中高端顯示卡大殺器

斯特

自從發(fā)布面向中高端的Radeon R9 285顯卡之后，AMD在顯卡領(lǐng)域就進(jìn)入了沉寂期。在這段沉寂期里，AMD一直在默默地研制自己的“秘密武器”—搭載“Fiji”核心的大殺器Radeon R9 Fury X。經(jīng)過無數(shù)次的“曝光”與“泄漏”之后，AMD終于在2015年6月17日這一天正式發(fā)布了各位粉絲期待已久的新旗艦顯卡Radeon R9 Fury X，將這款搭載全新“Fiji”GPU的業(yè)內(nèi)首款配備HBM顯存的頂級產(chǎn)品帶到了大家的面前。

高端之外還有更主流的游戲市場，AMD這次也同步推出了R300系列顯卡，包括Radeon R9 390X、R9 390、R9 380、R9 370及R7 360等多個型號，但是這次的升級有喜有憂——喜的是AMD這次升級的顯卡顯存容量進(jìn)一步提升，R9 390系列顯存容量達(dá)到了8GB，最低的R9 370顯卡容量都有2GB，但是R300系列顯卡這次雖然使用了新的Grenada（格林納達(dá)島）、Antigua（安提瓜島）、Trinidad（特立尼達(dá)島）、Tobago（多巴哥）等新核心，但它們的架構(gòu)與工藝與R200系列的顯卡基本沒什么變化。

與之前預(yù)期的不太一樣，AMD這次把新旗艦打造成了一個獨立品牌，一如NVIDIA的GTX Titan顯卡一樣，定位要比普通的Radeon R9顯卡要高一些。Fury這個名字早些年在ATI時代也用過，雖然不如NVIDIA選擇的Titan（泰坦）容易上口，目前也沒有正式的中文名，不過Fury跟之前ATI的Rage顯卡一樣都有“狂怒”之意。AMD這次確實有必要把Fury顯卡同其他R9系列顯卡區(qū)別開來，因為Fury不僅擁有AMD史上規(guī)模最大的GPU核心，還首次使用了HBM顯存，它不同于目前大量使用的GDDR5顯存，而HBM顯存不僅性能上領(lǐng)先GDDR5，而且是首次使用堆棧式設(shè)計，顯存不用再獨立于GPU核心了，GPU、顯存芯片首次集成在一塊集成電路內(nèi)，

AMD Radeon R9 Fury X顯卡架構(gòu)

AMD的Fury X顯卡使用的是新一代的Fiji核心，它還是GCN架構(gòu)體系的，不過運算單元的規(guī)模繼續(xù)攀升，最初的Tahiti核心是32組CU單元，Hawaii提升到了44組，現(xiàn)在Fiji的CU單元數(shù)量一舉提升到了64組，總計4096個流處理器單元，256個紋理單元，64個ROP單元，核心面積達(dá)到了596mm2，晶體管數(shù)量則達(dá)到了89億個，比NVIDIA的GM200核心的80億個還要多。

自從進(jìn)入DX10的統(tǒng)一架構(gòu)以來，AMD的顯卡架構(gòu)一直是SIMD體系的VLIW架構(gòu)，從HD 2900系列一直沿用到HD 6800系列。隨著時間的推移，VLIW架構(gòu)的弊端也日益明顯，而且GPU通用計算技術(shù)發(fā)展迅猛，為此AMD在2011年拿出了代號GCN（Graphic Core Next）的新一代GPU架構(gòu)，開始向3D渲染以及GPU計算兩個方向同時發(fā)力。在公布GCN架構(gòu)時，AMD喊出了“Graphic is Compute，Compute is Graphic”的新目標(biāo)，表達(dá)了圖形就是計算，計算就是圖形的宏達(dá)理想，在保證GPU的圖形渲染能力的同時也在GPU通用計算上發(fā)力。從GCN的架構(gòu)上來看，其多線程能力得以增強，每個CU單元可以執(zhí)行4條線程，40條wave，而在緩存設(shè)計上，AMD也不再那么保守，每個CU單元都有自己的L1緩存、共享的L1指令緩存，所有CU也會共享768KB的L2緩存，后者還將聯(lián)通顯存以及CPU內(nèi)存，做到數(shù)據(jù)實時同步與共享，因此GPU和CPU交換數(shù)據(jù)更容易。外部支持上，GCN也支持C/C++等高級編程語言，簡化開發(fā)者遷移平臺的難度，另外支持ECC糾錯也提高了數(shù)據(jù)運算的可靠性，這兩點改進(jìn)對GPU計算來說都是關(guān)鍵性的提升。

