ATI-Radeon-HD-5000-Serie

Die Radeon-HD-5000-Serie ist eine Serie von Desktop-Grafikchips der Firma AMD und der Nachfolger der Radeon-HD-4000-Serie. Alle Grafikprozessoren dieser Serie unterstützen das Shadermodell 5.0 nach DirectX 11 und OpenGL 3.1, zudem auch OpenCL in der aktuellen Version. AMD vermarktet die Fähigkeit der Grafikkarten andere Aufgaben abseits der Grafikberechnung zu erfüllen unter dem Begriff "ATI Stream".

Für die Radeon-HD-5000-Serie verwendet AMD auch den Codenamen „Evergreen“.

Beschreibung

Erste lauffähige Modelle der Evergreen-Serie präsentierte AMD im Juli 2009 auf der Computex in Taipeh. Am 10. September 2009 stellte AMD die Radeon-HD-5000-Serie der Fachpresse vor, während die offizielle Vorstellung am 23. September 2009 stattfand. Dabei wurden die Karten Radeon HD 5850 und 5870 vorgestellt, welche auf dem neuentwickelten Cypress-Grafikprozessor basieren.

Der Cypresskern, welcher in der Fachpresse teilweise noch als RV870 bezeichnet wird, verwendet die sogenannte Terascale-2-Architektur, wobei es sich um eine Weiterentwicklung der Unified-Shader-Architektur der R600-GPU handelt. Mit ca. 2,1 Mrd. Transistoren war der RV870 zum Zeitpunkt seiner Vorstellung die bis dahin komplexeste GPU auf dem Markt. Der Cypresskern wird im 40-nm-Fertigungsprozess hergestellt und erreicht damit eine Die-Fläche von 334 mm². Er unterteilt sich in mehrere Shadercluster, wobei ein Cluster aus 16 5D-Shadereinheiten und vier Textureinheiten besteht. Er übernimmt somit die Aufteilung der RV770- bzw. RV790-GPUs, allerdings erhöht sich die Anzahl der Shadercluster von 10 auf 20. Im Vergleich zur Vorgängergeneration hat sich somit auf dem Cypresskern die Anzahl der Streamprozessoren von 800 auf 1600 verdoppelt. Unabhängig von den Shaderclustern hat sich auch die Anzahl der Raster Operation Processors (ROP) verdoppelt. Da allerdings weiterhin ein 256-Bit-Speicherinterface verwendet wird, sind nun pro Speichercontroller zwei ROP-Cluster vorhanden, die von einem 128 KB L2-Cache umgeben sind. Das Speichermanagement verwendet nun EDC (Error Detecting Code), die Fehler werden durch zyklische Redundanzprüfung (CRC) erkannt. Durch sogenanntes "Link Retraining" ist es zudem möglich, Takt und Spannung des Speichers schnell und zuverlässig zu verändern, weswegen der GDDR5-Speicher im Gegensatz zur Vorgängerserie auch im Leerlauf automatisch tief herunter getaktet wird.

Aufgrund der Auslegung für DirectX 11 mussten weitere Architekturänderungen am Cypresskern vorgenommen werden, u.a. die Unterstützung des Shader-Model 5.0. Dieses enthält die Verwendung der neuen Compute-, Hull- und Domain-Shader, machte die Verbesserung der Texturkomprimierung notwendig (z. B. 6:1-Komprimierung bei 16-Bit-HDR-Texturen) und verlangt von den Textureinheiten die maximale Texturauflösung von 16k x 16k (vorher 8k). Der Compute-Shader dient der Unterstützung von Direct Compute, also der Berechnung von nicht grafischer Daten auf der GPU (GPU-Computing). Direct Compute steht dabei in Konkurrenz zu OpenCL. Die Architektur wurde auch für GPU-Computing optimiert und unterstützt den IEEE-754-2008-Standard, weshalb die GPU Fused Multiple Add (FMA) durchführen kann. Neben Optimierungen an den Caches wurden noch weitere Befehle, wie etwa Sum of Absolute Differences (SAD) sowie für Direct Compute wichtige Befehle wie Bit count, insert, extract, implementiert. Bereits seit dem R600-Grafikprozessor verbaut ATI sogenannte Tessellator-Einheiten, welche mit der DirectX-11-Unterstützung grundsätzlich notwendig werden. Mit ihnen ist es möglich, durch relativ geringem Rechenaufwand die Anzahl der Polygone in einem Objekt zu erhöhen. Neu ist dabei die Verknüpfung mit den Hull- und Domain-Shadern, während auf der Vorgängergeneration der Tessellator weitgehend nur mit dem Geometrie-Shader agierte. Unabhängig von der DirectX-11-Implementierung präsentiert AMD unter dem Namen „ATI Eyefinity“ die Möglichkeit, mehr als zwei Bildschirme nativ anzusteuern.

Die Radeon HD 5870 wies bei ihrer Präsentation in etwa die Performance der Dual-Grafikkarte Radeon HD 4870 X2 auf. Neben der Performance erhielt AMD in der Fachpress Lob für den verbesserten Energiesparmechanismus, nachdem dieser auf der Vorgängergeneration bei der Verwendung von GDDR5-Speicher nur begrenzt effektiv arbeitete. Auf der Radeon HD 5850 wurden zwei Shadercluster deaktiviert und auch die Taktraten reduziert. Obwohl beide Karten zur offiziellen Präsentation am 23. September bereits gelistet waren, war zunächst keine lieferbar, weshalb es sich dabei um einen sogenannten Paperlaunch handelte.

