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AMD RDNA 2 GPU 正式発表　―― 各スペック、Infinity Cache、プロセス

AMD は現地時間 2020/10/28 付で、RDNA 2 /GFX10.3 世代の GPU、Radeon RX 6000 Series を正式発表した。

RDNA 2 アーキテクチャ は RDNA アーキテクチャ と比較して、電力比性能が 54% 向上しているとし、これは高い動作クロックに向けた設計、全体的な設計の最適化、新設された Infinity Cache による IPC 向上によって実現されている。
また、CU (Compute Unit) あたりの電力効率は最大 30% 向上し、高い動作クロックに向けた設計によって、同じ消費電力で最大 30% 高いピーククロックを実現したとしている。

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RX 6000 Series 各スペック

AMD は Radeon RX 6000 Series のダイショット 機密保持のため加工されている、あくまでそれっぽい画像と思われるが を公開しており、
AMD Radeon™ RX 6000 Series die shot それを Navi10 のダイショットと見比べるに1、Shader Array あたりの WGP(CU) 数は変えずに、Shader Engine の数を 4基に増やしたものと考えられる。
Shader Engine、Shader Array は GPU の各ユニットをある程度まとめたクラスタであり、AMD GPU アーキテクチャ における単位。RDNA アーキテクチャ では 1 Shader Engine あたり 2 Shader Array で構成されている。

RA (Ray Accelarator) は CU数と同数であり、レイトレーシングユニットに関しては Xbox Series X と同様の構成を取っているものと思われる。

また、少し前から判明してはいたが いつかの予想に反してカードには USB-C のディスプレイ出力が実装されている。USB Power Delivery にも対応。
AMD Sienna Cichlid は USB-Cコントローラーを内蔵、PD機能もサポート | Coelacanth’s Dream HDMI 2.1 VRR、AV1 HWデコードにも対応する。

以下は、今回発表された Radeon RX 6000 Series 3製品を比較した表。

AMD RDNA 2 RX 6800 RX 6800 XT RX 6900 XT
WGP(CU) 30(60) 36(72) 40(80)
SP 3840 4608 5120
Ray Accelerator 60 72 80
TMU 240 288 320
ROP 96 128 128
Game Clock 1815 MHz 2015 MHz 2015 MHz
Boost Clock 2105 MHz 2250 MHz 2250 MHz
Memory Bus Width 256-bit 256-bit 256-bit
Max Memory Size 16 GB 16 GB 16 GB
Memory Bandwidth 512 GB/s 512 GB/s 512 GB/s
Infinity Cache 128 MB 128 MB 128 MB
Peak FP16 (TFLOPS) 32.34 41.47 46.08
Peak FP32 (TFLOPS) 16.17 20.74 23.04
Typical GPU Power 250 W 300 W 300 W

RX 6800 は他 2製品よりも ROP 数が 32基少ないものとなるが、ROP/RB 周りの仕様が RDNA アーキテクチャ と同じであるならば無効化する必要は無いはずで、製品の差別化のため意図的に無効化しているか、
全体のおおまかな構成が他 2製品と異なり、4 Shader Engine の内 1 Shader Engine を無効化して製品化しているのではないかと思われる。
4 Shader Engine のまま 30WGP を実現するには Shader Engine を非対称としなければならず、これは従来の AMD GPU の構成から外れたものになり、スケジューリングに問題が出ると思われる。そのため、1 Shader Engine を無効化している可能性が高い。
ただ、それならば 32WGP(64CU)、Shader Engine あたり 8WGP(16CU) とした方が製品化において余裕があり、歩留まり的には有利なように思う。
30WGP(60CU) という構成では、3 Shader Engine 内の WGP(CU) がすべて有効な必要がある。
RX 6800 と RX 6800 XT の中間に位置する製品を計画しているのだろうか？

Infinity Cache

今回発表された 3製品に Infinity Cache は 128MB 搭載されている。
Infinity Cache には 64Byte単位でアクセスでき、アクセスチャネルは 16chとなる。
ニュースリリースの last-level data cache の文言から、メモリキャッシュとして動作するものと思われる。
AMD GPU におけるデータキャッシュ階層は、RDNA アーキテクチャ では CU内のプライベートキャッシュとなる L0キャッシュ 16KB、その下が Shader Array ごとに持つ L1キャッシュ 128KB、全体でアクセス可能な L2キャッシュ (メモリチャネルあたり 256KB、Navi10 では計 4MB、Navi14 では計 2MB) で構成されていたが、
RDNA 2 アーキテクチャ ではそこに Infinity Cache / L3キャッシュ 、メモリチャネルあたり 8MB が新設されたことになる。

また、16ch というのは GDDR6 256-bit のチャネル数と一致し (GDDR6 はチップあたり 16-bit のメモリチャネルを持つ)、他の RDNA 2 GPU ではメモリバス幅に合わせて、Infinity Cache の容量も変更されると思われる。
GPU部が RDNA 2 となる VanGogh APU にも搭載されるかは不明だが、APU の性質上、コストを減らすため搭載しないことも考えられる。

上述した Radeon RX 6000 Series のダイショットでは、動画内で示されていた Infinity Cache とされる部分は 128MB という容量に対してそれ程大きく占めてはいないように見える。
これは AMD によると、Zen 3 アーキテクチャ の L3キャッシュデザインをベースにしているとのこと。

Infinity Cache により、GDDR6メモリのみで構成された RDNA アーキテクチャ ベースの GPU と比較して、電力あたりのメモリ帯域は最大 2.4倍になるとしている。
ただこの数値は、AMD が Infinity Cache 128MB、GDDR6 256-bit の GPUで 4Kゲーミング実行時に、キャッシュヒートレートを 59% とした場合の値である。
それも最大の値であり、平均的なヒットレートや性能への影響は不明。

GPU では数多くのスレッドを動かすことでメモリアクセスの遅さを隠蔽している。
それが RDNA アーキテクチャ からはグラフィクス処理に向け、Wave あたりのスレッド数を基本 Wave64(64スレッド) から Wave32(32スレッド) とし、また処理フローも低レイテンシで完了できるものへと変更した。
その点で Infinity Cache はメモリ帯域のカバーだけでなく、メモリアクセスのレイテンシを削減し、実行ユニットの利用率を引き上げるのに役立っているものと思われる。

プロセス

Radeon RX 6000 Series のベースとなる GPUチップは、RX 5000 Series と同じ 7nmプロセスで製造されるとしている。
それを鵜呑みにするならば、Navi10 の 10.3B の 2倍どころか Vega20 の 2倍以上のトランジスタ数をつぎ込み、CU数、動作クロックも向上した GPU をフルスペック、同程度の電力枠での製品化に成功していることとなり、かなり高度に設計されていることが窺える
言い換えれば、3世代同じプロセスを使って GPU を設計したことにより、今世代の Radeon RX 6000 Series の高性能、優れた電力比性能を実現できたのかもしれない。

Vega20
Radeon VII		 Navi10
RX 5700 XT 50th		 Navi2
RX 6900 XT
CU 60(64) 40 80
Peak Clock 1800 MHz 1980 MHz 2250 MHz
Power 300 W 235 W 300 W
Transistor Count 13.2B 10.3B 26.8B

  1. AMD Navi10のダイ観察 & 推測 | Coelacanth’s Dream ↩︎