相對于Hawaii/Grenada核心來說，F(xiàn)iji前端單元沒有變化，同樣是8組ACE單元，4組幾何單元（曲面細(xì)分單元），4組渲染引擎（Shader Engine），但CU計算單元數(shù)量增加到了64組，每組渲染引擎單元包含了16組CU單元，之前的Hawaii是每組11個CU單元。另一個值得注意的變化是顯存控制器，Hawaii/Grenada是8組64bit GDDR5主控，總計512bit位寬，而Fiji核心增加了HBM顯存支持，所以有4組HBM顯存控制器。

總之，對Fiji核心來說，GPU核心方面的變化主要是增加HBM顯存支持，同時繼續(xù)擴(kuò)展CU單元，64組CU單元已經(jīng)是R9 290X的兩倍規(guī)模，不過核心面積只提高了36.7%，晶體管數(shù)量增加了43.5%。

Radeon R9 390&390X架構(gòu)

Radeon R9 390X使用的是Grenada核心，也是44組CU單元，2816個流處理器核心，跟R9 290X顯卡是一樣的，不過最高核心頻率從1000MHz提升到了1050MHz，顯存頻率提升到了1500MHz顯存容量從4GB提升到了8GB。

Radeon R9 390擁有40組CU單元，2560個流處理器單元，跟R9 290顯卡規(guī)格是一樣的，不過其最高核心頻率也從之前的947MHz提升到了1000MHz，顯存頻率提升到了1500MHz，顯存容量也是8GB。

HBM顯存

AMD的Radeon R9 Fury X顯卡是近幾年來最讓小編期待的顯卡，因為它使用了不同于目前在用的GDDR5顯存的HBM技術(shù)。此前參加AMD的發(fā)布會時，AMD公司負(fù)責(zé)開發(fā)HBM技術(shù)的院士Bryan Black表示他們研發(fā)HBM技術(shù)已經(jīng)有13年了（加入AMD之前就在研發(fā)3D堆棧技術(shù)了，2007年進(jìn)入AMD公司），多年的研究終于在Fury X顯卡上開花結(jié)果，怎能不讓人興奮。

目前顯卡使用的GDDR5顯存是8年前問世的，它取代了過渡性質(zhì)的GDDR4內(nèi)存，它的技術(shù)基礎(chǔ)跟DDR3相似，不過GDDR5是雙并行總線的，是四倍速率的，而DDR3是雙倍速率的，所以數(shù)據(jù)頻率上GDDR5達(dá)到了DDR3的兩倍，目前顯卡上使用的GDDDR5顯存數(shù)據(jù)頻率已經(jīng)達(dá)到了7Gbps（實際頻率1750MHz），SK Hynix去年底推出了8Gbps速率的GDDR5顯存，但并沒有顯卡使用呢。

隨著游戲技術(shù)的發(fā)展，高紋理高畫質(zhì)對顯卡的帶寬要求更高，所需的顯存帶寬也更高，而提升帶寬要么提升頻率要么提升位寬，目前的GDDR5顯存再繼續(xù)提升頻率已經(jīng)很困難，32bit的位寬又是固定的，所以廠商們需要另尋它法了。