Grafikprozessoren

Grafikchip	Fertigung			Einheiten						DirectX / OpenGL Version	Video- prozessor	Schnitt- stelle
	Prozess in nm	Transistoren in Mio.	Die-Fläche in mm²	ROPs	Unified-Shader			TAUs	TMUs
					Stream- prozessoren	Shader- Einheiten	Shader- Cluster
Cypress	40	2154	334 mm²	32	1600	320	20	80	80	11 / 3.1	UVD 2.0	PCIe 2.0

Namensgebung

Bei der Evergreen-Serie kommt das gleiche Bezeichnungssystem, wie bereits seit der Radeon-HD-3000-Serie zum Einsatz. Alle Grafikkarten werden mit „ATI Radeon HD“ und einer zusätzlichen vierstelligen Nummer bezeichnet, die generell mit einer „5“ (für die Serie) beginnt. Die zweite und dritte Ziffer dienen der Unterteilung in verschiedene Modelle.

Aufteilung:

• HD 5850: Performance
• HD 5870: High-End

Modelldaten

Grafikchip	Offizieller Launch	Grafikprozessor (GPU)						Grafikspeicher
		Typ	Aktive Einheiten				Takt in MHz	Größe in MB	Takt in MHz	Typ	Speicher- interface
			ROPs	Shader- Cluster	SPs	TMUs
Radeon HD 5850	23. Sep. 2009	Cypress	32	18	1440	72	725	1024	2000 (1000)	GDDR5	256 Bit
Radeon HD 5870	23. Sep. 2009	Cypress	32	20	1600	80	850	1024 2048	2400 (1200)	GDDR5	256 Bit

Leistungsdaten

Für die jeweiligen Modelle ergeben sich folgende theoretische Leistungsdaten:

Modell	Rechenleistung über die Streamprozessoren in GFlops		Pixelfüllrate des Grafikprozessors in GPixel/s	Texelfüllrate des Grafikprozessors in GT/s	Datenübertragungsrate zum Grafikspeicher in GB/s
	SP (MAD)	DP (FMA)
Radeon HD 5850	2088	417,6	23,2	52,2	128
Radeon HD 5870	2720	544	27,2	68,0	153,6

Hinweise:

• Die angegebenen Leistungswerte für die Rechenleistung über die Streamprozessoren, die Pixelfüllrate, die Texelfüllrate und die Speicherbandbreite sind theoretische Maximalwerte. Die Gesamtleistung einer Grafikkarte hängt unter anderem davon ab, wie gut die vorhandenen Ressourcen ausgenutzt bzw. ausgelastet werden können. Außerdem gibt es noch andere, hier nicht aufgeführte Faktoren, die die Leistungsfähigkeit beeinflussen.
• Die Rechenleistung über die Streamprozessoren ist nicht direkt mit der Leistung der Nvidia-Geforce-Serie vergleichbar, da diese auf einer anderen Architektur aufbaut, welche anders skaliert.

Leistungsaufnahmedaten

Die in der Tabelle aufgeführten Messwerte beziehen sich auf die reine Leistungsaufnahme von Grafikkarten, die dem ATI-Referenzdesign entsprechen. Um diese Werte zu messen, bedarf es einer speziellen Messvorrichtung; je nach eingesetzter Messtechnik und gegebenen Messbedingungen, inklusive des genutzten Programms, mit dem die 3D-Last erzeugt wird, können die Werte zwischen unterschiedlichen Apparaturen schwanken. Daher sind hier Messwertbereiche angegeben, die jeweils die niedrigsten und höchsten gemessenen Werte aus verschiedenen Quellen darstellen.

Modell	Typ	Verbrauch (Watt)			Zusatzstromstecker
		TDP	Messwerte
			Idle	3D-Last
Radeon HD 5850	Cypress	170	18-19	149-150	2× 6-Pin
Radeon HD 5870	Cypress	188	19-21	186-214	2× 6-Pin

Weitaus üblicher als die Messung des Verbrauchs an der Grafikkarte ist die Bestimmung der Leistungsaufnahme eines Gesamtsystems. Dazu wird ein Referenzsystem zusammengestellt, in dem die verschiedenen Grafikkarten eingebaut werden; daraufhin findet die Messung mithilfe eines Energiekostenmessgerätes oder einer vergleichbaren Apparatur direkt an der Steckdose statt. Allerdings ist die Aussagekraft der Messwerte begrenzt: Es ist nicht klar, welcher Verbrauch von der Grafikkarte stammt und was dem restlichen PC-System zuzuschreiben ist. Der Unterschied im Verbrauch zwischen Idle- und 3D-Lastbetrieb ist bei dieser Messmethode nicht nur davon abhängig, mit welchem Programm die Last erzeugt wurde; die Auslastung und Effizienz des restlichen PC-Systems inklusive Netzteil, Mainboard und Prozessor beeinflussen die gemessene Differenz ebenfalls. Da sich die getesteten Systeme in der Regel von dem eigenen PC-System zuhause unterscheiden, lassen sich die dort angegebenen Werte nicht auf das eigene System abbilden. Nur Messdaten von sonst identischen Systemen taugen (bedingt) für den Vergleich untereinander. Wegen dieser Abhängigkeit sind Gesamtsystem-Messwerte in der hiesigen Tabelle nicht aufgeführt. Da sie aber ein besseres Bild von der praktischen Leistungsaufnahme eines konkreten Systems mit einer bestimmten Grafikkarte vermitteln können, werden unter den Weblinks Webseiten aufgelistet, die solche Messungen vornahmen.

Weblinks

• Offizielle Produktseite der Radeon HD 5870 bei AMD
• Offizielle Produktseite der Radeon HD 5850 bei AMD

Messung der Leistungsaufnahme eines Gesamtsystems

• Messungen der Radeon HD 5870 und anderen bei ComputerBase

Einzelnachweise

Grafiklösungen von AMD (früher ATI Technologies)