Cuando AMD estaba próxima a lanzar las GPUs Polaris el año pasado, le dió a la industria de la PC una agradable sorpresa: dio a conocer una hoja de ruta de sus arquitecturas de GPU para los años subsiguientes. Tradicionalmente, AMD mantenía sus planes en secreto, anunciando nuevas arquitecturas apenas unas semanas antes de que los productos estuvieran listos para aparecer en el mercado minorista.
Con Polaris, la empresa comenzó una nueva y sana costumbre, anunciando la arquitectura con cinco meses de anticipación. Además, la hoja de ruta exhibida el año pasado dejó ver los planes de AMD a largo plazo en materia de arquitecturas gráficas.
Lo que esa hoja de ruta permitía ver era que después de Polaris vendría Vega, con un lanzamiento previsto para este año, y que a continuación (el año próximo) llegaría Navi. Más allá de los plazos estimados, el mapa sólo mostraba que Vega usaría memoria HBM2 y que Navi aportaría escalabilidad y memoria de próxima generación. Pero en estos momentos, con el lanzamiento de Vega en el horizonte, algunos aspectos de la nueva arquitectura pueden verse más claramente. El primer chip de esta nueva generación está previsto para lanzarse durante la primera mitad de este año.
Así como el año pasado, más o menos para esta época, se pudieron ver por primera vez los detalles de Polaris y lo que aportarían las GPUs Radeon RX 480/470/460, este año AMD está haciendo lo mismo con Vega.
LO QUE PRETENDE AMD
Polaris tuvo como principal objetivo llevar el procesamiento gráfico de alto nivel al segmento medio del mercado, subiendo la vara de performance pero manteniendo los precios accesibles. Con Vega, AMD apuntará al alto rango, el cual quedó algo descuidado con Polaris. Además, con Vega la empresa pondrá en perspectiva los cambios que el mercado de GPUs sufrió en los últimos años, decidiendo lo que debe hacer para adaptarse a esos cambios.
El aprendizaje artificial es uno de los puntos salientes en la estrategia de AMD con relación a Vega, siendo un mercado que prácticamente de un día para el otro se convirtió en una gran fuente de ingresos para los fabricantes de GPUs. En este rubro es donde se ubican los productos de la familia Radeon Instinct.
También han cambiado fundamentalmente las estructuras de las cargas de trabajo que deben procesar las GPUs. El crecimiento en performance de éstas ha avanzado más rápidamente que su crecimiento en capacidad de memoria. La complejidad geométrica de las escenas en los juegos no ha parado de crecer. Los nuevos métodos de rendering cambiaron significativamente los patrones de acceso a memoria de las GPUs.
Vega buscará adaptarse a este nuevo escenario de las GPUs. Lo que ha divulgado AMD hasta ahora alcanza apenas para tener un primer vistazo, pero se sabe que al menos es el punto de partida para Vega.
LOS SHADERS DE VEGA
Desde el lanzamiento de su arquitectura GCN (Graphics Core Next) hace cinco años, AMD no había aplicado cambios significativos en sus shaders. Las subsiguientes iteraciones de GCN agregaron nuevas instrucciones y características, pero los núcleos de shaders se mantuvieron prácticamente igual, así como tampoco cambió el índice de IPC (instrucciones por ciclo de reloj) dentro de los shaders.
Así fue hasta Polaris inclusive. Con Vega, esto está cambiando. No se conoce la magnitud del cambio, pero está claro que AMD está aplicando el mayor cambio a sus núcleos de shaders desde el lanzamiento de GCN.
Un nuevo ingrediente aparece en el cocktail: NCU, unidad de cómputo de próxima generación. AMD ha estado trabajando en el soporte para formatos matemáticos empaquetados para futuras arquitecturas, y éstos saldrán a la luz en las NCU de Vega. De las diapositivas que exhibió AMD puede inferirse que las NCU se componen de 64 ALUs. No se ha dado información acerca de la organización de cada NCU, pero al menos se sabe que la cantidad de unidades de cómputo no cambiará en relación a Polaris.
Además de delinear sus nuevos formatos matemáticos empaquetados, AMD también está confirmando a un alto nivel que la NCU de Vega estará optimizada tanto para mayores frecuencias de reloj como para mayores valores de IPC. Ambos aspectos son de gran importancia para la performance de la GPU en general, y representan un área en la que AMD por lo general no se ha comparado muy favorablemente con Nvidia. Una mayor frecuencia de reloj significará un gran avance para la performance de GPU de AMD, y una mejora en IPC materializará la ventaja en cantidad total de ALUs (AMD siempre utilizó un mayor número de ALUs que los chips de Nvidia comparables, pero no le resultó fácil aprovechar esa diferencia).