HBM就是換一種思路的產(chǎn)物，它的真實頻率比GDDR5顯存低得多，但1024bit位寬則比GDDR5高得多，再加上DDR內(nèi)存的倍速機(jī)制（數(shù)據(jù)頻率1Gbps），單個顯存芯片的帶寬可以從之前28GB/s（7Gbps*32/8）提升到128GB/s（1Gbps*1024/8），AMD的Fury X顯卡使用的是4組HBM芯片，總帶寬高達(dá)512GB/s，而目前R9 290X顯卡的帶寬只不過320GB/s，HBM顯存芯片的帶寬提升了60%以上。

GDDR5不能繼續(xù)大幅提升頻率的原因之一就是高頻率帶來的功耗將會抵消其優(yōu)勢，目前GDDR5顯存的頻率已經(jīng)是1.5V，而HBM只需要1.2V電壓，電子電路的動態(tài)功耗跟運行電壓的平方成正比，所以電壓降低到1.2V就可以大幅降低功耗了。根據(jù)AMD公布的數(shù)據(jù)，HBM內(nèi)存每瓦帶寬可達(dá)35GB/s以上，而GDDR5每瓦帶寬只有10.66GB/s，能耗效率方面HBM完勝GDDR5顯存。

性能及功耗優(yōu)勢之外，HBM還可以節(jié)省大量PCB空間，因為目前的顯卡大都需要使用4、8甚至16顆GDDR5芯片，1GB GDDR5就要占用672mm2的面積，1GB HBM顯存只要35mm2，同容量下芯片表面積只有GDDR5的1/19。

以R9 290X與Fury X顯卡為例，R9 290X占用的GPU和顯存面積超過9900mm2（90x110mm），而基于HBM技術(shù)的GPU+顯存占用的面積不到4900mm2，PCB面積可以減少50%以上。也正因為如此，我們才得以見到PCB只有7.5寸的Fury X顯卡，未來還會有更小的R9 Nano顯卡。

前面列舉了HBM技術(shù)的各種優(yōu)點，說起來是很輕松的，但這么多年來很少有公司能實現(xiàn)，這是因為HBM顯存還需要復(fù)雜的制造工藝，AMD為此做了大量研究，最終HBM顯存自身使用了TSV穿透硅通孔工藝，而HBM與GPU之間的互聯(lián)則使用中介層技術(shù)，所以AMD的HBM方案實際上是2.5D堆棧，還不是傳統(tǒng)意義上的3D堆棧。

中介層技術(shù)說起來也很簡單，但實際情況不是在HBM與GPU之間加個中介層那么簡單，此前在北京發(fā)布會上聽過Bryan Black的解釋，實際操作起來要復(fù)雜多了，既要保證中間層有銅柱保持通電性，還要移除多余的WSS保護(hù)層，期間要經(jīng)過UMC、Amkor（安可）、日月光等封測公司層層制造才能完成的。

看起來，HBM是一個近乎無敵的新技術(shù)了：功耗低、體積小、性能強，事實是這樣嗎？并非如此。目前通過已有的技術(shù)資料來看，HBM仍有一個隱患存在。量為2Gb（256MB），因此每顆容量為1GB。整體四顆，總的顯存容量就是4GB。當(dāng)然了，8GB HBM也可以有，但那只能在Fiji VR雙芯顯卡上實現(xiàn)，每個核心還是4GB。如前所述，這只是第一代HBM的情況，明年的第二代就會翻一番。AMD計算域圖形事業(yè)群CTO Joe Macri確認(rèn)了這一點。

也就是說，我們能看到的第一代使用HBM顯卡的產(chǎn)品最多只有4GB容量，并且這個局限性是第三方廠商也無法改變的，沒錯，就算華碩、藍(lán)寶石也不行，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了他們的能力范圍?？上攵?，在交火或者高分辨率下，4GB顯存必然是一個隱患。當(dāng)然，最終產(chǎn)品還未出爐，我們期待AMD可以盡可能的優(yōu)化好這寶貴的4GB HBM顯存，能夠物盡其用。

