Architektura Vega, respektive její jádro či programovací model pro něj, bývá značen zkratkou GFX9. V posledních dnech se ale několikrát objevila zkratka GFX10, která je spojována s jejím nástupcem, architekturou Navi. Jednak se prvotní podpora GFX10 objevila v linuxovém ovladači a jednak už nějaký čas figuruje v inzerátu, kde AMD shání pracovníka:

• Senior/MTS ASIC Design Verification engineer (Graphics - IP Level Verification)
• Job Responsibilities: Specific for GFX10 projects (OSS/MMHUB BFM, RSMU GCDV)

Ten by měl mít na starost kontrolu různých částí návrhu „GFX10“, tedy různých prvků souvisejících s architekturou Navi.

Rozměry modulu

Co vlastně o Navi víme: Od prvních zmínek o této architektuře se předpokládá, že půjde o modulární řešení, tedy GPU složené z více čipů. To více-méně potvrdil slajd AMD o 7nm procesu. Společnost na něm ilustrovala, že (přinejmenším v počáteční fázi výroby) nebude rentabilní výroba jader výrazně větších než 250 mm². Můžeme tedy předpokládat, že jednotlivé čipy, respektive moduly (či čiplety), z nichž je Navi složena, nebudou výrazně větší než 250 mm² a nejspíš budou dosahovat kolem 200-250 mm².

Proč nebudou křemíkové moduly výrazně, jsme si řekli. Proč nebudou výrazně menší? Teoreticky by mohly mít i pod 100 mm² a výtěžnost by teoreticky stoupala, jenže je tu jeden háček. Systém propojení jednotlivých modulů. Musíme si uvědomit, že rozhraní, přes které spolu jednotlivé moduly budou komunikovat, si řekne o stejné množství křemíku bez ohledu na to, jak budou moduly velké. Můžeme si to vysvětlit na čistě ilustračním příkladu.

Řekněme, že rozhraní pro spojení křemíkových modulů si z plochy ukousne 20 mm² křemíku. Pokud bychom GPU složili ze čtyř 100mm² modulů, pak spojovací rozhraní uberou 4× 20 mm², to je celkem 80 mm² křemíku, který nemůže být využitý pro stream-procesory, texturovací jednotky ani ROP. Pokud bychom ale GPU složili ze dvou 200mm² modulů, pak spojovací rozhraní ubere 2× 20 mm², tedy 40 mm². V prvním případě tedy spotřebujeme na výrobu GPU celkem 400 mm², z čehož nám po odečtení 80mm² rozhraní zůstane 320 mm² pro grafické části. Ve druhém případě také spotřebujeme celkem 400 mm², ale po odečtení 40 mm² spotřebovaných pro rozhraní zůstane 360 mm² pro grafické části. Ve druhém případě je tedy funkční část jádra o 12,5 % větší, takže GPU může být v optimálním případě o 12,5 % rychlejší.

Grafické čipy Navi budou skládané z křemíkových modulů podrobně jako procesory Epyc z modulů Zeppelin s architekturou Zen. Je tu ale několik rozdílů: Složitější systém propojení, paměti umístěné na pouzdře hned vedle modulů (HBM) a přítomnost křemíkové podložky (interposer) nebo spojek

S ohledem na plochu, o kterou si řekne rozhraní pro spojování čipů, je tedy třeba stanovit druhou hranici rentability, tedy jaký nejmenší může modul být, aby vzhledem ke své ploše nabízel rentabilní výkon. Teoreticky by AMD mohla vyjít jako nejvýhodnější plocha i pod 200 mm², ale asi jen těžko pod 100 mm² a docela nepravděpodobně pod 150 mm².

