Seite 1: AMD Radeon R9 285 mit Tonga-GPU im Test

saphire-285-10-950x633Die Einführung der Radeon R9 285 könnte für AMD und die zukünftige Produktpolitik weitaus weitreichender sein, als man zunächst annehmen möchte. Zunächst einmal ist die Karte das 8. Modell der Radeon-R9-Serie, die schon vorher recht vollgepackt war und bis auf absehbare Zeit auch recht unübersichtlich bleiben wird. Mit der Radeon R9 285 führt man aber auch das erste Modell mit neuer "Tonga"-GPU ein. Auf architektonischer Ebene hat AMD weitreichende Änderungen durchgeführt, um bei gleicher Anzahl an Shadereinheiten, weniger Grafikspeicher und geringeren Anbindung desselbigen auf eine, wenn auch nur leicht höhere Leistung zu kommen. Wo genau diese Änderungen zu suchen sind und was eine Radeon R9 285 besser macht als die anderen Modelle der Serie, klären wir im nun folgenden Artikel.

NVIDIA hat es mit der "Maxwell"-GPU der GeForce GTX 750 und GTX 750 Ti vorgemacht - die bestehende Architektur kann, mit kleinen Änderungen, bei gleicher Fertigung eine deutlich höhere Effizienz erreichen. Die GeForce GTX 750 (Ti) ist nicht im High-End-Bereich angesiedelt, dennoch erreichte sie ihr Ziel und kommt teilweise sogar ohne zusätzliche Stromversorgung aus. Durch den geringen Verbrauch ebenfalls möglich gemacht werden (semi)passive Karten, die wir ebenfalls bereits unter die Lupe genommen haben. Ob sich die Strategie auch auf die im Herbst zu erwartenden "Maxwell"-Karten der 2. Generation hochrechnen lassen, bleibt aktuell noch im Dunkeln. NVIDIA hat sich mit technischen Details zu den Änderungen zurückgehalten und nicht wirklich verraten, welche Änderungen an den "Maxwell Streaming Multiprozessoren" vorgenommen wurden. Einzige Erklärung zur höheren Effizienz und damit Performance sind wohl der L2-Cache, der von 256 KB der "Kepler"-Architektur auf 2.048 KB bei "Maxwell" aufgebohrt wurde. Es bleibt weiterhin bei einer Bandbreite von 512 Byte pro Takt. Ebenfalls verbessert wurde die Zuarbeit zu den Shadereinheiten (Scheduling, Balancing etc.), sodass auch jeder einzelne Shader etwas schneller arbeiten soll. Damit einher geht auch eine höhere Anzahl an Instruktionen, die pro Takt abgearbeitet werden können.

Ähnliche Maßnahmen wird wohl auch AMD vorgenommen haben, denn es bleibt bei der GCN-Architektur mit leichten Verbesserungen im 28-nm-Fertigungsprozess. Die "Graphics Core Next"-Architektur hat ohnehin inzwischen mehrere Iterationen erreicht, die nicht immer leicht zu durchblicken sind. "Tahiti", "Hawaii", "Bonaire" und nun auch "Tonga" unterscheiden sich in einigen wichtigen Bereichen entscheidend. Auf die Details gehen wir später noch genauer ein.

Sapphire Radeon R9 285 Dual-X OC
Sapphire Radeon R9 285 Dual-X OC

Kommen wir nun aber zur Radeon R9 285. Seitens AMD wird es kein echtes Referenzmodell geben, sodass die Redaktionen mit Retail-Karten versorgt wurden, die ab heute auch im Handel erhältlich sein sollen. In unserem Falle ist dies die Sapphire Radeon R9 285 Dual-X OC, die, wie der Name schon verrät, allerdings mit etwas höheren Taktraten von GPU und Speicher arbeitet. Daher mussten wir die Taktung bei der Komponenten etwas reduzieren, um auf die Referenzvorgaben von AMD zu kommen. Mehr dazu aber im nächsten Abschnitt.

Architektonische Eckdaten

Auch bei der neuen "Tonga"-GPU bleibt AMD der Fertigung von 28 nm bei TSMC treu. Für die höhere Effizienz des Chips ist also kein Wechsel bei der Fertigungstechnologie verantwortlich, sondern eine überarbeitete Architektur. AMD gibt eine Chipgröße von 359 mm2 für "Tonga" an. Zum Vergleich: Die "Hawaii"-GPU der Radeon R9 290 und 290X kommt auf 438 mm2 und die alte "Tahiti"-GPU-Generation auf 352 mm2. Die Anzahl der Transistoren gibt AMD mit 5 Milliarden an.

AMD-Radeon-R9-280-Serie in der Übersicht
Modell AMD Radeon R9 280 AMD Radeon R9 280X AMD Radeon R9 285
Straßenpreis ab 165 Euro ab 210 Euro -
Homepage www.amd.de www.amd.de www.amd.de
Technische Daten
GPU Tahiti Pro Tahiti XT Tonga Pro
Fertigung 28 nm 28 nm  28 nm
Transistoren 4,3 Milliarden 4,3 Milliarden  5,0 Milliarden
GPU-Takt (Base Clock) - 1.000 MHz  -
GPU-Takt (Boost Clock) 933 MHz 1.050 MHz  918 MHz
Speichertakt 1.250 MHz 1.500 MHz  1.375 MHz
Speichertyp GDDR5 GDDR5 GDDR5
Speichergröße 3.072 MB 3.072 MB 2.048 / 4.096 MB
Speicherinterface 384 Bit 384 Bit 256 Bit
Speicherbandbreite 240,0 GB/Sek. 288,0 GB/Sek. 176,0 GB/Sek.
DirectX-Version 11.2 11.2 12
Shadereinheiten 1.792 2.048 1.792
Texture Units 112 128 112
ROPs 32 32 32
TDP 250 Watt 250 Watt 190 Watt