當(dāng)然，瑕不掩瑜，不可否認(rèn)HBM是這幾年來我們在PC硬件領(lǐng)域看到的最大膽、最具想象力的創(chuàng)新技術(shù)，正如過去一樣，AMD一直走在技術(shù)最前沿的，用它難以捉摸的想象力實現(xiàn)各種引領(lǐng)業(yè)界前進(jìn)。并且AMD一直堅持自由開放的理念，相信這個技術(shù)在未來將會推廣到各個領(lǐng)域。至于市場方面的業(yè)績，似乎AMD并不是把它放在第一位。無論如何，我們期待采用HBM的新產(chǎn)品出現(xiàn)。

FreeSync技術(shù)解析

游戲玩家需要一個穩(wěn)定的環(huán)境，最怕見的情況就是卡頓，包括軟件、硬件等各種因素引起的延遲和畫面波動對游戲體驗有著致命的影響。造成不良游戲體驗的其中一個現(xiàn)象就是畫面撕裂和卡頓。在高速游戲環(huán)境中，幾十毫秒的頓挫都會帶來惡劣的影響。關(guān)鍵時刻的技能施放、位置移動，一旦錯過最佳時機(jī)后果不干設(shè)想。而畫面撕裂給玩家?guī)順O為惡劣的影響，最可怕的是，它并不是你的顯卡或顯示器不夠好造成的。而僅僅是因為他們倆的工作步調(diào)不一致。或者說，如果沒有好的方法來解決，你就算買再貴的硬件都沒法解決。

造成這一問題的原因就是顯示器與顯卡工作步調(diào)的不一致，比如，當(dāng)你的顯示器刷新率是60Hz，而當(dāng)顯卡每秒輸出幀數(shù)高于60時，由于輸出幀率高于顯示器頻率，在原本應(yīng)該顯示一幀圖像的單位時間內(nèi)，卻出現(xiàn)多余1幀的畫面，畫面就會出現(xiàn)撕裂。為了解決這個問題，過去的做法是使用傳統(tǒng)的 V-Sync技術(shù)，既限制顯卡工作的速率。但是，我們在3D游戲中的環(huán)境是時刻變化的，比如在一場游戲中平均幀率是60，有可能在游戲初期幀率達(dá)到了80，但是激烈交戰(zhàn)時幀數(shù)只有30，那么如果設(shè)置了垂直同步V-Sync，當(dāng)顯卡輸出幀率在低于60的時候，顯示器依然處于等待完整一幀畫面的機(jī)制，就要等待兩倍的時間，那么這時畫面就會出現(xiàn)卡頓。

簡單的總結(jié)就是，當(dāng)顯卡性能高于顯示器工作頻率時，游戲畫面會撕裂，低于的話會卡頓延遲。只有顯卡工作不掉與顯示器接近一致時，才能獲得最完美的游戲效果。這個矛盾在以前沒有太好的辦法解決。

為此，AMD推出了FreeSync技術(shù)，這項技術(shù)可以通知顯示器何時應(yīng)該顯示出完整的一幀畫面，相當(dāng)于讓顯示器的工作頻率隨著顯卡輸出的步調(diào)來進(jìn)行，從而大大減少了卡頓和撕裂現(xiàn)象，給玩家盡可能流暢、穩(wěn)定的游戲環(huán)境。

傳統(tǒng)垂直同步技術(shù)的運作方式：當(dāng)某一幀輸出需要時間超過單位時間時，就需要等待兩倍的時間。比如，游戲整體上平均一幀如果需要20ms，但是如果某一幀需要22ms，那么這一幀并不會在22ms后立即顯示出來，而是需要40ms。而對于一般玩家來說，超過30ms的時間就已經(jīng)可以明顯感受到了。而AMD的FreeSync技術(shù)，可以讓這原本渲染時間超過平均單位時間的一幀，以它真實完成渲染的時間刷新出來，讓顯示器跟隨顯卡的步調(diào)，從而完美解決撕裂的問題同時盡可能避免了卡頓。

