikassa käytetään. Llano siis pystyy toistamaan Blu-ray 3D -elokuvia HDMI-liitännän läpi. Lisäksi power gating mahdollistaa mediatoiston käyttäen pelkästään kiinteätoimisia UVD3-piirejä GPU:n varjostinyksiköiden sijaan, mikä vähentää tehonkulutusta huomattavasti. AMD:n mukaan näiden optimointien ansiosta Llano pystyy toistamaan kaksi Blu-ray-elokuvaa yhdellä akun latauksella.



Näytönohjaimen muistiväylä ja muut väylät vaativat radikaaleja muutoksia, sillä APU käyttää muistia integroidun northbridgen kautta. GPU kykenee kirjoittamaan dataa samaan muistiin, johon perinteisesti pelkästään CPU:lla on pääsy. Siitä huolimatta GPU-osiolla on oma nopeampi muistiväylänsä, joka perustuu aitoon 128-bittiseen kaksikanavaiseen liitäntään, joka vastaa käytännössä Radeon HD 5570 - ja 5670-mallien toteutuksia. Kaistaa rajoittaa DDR3-muisti, joka on huomattavasti hitaampaa kuin moderneissa ohjaimissa käytetty GDDR5. Kannattaa huomioida, että Llanon GPU:n muistiväylä on kaksi kertaa leveämpi kuin vähävirtaisemmissa E- ja C-sarjan APU:issa käytetty 64-bittinen väylä.

Fusion-APU:lla on myös ainutlaatuinen ominaisuus, jota ei löydy erillisistä näytönohjaimista: suora yhteys yhdistettyyn muistiin joka on jaettu GPU:n ja CPU:n kesken, mikä mahdollistaa Zero Copy - ja Pin-in-Place-toimintojen käytön. Jotta ymmärtää tästä koituvan edun, kannattaa miettiä miten erillinen näytönohjain toimii. Ensiksi tekstuurikartat luodaan keskusmuistiin josta ne siirrettään Windowsin virtuaalimuistiin. Kun järjestelmä tarvitsee tekstuureja, se tarkistaa ensin niiden olinpaikan virtuaalimuistissa ja sen jälkeen kopioi ne DRAM-muistiin ja PCIe-väylän DMA siirtää ne näytönohjaimen muistiin. Yksinkertaisesti sanottuna prosessiin kuuluu paljon kopiointia paikasta toiseen, mikä saattaa aiheuttaa merkittäviä latensseja.

APU:n ei kuitenkaan tarvitse kopioida muistin sisältöä paikasta toiseen, sillä GPU- ja APU-osiot jakavat saman muistitilan. Zero Copy pääsee suoraan käsiksi virtuaalimuistiin. Siihen tarvitaan vain muistiosoittimen muutos eikä varsinaista kopiointia ole tarpeen tehdä. Sovellusten muistit voidaan jättää paikalleen ilman, että asioita kopioidaan käyttöjärjestelmän puskurimuistien kautta. Suurten datamäärien kopioinnissa APU päihittää jopa erillisen GPU:n.

Aiemmin esitelty tilanne toteutuu kuitenkin vain parhaissa tapauksissa. Kokonaisuudessaan Llano on noin 5 - 7 prosenttia hitaampi kuin erillinen näytönohjain, johtuen suuremmista latensseista. Loppupeleissä CPU:t ja GPU:t eivät ole erityisen yhteensopivia kun asioita tarkastellaan lähemmin. GPU:n täytyy antaa CPU:lle pienilatenssinen pääsy muistiin ja uudelleen järjestää muistiosoitteita, josta puolestaan aiheutuu lisää latenssia. Muistinhallintaan kuluu siis paljon tehoa ja vaikka osa hyötysuhteesta menetetään, lopullinen suorituskyky on hyvin lähellä samoilla ominaisuuksilla varustetun erillisen näytönohjaimen tehoja.
Näiden erojen jälkeen GPU-osio on identtinen minkä tahansa Radeon HD 5000 -kortin kanssa. Se sisältää TeraScale 2 -arkkitehtuurin, täyden tuen DirectX 11 -rajapinnalle (jota Sandy Bridge ei tue ja josta AMD muisti mainita useasti), OpenGL 4.1 -version, MSAA-, SSAA- ja MLAA-antialiasoinnin, kulmariippumattoman anisotropisen suodatuksen sekä OpenCL 1.1 -tuen. Vaikka kyseessä ei olekaan mikään high-end-malli, näiden ominaisuuksien perusteella Llanon GPU ei ole mikään leikelty ja vajavainen piiri, vaan siitä löytyy tasan samat ominaisuudet kuin muistakin Radeon-ohjaimista.