Wie bei "Tahiti" in den beiden Varianten wird auch von "Tonga" erwartet, dass wir hier noch eine zweite Konfiguration sehen werden, die dann als Radeon R9 285X erscheinen könnte. Bleiben wir aber zunächst einmal bei dem, was wir aktuell wissen. Demnach verfügt die "Tonga"-GPU über 28 Compute Units, die jeweils vier SIMDs (Single Instruction Multiple Data) zu nochmals 16 ALUs (Arithmetic Logic Unit) enthalten, sodass wir auf 64 Shadereinheiten pro Compute Unit kommen. Insgesamt ergeben sich somit 28 x 4 x 16, also 1.792 Shadereinheiten der Radeon R9 285. Keinerlei Änderungen sind auch bei der restlichen Konfiguration vorhanden. Gleich bleibt auch die Konfiguration der Textureinheiten und Render Backends. Wir sprechen also von 112 Textureinheiten und 32 ROPs.

GPU-Z-Screenshot der Sapphire Radeon R9 285 Dual-X OC
GPU-Z-Screenshot der Sapphire Radeon R9 285 Dual-X OC

Die GPU lässt AMD mit einem maximalen Boost von 918 MHz arbeiten. Damit arbeitet die GPU nur geringfügig langsamer als bei der Radeon R9 280 mit "Tahiti"-GPU. Auffällig sind die Änderungen beim Speicher, denn dieser arbeitet nun mit 1.375 MHz bei einer Speicheranbindung von 256 Bit. Dies führt dennoch "nur" zu einer Speicherbandbreite von 176 GB pro Sekunde. Im Vergleich zu den 240 GB pro Sekunde bei der Radeon R9 280 sprechen wir hier also von einer signifikanten Reduzierung in diesem Bereich. Beim Speicherausbau lässt AMD seinen Partnern die Wahl zwischen 2 und 4 GB - jeweils GDDR5-Speicher. Dennoch will AMD mit der Radeon R9 285 in Sachen Leistung leicht über der Radeon R9 280 liegen und dies bei einer geringeren Leistungsaufnahme von nur noch 190 anstatt 250 Watt. Wie dies möglich sein soll, klären wir im folgenden Abschnitt, denn natürlich musste AMD dazu Änderungen an der Architektur durchführen.

Änderungen in der GCN-Architektur
Änderungen in der GCN-Architektur

Eine Möglichkeit, die Performance eines Chips bei gleichem Takt zu steigern, ist die Anzahl der Berechnungen pro Takt zu erhöhen. Im Vergleich zu "Tahiti" kann die "Tonga"-GPU vier sogenannte "Primitives", also einfache Additionen pro Takt berechnen. Dies entspricht einer Verdopplung gegenüber "Tahiti" und sorgt schon einmal für einen deutlichen Schub bei der Gesamtperformance. Damit liegt "Tonga" auf Niveau der "Hawaii"-GPU in dieser Hinsicht. Auch bei der Tesselation-Performance macht "Tonga" einen Sprung nach vorne und soll im Vergleich zu "Tahiti" um den Faktor 2-4 schneller sein. Um die geringere Speicherbandbreite zu kompensieren, hat AMD eine verlustlose Delta-Farbkorrektur entwickelt, welche in etwa 40 Prozent Speicherbandbreite einspart, da nicht mehr derart viele Informationen übertragen werden müssen wie ohne dieses Kompressionsverfahren. Letztendlich soll der Speicherdurchsatz der Radeon R9 285 höher sein, als bei der deutlich breiter versorgten Radeon R9 280. Diese beiden Maßnahmen dürften hauptverantwortlich für den Performance-Gewinn sein.

Änderungen in der GCN-Architektur
Änderungen in der GCN-Architektur

Stark verbessert will AMD auch aber auch das Verhalten beim GPU-Computing haben, was auch erklärt, warum die "Tonga"-GPU auf der FirePro W7100 ihre Premieren feierte. Instruktionen für die parallele Bearbeitung können nun zwischen SIMD-Lanes ausgetauscht werden. Ebenfalls verbessert wurde das Task Scheduling, also die Methode zur Aufteilung von Rechenoperationen zwischen den Shadereinheiten. Neue 16-Bit-Fließkommainstruktionen sorgen ebenfalls für eine effizientere Arbeitsweise im GPU-Computing und Media Processing. All dies ist Teil eines aktualisierten ISA (Instruction Set Architecture) Instruction Sets.

Blockdiagramm der Tonga-GPU
Blockdiagramm der Tonga-GPU

Für das Media Processing hat AMD aber auch den Fixed Function Encoder innerhalb der VCE (Video Coding Engine) überarbeitet. Damit unterstützt die VCE sowie die Baseline- als auch die Main-Profiles für das Encoding von H.264 Inhalten.

Mantle, TrueAudio und XDMA-Engine

Natürlich werden von der "Tonga"-GPU auf der Radeon R9 285 auch die Features wie Mantle, TrueAudio und eine XDMA-Engine (welche die CrossFire-Bridge überflüssig macht) unterstützt. Auf Mantle und TrueAudio sind wir bereits in mehrfacher Hinsicht eingegangen. So haben wir Battlefield mit Mantle getestet und außerdem Thief mit Mantle und TrueAudio ausprobiert. Erst vor kurzem haben wir die bisherige Entwicklung und Zukunftsaussichten von Mantle beleuchtet. Mit Titeln wie Star Citizen, Civilization: Beyond Earth und einigen weiteren wird uns Mantle auch noch einige Zeit begleiten.