AMD的FreeSync技術(shù)是一個開放標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)加入到DisplayPort的配置中，名為Adaptive Sync，AMD為其提供了開啟選項和一個名稱。使FreeSync成為一項更為更容易推廣、普及的技術(shù)。正如其名，F(xiàn)ree不僅意味著自由改變顯示器工作頻率，還象征著免費。與此同時，你還需要一臺支持AMD FreeSync功能的顯示器設(shè)備，這一模塊成本極為低廉，支持這項技術(shù)的顯示器售價并不會比沒有的更高，等于完全是免費的福利。三星、LG、明基、優(yōu)派、宏碁等廠商都已經(jīng)推出了支持FreeSync的顯示器，支持設(shè)備的陣容仍在不斷擴(kuò)張中。

AMD R9 Fury X顯卡外觀

此前已經(jīng)在各方爆料中得知了Fury X顯卡的外觀，不過真正拿到手中時還是有些驚喜，這幾代的旗艦顯卡都是10-11英寸PCB的大卡，F(xiàn)ury X明顯短小了很多，而且AMD這次改用了全新的外觀設(shè)計，加入了很多迎合游戲玩家的設(shè)計，比如LED指示燈、logo燈等等。

Fury X顯卡自身長度為19.8厘米（7.5寸PCB），水管部分全長40厘米，用的是塑膠軟管，外面包裹了編織網(wǎng)，是酷冷至尊OEM的，而之前的R9 295X2顯卡的水冷是Asetek代工的。AMD的Fury X顯卡也是吸取了很多游戲玩家建議的，LED燈就是備受游戲玩家歡迎的設(shè)計，AMD現(xiàn)在也加入這個功能了。此外，信仰燈上面的小孔是雙BIOS切換鍵，這跟R9 290X上是一樣的，不過切換之后的兩個BIOS編號、頻率參數(shù)都是一樣的，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最高都是66%，這跟R9 290X的兩個核心BIOS有所不同。

//圖：1、2、3、4

值得注意的是，F(xiàn)ury X的電源接口處還有8+1顆LED指示燈，處于ZeroCore待機(jī)時會亮綠燈，其他情況根據(jù)負(fù)載高低會呈現(xiàn)藍(lán)色或者紅色（旁邊有跳線可以切換顯示顏色）。Fury X在視頻接口還是很激進(jìn)的，只提供了三個DisplayPort及1個HDMI接口，直接把DVI接口省掉了，畢竟這個顯卡主要為4K而生，DVI接口上不到這么高的分辨率。不過HDMI接口上，AMD還沒有支持HDMI 2.0，依然是HDMI 1.4標(biāo)準(zhǔn)。此外，F(xiàn)ury X顯卡通過DP 1.2 MST Hub最多可以支持6屏輸出。

AMD的Fury X顯卡使用了HBM顯存，除了性能之外其最大優(yōu)勢就是高集成度，所以Fury X相比以往的旗艦卡有了完全不同的PCB設(shè)計，長度從之前的10.5寸降低到了7.5寸，真的是短小精悍，而且這跟當(dāng)初NVIDIA在公版GTX 670上使用短PCB的感覺不同，后者因為功耗更低，電路不需要多復(fù)雜，所以PCB看上去有很空的感覺，而Fury X完全不同，AMD高端公版顯卡的做工一直都很贊的。

性能對比

AMD的R9 390X顯卡定位在3000元左右，這個價格卡在GTX 980與GTX 970之間，更接近GTX 980顯卡一些。HIS R9 390X IceQX2是非公版，頻率更高，雖然整體性能略低于GTX 980，不過差距比R9 290X與GTX 980已經(jīng)縮小了，1080p下落后GTX 980顯卡大約10%，從之前測過的數(shù)據(jù)來看，其實GTX 980的性能要比R9 290X顯卡要高15-20%%，現(xiàn)在高頻版的HIS R9 390X 8GB版已經(jīng)把差距縮小到了10%左右，10%的差距對游戲體驗來說并沒有明顯區(qū)別。

