Sapphire Radeon HD 5870 Vapor-X
Dampfkammer reloaded: Project HD 5870Technische Daten
In der Nacht vom 22. auf den 23. September fiel endgültig der Startschuss für die weltweit ersten DirectX-11 Grafikbeschleuniger. Die Rede ist von AMDs neuster ATI Radeon HD 5870-Grafikkartengeneration, die vom RV870 Chip angetrieben wird. Intern wurde diese neue Chipgeneration mit dem Codenamen Evergreen betitelt, wobei der RV870 als Abkömmling auf den Namen Cypress getauft wurde. Der RV870-Grafikkern ist AMDs zweiter Pixelbeschleuniger, der in den modernen 40-nm-Strukturbreiten von dem taiwanischen Halbleiterhersteller TSMC gefertigt wird.
Nicht nur, dass der brandneue Chip alleine durch die Kompatibilität zur aktuellsten API von Microsoft viel Aufsehen erregt, er verfügt außerdem über die meisten Schaltungen, die je auf einem Grafikprozessor zum Einsatz kamen. Ganze 2,15 Milliarden Transistoren zählt der 334 mm² große Chip, der jedoch dank der 40nm Herstellung nur 50 mm² größer ist als eine 959 Millionen starke RV790 Grafikeinheit. Im 55nm-Verfahren hätte man für die HD 5870 mindestens einen 550mm² großen Chip benötigt.
Genauer betrachtet verbirgt sich auf dem Grafikprozessor bedauerlicherweise kein achtes Weltwunder. AMD liefert zwar recht-solide Arbeit ab, aber ein Weltnovum ist dies definitiv nicht mehr. Dies liegt vor allem an dem Aufbau des 3D-Chips, der stark an die vergangene RV770 Architektur erinnert, nur wurde der Rechenkern deutlich um eine beachtliche Anzahl an Transistoren erweitert sowie für das neue Shadermodel samt DirectX-11 gerüstet. Architektonisch betrachtet bildet sich der Löwenanteil des RV870-Chips aus den 320-5D Shader- sowie den 80 Textureinheiten und den 32 Raster Operation Processors (ROP). Im Grunde stellt dies eine Verdopplung zur vorherigen Chipgeneration dar.
Die sogenannten Streamprocessoren der HD 5870 agieren als vereinheitlichte Shadereinheiten, die im Vergleich zur HD 4870 in der Anzahl regelrecht verdoppelt wurden. Anstelle der 160-5D erleben wir mit der neuen Evergreen-Generation 320-5D Einheiten, die nun aus zwei "SIMD-Gruppen" zusammengesetzt werden. Wiederum finden sich in den beiden "SIMD-Gruppen" zusammen 20 SIMD-Blöcke, die je Block aus 16 Streamcores bestehen. Innerhalb eines Streamcores hängen fünf ALUs, die unabhängig für die Berechnungen aufgeteilt werden können. Rechnerisch können so bis zu 1600 ALUs bzw. Streamprozessoren einer Radeon HD 5870 für die Arbeit verwendet werden. Anhand der Rechenkapazitäten werden bei der theoretischen Rechenleistung vom neuen Referenz-Chip beim Standardchiptakt von 850 MHz imposante 2,72 TeraFLOP/s erzielt, was ihn um den Faktor 2,25 schneller positioniert als eine Radeon HD 4870.
Die achtzig vorhandenen Textur Mapping Units (Textureinheiten) sind wie bei dem älteren RV770 Grafikchip an die SIMD-Blöcke gekoppelt. Man findet an jedem SIMD-Block ein Texturcluster, welches aus je vier Textureinheiten besteht. Diese Textur Mapping Units wurden ebenfalls wie die Shadereinheiten für Microsofts DirectX-11 aktualisiert. Dabei wurde an der maximalen Auflösung geschraubt, die nun bis zu 16.000 x 16.000 Pixel zulässt aber auch die "Block Compression Modes", sogenannte Kompressionsmodi, die für die 32- und 64-Bit-HDR-Darstellung verantwortlich sind, gehören nun auch zu dem Fähigkeitsgebiet der TMUs. Unterm Strich ist durch den Einsatz der neuen Hardware die Referenz der HD 5870 im Stande eine Pixelfüllrate von 27.200 MPix/s sowie eine Texelfüllrate von 68.000 MTex/s zu erlangen, während die einjährige HD 4870 nicht einmal die Hälfte erreicht.
Wenig überraschend ist die Verwendung eines 256-bit-breiten Speicherinterfaces, welches auf vier 64-Bit Controllern basiert. In Kombination aus Speicherinterface und GDDR5-Speicher zuzüglich 1,25 GHz Taktung überwindet die Karte die 150 GB/s-Grenze somit spielend. Die interne Kommunikation der vier Speichercontroller findet gewöhnlich über die als Hub-agierende Crossbar statt. An dieser Verbindung fließen die Informationen des UVD (Universal Video Decoder), CrossFireX-MultiGPU, PCI Express Interface und dem Display Interface zusammen und werden an die entsprechenden Schlüsselkomponenten weitergeleitet. In diesem Bereich sollen laut ATI die größten Veränderungen im Vergleich zur angestaubten RV770-Architektur liegen. Darunter fallen einige Optimierungen und Fehlerbeseitigungen, die bei der Verwendung von hoch getakteten GDDR5-Speicher in Verbindung mit der Umschaltung in den Energiesparmodus nun hilfreich sein sollen.