Dual Graphics



A-sarjan APU:illa on ainutlaatuinen ominaisuus, joka ainakin teorian tasolla auttaa integroitua GPU:ta mukavasti. Ne voivat toimia yhteistyössä erillisen näytönohjaimen kanssa kasvattaen nettosuorituskykyä. Vielä yllättävämpää on se, että Llano kykenee toimimaan yhteistyössä myös sitä itseään nopeampien tai hitaampien näytönohjainten kanssa. Dual Graphics ei vaadi kumppaniksi identtistä GPU:ta eikä se hidasta nopeampaa GPU:ta hitaamman tasolle kuten CrossFire-totetuksissa tapahtuu. Se kykenee tasaamaan kuorman tasapuolisesti eri ydinten välille ja kasvattamaan suorituskykyä. Jos erillinen GPU on kaksi kertaa integroitua GPU:ta nopeampia, ajurit antavat APU:lle yhden kehyksen kun tehokkaampi ohjain hoitaa kaksi kehystä.

Vaikka epäsymmetrinen CrossFire-toteutus kuulostaa hienolta idealta, sillä on myös omat rajoituksensa. Ensiksikin siitä ei ole mitään hyötyä, jollei ajettava ohjelma tue DirectX 11 -tai 10-rajapintaa. Jos käytössä on DirectX 9 -rajapintaa tai vanhempaa käyttävä peli, se itse asiassa heikentää suorituskykyä kahdesta näytönohjaimesta hitaamman tasolle. Lisäksi huomasimme nykimistä niissäkin tilanteissa, joissa sen pitäisi toimia ja vaikka testiohjelmien mukaan ruudunpäivitysnopeus olisi kohtalaisella tasolla. Lopuksi Dual Graphics ei toimi, ellei näytönohjaimien suorituskyvyn suhde ole lähellä kahden suhdetta yhteen. Jos erillinen näytönohjain on kolme kertaa Llanon integroitua GPU:ta nopeapi, Dual Graphicsista ei ole hyöytä. Tutustutaan rajoitteisiin tarkemmin hetken kuluttua.

Toinen rajoittava tekijä Sabine-alustalla on se, että OEM-valmistajien on tehtävä valinta joko Eyefinity-tuen tai Dual Graphicsin välillä. Koska A-sarjan kannettavat käyttävät molemmat näyttöä ohjaavat yksiköt APU:n ja Dual Graphicsin tarpeisiin, kolmannen näytön liittäminen Eyefinity-tilassa vaatii erillisen näytönohjaimen liitännän käyttöä. Toisin sanoen Dual Graphics ei ole enää mahdollinen. Toisaalta Eyefinity-tuki tuskin on erityisen tärkeä kannettavien tietokoneiden tapauksessa.

Näistä ikävistä rajoituksista huolimatta uskomme Dual Graphicsin potentiaaliin. Jos AMD parantaa tulevaisuudessa ajuritukea ja korjaa tähän mennessä löydetyt ongelmat, Dual Graphics saattaisi olla käyttäjän kannalta erinomainen ratkaisu. Fusion-pohjaisen kokoonpanon omistaja voisi käyttää 50 euroa näytönohjaimeen ja saada kuitenkin tehoa 80 euron edestä. Siitä olisi vielä enemmän hyötyä läppäreiden tapauksessa, kun tehosyöppö erillinen näytönohjain voidaan sammuttaa kokonaan ja käyttää APU:n tehoja perustyöskentelyyn ja ottaa molemmat taas käyttöön, kun verkkovirtaa on tarjolla.

Vaikka APU:n yhteyteen liitettäisiin Dual Graphicsin toiminnan estävä liian tehokas näytönohjain, APU:n GPU kykenee silti suorittamaan OpenCL-laskentaa kun erillinen ohjain hoitaa 3D-renderöinnin. Tämä on lähinnä tulevaisuutta varten oleva mahdollisuus, mutta pelikehittäjät voisivat hyödyntää OpenCL-tekniikkaa esimerkiksi fysiikan mallinnuksessa, mikä avaa paljon mielenkiintoisia mahdollisuuksia.