GEOMETRÍA Y BALANCEO DE CARGA
Cuando AMD lanzó GCN 1.1, la empresa mencionó que GCN sólo podría escalar hasta 4 de los que denomina Shader Engines. Con sus GPUs “Fiji” y GCN 1.2, el diseño de shaders mantenía la limitación de 4 motores. Con Vega parecería que esa limitación desaparecerá. AMD señaló que Vega ofrece un mecanismo mejorado de balanceo de carga, lo cual sugiere que la arquitectura podrá distribuir eficientemente el trabajo a través de más de 4 unidades. De ser así, habrá un cambio importante en la forma en que la arquitectura GCN opera internamente, dado que la distribución de la carga de trabajo es clave en el funcionamiento de la GPU.
La distribución del trabajo se relaciona con un aspecto que es más visible desde la superficie: la línea de producción (pipeline) del procesamiento geométrico. AMD está prometiendo una mejora de más de dos veces en procesamiento geométrico por ciclo de reloj en relación a Polaris. Si bien el rendimiento geométrico mejoró bastante con Polaris, en ocasiones resultaba un cuello de botella para la performance de la GPU; con Vegas, se supone que este cuello de botella quedará eliminado.
Las mejoras en motores de procesamiento geométrico traerán de la mano aún otra característica, la cual AMD denomina shader de primitivas. Se trata de una nueva fase de shader que funciona en lugar de los usuales shaders de vértices y geometrías. El shader de primitivas permite un rápido descarte de primitivas ocultas o innecesarias. Además de mejorar el índice en general de primitivas, el descarte de primitivas innecesarias es otra forma de aumentar la performance general del procesamiento de geometrías, especialmente cuando éstas se vuelven cada vez más pequeñas en los juegos y la gran cantidad de polígonos amenaza con ahogar a la GPU.
HBM2
Las GPUs Fiji iniciaron una nueva era en cuanto al ancho de banda de memoria al utilizar High Bandwidth Memory (HBM). Esta memoria reemplazaba la interfaz angosta y veloz de GDDR5 por una más ancha y de menor frecuencia. Gracias a tecnologías como Through Silicon Vias (TSV), HBM pudo ofrecer mucho más ancho de banda que GDDR5 con menor consumo energético y usando menos espacio.
Vega subirá la vara de ancho de banda al utilizar HBM2. Esta nueva versión de la memoria de alto ancho de banda duplica el índice de HBM1 al ofrecer hasta 2 Gbps por pin. Con estas velocidades, AMD puede ya sea duplicar el ancho de banda de la memoria o reducir el número de pilas HBM necesarias para lograr la misma cantidad de ancho de banda.
Además hay importantes mejoras de capacidad. Las pilas de chips HBM1 admiten hasta 1 GB cada una, lo que significa que Fiji no puede tener más de 4 GB de VRAM. Las pilas HBM2 van más alto: hasta 8 GB por pila; esto significa que las limitaciones de capacidad de memoria involucradas con HBM simplemente desaparecerán. AMD podrá ofrecer 8, 16 ó 32 GB de memoria HBM2, lo cual se compara favorablemente con las actuales implementaciones de GDDR5.
LO QUE VIENE
Aunque el reciente anuncio de AMD brindó apenas un vistazo a vuelo de pájaro de lo que traerá Vega, no deja de ser un anuncio importante. Vega será el mayor cambio a la arquitectura de GPU de AMD desde que se lanzó GCN 1.0 cinco años atrás, y los cambios en las ALUs, la estructura de memoria y otros aspectos de Vega refuerzan este concepto. Vega no es una arquitectura completamente renovada, pero es claramente un gran refinamiento de GCN.
Hay muchas cosas que aún no se saben acerca de las nuevas GPUs que AMD lanzará este año. El primer chip Vega ya existe, tal como lo demostró el líder del grupo Radeon en AMD, Raja Koduri. En las primeras imágenes de dicho chip hay un aspecto que salta a la vista: 2 pilas de memoria HBM2.
Koduri no dijo qué chip era el que exhibió, pero teniendo en cuenta el mayor ancho de banda por pin que ofrecerá HBM2, es muy probable que tuviera un ancho de banda total de memoria de 512 GB/seg. Habrá que estar atentos, puesto que durante esta primera mitad de 2017 seguramente irán saliendo a la superficie más datos sobre los chips Vega, hasta que AMD los exhiba en toda su plenitud.