Als große Neuerungen präsentiert der Hersteller neben ATI Eyefinity und Microsoft DirectX-11 auch die umfangreiche Konnektivität der Grafikkarte. So entdeckt man am Slotblech neben den beiden DVI-Ausgängen einen DisplayPort und einen regulären HDMI-Ausgang. Unter ATI Eyefinity präsentieren die Entwickler eine brandneue Multi-Monitoring Lösung, die an einer Grafikkarte bis zu 24 Monitore nutzbar macht. Um eine derartige hohe Anzahl an Displays mit Videodaten befeuern zu können, benötigt man jedoch eine spezielle Karte mit sechs Monitorausgängen, die in naher Zukunft als spezielle Eyefinity Edition erhältlich sein wird. In der Vergangenheit stellte diese Herausforderung selbst für exorbitant teure Profikarten ein unlösbares Hindernis dar.
Wahrlich haben sich die Ingenieure von ATI sehr viel vorgenommen und erfreulicherweise wurden die Wünsche der Kunden berücksichtigt. Denn ein unleugbares Manko der vergangenen Radeons ist die mangelhafte Texturfilterqualität, die weit hinter der Konkurrenz steht. Aber auch das unschöne Texturflimmern möchte abschließend erwähnt werden. Die Vergleichsfotos zeigen die AF-Blume, die bei dem neuen RV870-Chip beinahe kreisrund dargestellt wird. Die ältere RV770-Garde zeigt hier einen deutlichen Unterschied auf, der in eine schlechtere Renderqualität niederschlägt. Zumindest konnte ATI/AMD in dieser Disziplin endlich die Schnitzer ausbügeln und ebenbürtig mit nVidia werden. Das Texturflimmern ist jedoch ein präsentes Problem, wenn auch nicht mehr ganz so kritisch wie bei den Vorgängern. Ein wenig Nachbesserungsbedarf besteht jedoch weiterhin.
| Name | HD 5870 Vapor-X | Radeon HD 5870 | Radeon HD 4890 |
|---|---|---|---|
| Chipsatz | RV870 (Cypress XT) | RV870 (Cypress XT) | RV790 |
| Transistoren | 2154 Mio. | 2154 Mio. | 959 Mio. |
| Fertigung | 40 nm | 40 nm | 55 nm |
| Die-Größe | 334 mm² | 334 mm² | 282 mm² |
| Chiptakt | 870 MHz | 850 MHz | 850 MHz |
| Shadertakt | 870 MHz | 850 MHz | 850 MHz |
| Pixel-Pipelines | - | - | - |
| Shadereinheiten | 320 (5D) | 320 (5D) | 160 (5D) |
| Vertex-Shader | - | - | - |
| Unified-Shader | 1600 | 1600 | 800 |
| TMUs | 80 | 80 | 40 |
| TAUs | 80 | 80 | 40 |
| ROPs | 32 | 32 | 16 |
| Pixel-Shader Vers. | 5.0 | 5.0 | 4.1 |
| Vertex-Shader Vers. | 5.0 | 5.0 | 4.1 |
| DirectX Vers. | 11 | 11 | 10.1 |
| OpenGL Vers. | 4.1 | 4.1 | 3.3 |
| Speichertyp | GDDR5 | GDDR5 | GDDR5 |
| Speichermenge | 1024 MB | 1024 / 2048 MB | 1024 MB |
| Speichertakt | 2500 MHz | 2400 MHz | 1950 MHz |
| Speicherinterface | 256 Bit | 256 Bit | 256 Bit |
| GFlop/s | 2784 GFLOP/s | 2720 GFLOP/s | 1360 GFLOP/s |
| Pixelfüllrate | 27840 MPix/s | 27200 MPix/s | 13600 MPix/s |
| Texelfüllrate | 69600 MTex/s | 68000 MTex/s | 34000 MTex/s |
| Bandbreite | 160.0 GB/s | 153.6 GB/s | 124.8 GB/s |
| Multi-GPU | CrossFireX | CrossFireX | CrossFireX |
| Interface | PCI-E 2.1 x16 | PCI-E 2.1 x16 | PCI-E 2.0 x16 |
| Stromanschluss | 2x 6-Pin PCI-E | 2x 6-Pin PCI-E | 2x 6-Pin PCI-E |
| Vorstellung | 4. Quartal 2009 | 3. Quartal 2009 | 2. Quartal 2009 |
Die von uns getestete Sapphire Radeon HD 5870 Vapor-X ist für die gelangweilten Augen ein frischer Blickfang, da sie nicht nur optisch von der konservativen Konkurrenz abhebt, sondern auch alleine von den Taktraten sich leicht unterscheidet. Anstelle der 850 MHz für den Chip erhöht Sapphire diesen Takt leicht und taktet den Kern um 20 MHz auf 870 MHz hoch. Leicht übertaktet wird zudem der Grafikspeicher von Samsung, der unter Last mit effektiven 2.500 MHz arbeitet, die Referenz bleibt effektiv 100 MHz langsamer. So erhöhen sich die theoretischen Leistungswerte der GPU auf 2.784 GFLOP/s, 27.840 MPix/s, 69.600 MTex/s sowie ergibt sich eine neue Speicherbandbreite von 160.0 GB/s. Im Idle taktet die Karte die Komponenten herunter, um den unnötigen Stromverbrauch in Grenzen zu halten. Dabei greift der Stromsparmechanismus, bekannt als ATI PowerPlay, und drosselt sowohl die GPU rigoros auf niedrige 175 MHz als auch den Grafikspeicher, der nur noch mit 300 MHz sein Werk verrichtet.