1080p下，F(xiàn)ury X與GTX 980顯卡互有勝負(fù)，在3DMark、古墓麗影、巫師3等項目中占優(yōu)，不過總體上性能領(lǐng)先大約是5%左右。與NVIDIA最新的Maxwell架構(gòu)相比，AMD這兩代的顯卡最為人詬病的地方就是功耗偏高了，那么Fury X顯卡的功耗又將如何呢？

待機(jī)時整機(jī)功耗67W跟R9 290X差不多，比GTX 980/980 Ti略高，不過Heaven 4.0中Fury X的整機(jī)功耗只有293W左右，比R9 290X的329W整機(jī)功耗低了很多，甚至比GTX 980 Ti的308W也要低。Furmark拷機(jī)時，F(xiàn)ury X顯卡整機(jī)功耗達(dá)到了427W，比R9 290X及GTX 980 Ti都要高得多。

在AMD發(fā)布的全新R300系列顯卡中，包括R9 390X在內(nèi)的多數(shù)顯卡依然是新瓶裝舊酒，主打性價比，真正讓AMD揚刀立威的只有Fury系列，它才是新核心的，而且用上了黑科技HBM顯存。對于近兩年沒有新旗艦的AMD來說，用研發(fā)多年的HBM技術(shù)武裝Fury X顯卡，AMD這次是壓了相當(dāng)大的籌碼的。

如何評價AMD新旗艦Fury X顯卡性能？超越GTX 980及自家的R9 290X已經(jīng)沒什么懸念，對陣NVIDIA的GM200核心顯卡，F(xiàn)ury X在1080p分辨率依然要落后10-15%，但4K分辨率下幾乎追平了GTX 980 Ti，而整個Fury X顯卡都有這樣的表現(xiàn)——分辨率越高，性能優(yōu)勢越明顯?？吹竭@里，我們可以感慨下，如果Fury X配備的是8GB顯存，也許結(jié)果還有更多不一樣。

此外，R9 Fury X因為使用了水冷散熱器，所以在溫度及靜音方面的表現(xiàn)非常強，最高61°C及1300RPM的轉(zhuǎn)速保證了顯卡涼又靜，付出的代價只是安裝比普通風(fēng)冷顯卡略麻煩一點。

至于功耗，R9 Fury X顯卡雖然拷機(jī)功耗依然高于R9 290X及GTX 980 Ti，但后兩者在Furmark中都大幅降頻了，而Hevean 4.0這樣的游戲負(fù)載中其整機(jī)功耗實際上比R9 290X和GTX 980 Ti要低一些的。

總之，R9 Fury X顯卡的問世結(jié)束了AMD在旗艦級顯卡上無力與NVIDIA顯卡競爭的狀態(tài)，雖然Fury X總體性能還是略輸GTX 980 Ti一籌，但這次的差距已不是質(zhì)差，相信AMD在驅(qū)動優(yōu)化方面還有很多工作可以做的。

我們更不應(yīng)該忽視的其實是AMD這次使用HBM顯存在設(shè)計上帶來的革命性變化——HBM除了高帶寬，另一個優(yōu)勢就是高集成度，2.5D堆棧時封裝節(jié)省了大量PCB面積，GPU+顯存占用的空間從之前的90x110mm急劇減少到了55x55mm，面積只有原來的1/3，所以Fury X只需要使用7.5寸的PCB即可。

這還只是開始，目前AMD上市的只是Fury X這一款顯卡，之后還會有Fury顯卡以及更小的R9 Nano，再往上則有雙芯的Fury X2，可以說雖然R300系列沒什么給力新品，但Fury X家族可以衍生出多款產(chǎn)品，幫助AMD完善高端顯卡的市場布局?！?