In der Praxis geht PowerPlay einen Schritt weiter und senkt für eine bessere Energieeffizienz die anliegende Spannung des RV870-Chips von 1,1250 Volt auf genügsamere 0,9500 Volt. Die kürzlich getestete Referenzkarte von PowerColor benötigt stattdessen 1,1625 Volt unter Last, wobei die Sapphire HD 5870 Vapor-X mit leicht übertakteten Werten an den Start geht und dennoch genügsamer agiert als die Referenz.
Die Aufmerksamkeit wollen wir aber jetzt auf den Vapor-X Kühler richten, der hauptverantwortlich für den Name dieser Karte ist. Der Vapor-X Kühler basiert auf der gleichnamigen Vapor-Chamber Technologie, die in Zusammenarbeit zwischen Sapphire und Microloops entstanden ist. Die gemeinsame Technik wird seit 2007 erprobt und erstmalig auf der HD 3870 Atomic im Jahre 2008 angewandt. Vorher fand man diese Technik ausschließlich bei serverbasierten Systemen z.B. von IBM oder HP. Nun haben Sapphire und Microloops über eine halbe Million dieser Karten mit dem speziellen Kühler ausgestattet und konnten bereits über 80 Designpreise gewinnen. Die Vapor-Chamber Technologie basiert auf den gleichen Grundlagen wie die unter Vakuum stehende Heatpipe-Komponenten. Durch das Vakuum wird dem Wasser ermöglicht bei deutlich niedrigeren Temperaturen den Aggregatszustand zu verändern. Die Abwärme der GPU liefert die nötige Energie für den Phasenübergang am Verdampfungsgewebe. Der Wasserdampf kühlt am Kondensationsgewebe wieder ab und geht in den flüssigen Aggregatszustand über. Die Wärme wird dabei an die Umgebung abgegeben. Das nun wieder flüssige Wasser im Kondensationsgewebe wird durch Kapillarkräfte vom Transportgewebe aufgenommen und zurück zum Verdampfungsgewebe transportiert, wo es wieder erhitzt und verdampft wird.
Der Lüfter an der Oberseite dient dazu, das Kondensationsgewebe immer bei niedrigen Temperaturen zu halten, damit der Wasserdampf dementsprechend wieder verdampfen kann. Der Dual-Slot Vapor-X Kühler versteckt unter dem dunklen Plastikgehäuse die kühlungsrelevanten Komponenten. Zu nennen wären hier die drei 6-mm-dicken Kupfer-Heatpipes, die die Wärme zu den 36 Aluminiumlamellen befördern. Abschließend thront über der komplexen Konstruktion ein 85mm Axiallüfter, der die Abwärme der Aluminiumlamellen von der Hardware befördert. Dabei ist der neue Kühler sogar deutlich leichter als die Referenz: 772g stehen hier 960g (gemessen wurde jeweils die gesamte Karte) gegenüber.
Wenn man den Vapor-X Kühler sowie die modifizierten Taktraten der Sapphire-Karte kurzzeitig vergisst und nur die Karte berücksichtigt, so erkennt man schnell die vertrauten CrossFire- sowie die beiden Sechs-Pin-Stromanschlüsse. Installiert wird die in schwarz gehaltene Grafikkarte in einem handelsüblichen PCI-Express, vorzugsweise 2.1, Slot.
Beruhigende Worte können wir bei der Länge der Grafikkarte aussprechen. Wer bei den 28,5cm der Referenzversion Angst vor einem Kollisionskurs im Gehäuse hatte, den können wir mit der Radeon HD 5870 Vapor-X leicht besänftigen, da anders als bei der Referenz der Kühler nicht über das Ende des 26,5 cm langen PCBs ragt. Weitere Luft in der Gehäusebreite sollte ebenfalls vorhanden sein, da die Stromstecker von der Oberseite in die Buchsen gesteckt werden. Demnach wird es zwar eng, aber eine vergleichbare HD 5850 hat mit den an der Hinterseite angebrachten Kabeln auch ihre Tücken.