Co by mohl modul Navi obsahovat

Existují dva základní směry, jakými se AMD může vydat. Buďto budou moduly symetrické, tzn. každý bude plně funkčním grafickým čipem, které půjdou spojovat, nebo asymetrické, tzn. jeden modul ponese např. unifikované jádro a druhý ROP a rozhraní paměťové sběrnice. Prozatím docela drtivě převládá názor, že půjde o první řešení, tedy jakousi vzdálenou obdobu toho, co společnost využila ve světě procesorů (tam je ovšem implementace podobného řešení mnohem jednodušší, datové toky jsou o řád nižší).

Diagram GPU Vega 10. Základní konfigurace modulu Navi by se nemusela výrazně lišit

Za předpokladu, že každý modul bude samostatně funkčním GPU a jeho plocha bude mezi 200-250 mm² a vznikne na 7nm procesu, mluvíme o modulu vybaveném podobně, jako je současné 14nm 484mm² GPU Vega 10 (Radeon RX Vega 64). To obsahuje 64 ROP, 4096 stream-procesorů a dva 1024bit kanály každý s jedním čipem HBM2. Je zajímavé, že prakticky všechny dosavadní diskuse a spekulace počítaly s tím, že každý modul Navi bude vybaven jedním HBM čipem. Přenosová rychlost stávajících HBM2 by na to ale nestačila, jeden 2GHz čip s 1024bit rozhraním nabídne 256 GB/s, což je pro modul s 64 ROP, který může být taktován na frekvencích blízkých 2 GHz, poněkud málo.

HBM3?

Jedna z roadmap AMD ale u chlívečku „Navi“ uvádí poznámku Nextgen Memory (respektive jde o roztomilý překlep, protože v prvním slovu chybí „t“, což řadu rodilých mluvčích vedlo k hledání informace, která společnost jménem Nexgen nabízí grafické paměti a o jaký typ pamětí by vlastně mělo jít). Nextgen Memory, tedy „paměti nové generace“ patrně nebudou nic jiného než HBM3, o nichž jsme si povídali v první polovině měsíce:

• HBM3 zvýší přenosovou rychlost 2×, DDR5 1,5-2×

Protože HBM3 počítají s přinejmenším až dvojnásobnou přenosovou rychlostí oproti HBM2, měla by paměťová propustnost dostupná každému grafickému modulu více než dostatečná (teoreticky až ~512 GB/s).

Doba vydání Navi

V první polovině října přišla redakce webu TweakTown se sdělením, že Navi vyjde v polovině roku, v létě. Už tehdy nám to příliš nesedělo s ohledem na fakt, že na první polovinu roku podle všeho AMD chystá 12nm produkty, takže nedává smysl, aby je po kvartálu nahradila 7nm. Navíc to ani nevypadá, že by na jaře mohl být 7nm proces ve stavu, kdy by se na něm dalo rentabilně vyrábět cokoli jiného než malé čipy jako ARM SoC po high-endové telefony a tablety.

Na základě dostupných informací předpokládám, že nejoptimističtější termín pro spuštění výroby jakýchkoli 7nm čipů pro osobní počítače je pozdní podzim 2018, takže bych první 7nm produkty na pultech nečekal dříve než v zimě a to ještě v nejoptimističtějším scénáři.

Vydání Navi je závislé na třech základních aspektech. V první řadě je to dostupnost a rentabilita 7nm procesu. V tomto ohledu může situaci pomoci zvýšení výtěžnosti díky rozdělení na moduly. Druhým aspektem je termín, kdy bude návrh hotový, projde všemožným testováním a z hlediska jeho definitivního dokončení bude možné spustit sériovou výrobu. Rozhodující bude, kolik revizí čipu bude třeba připravit, každá nová si zpravidla řekne o 3 měsíce navíc (přinejmenším).

Na datovou propustnost, pro jejíž dosažení vyžadovalo GPU Fiji přítomnost 4 HBM čipů, bude stačit Navi jeden HBM3

Třetím faktorem je dostupnost a cena HBM3 pamětí. Prozatím nejsou dostupné žádné konkrétní zprávy o jejich výrobě, ale to ještě nemusí mnoho znamenat, mluvíme o rok vzdálené budoucnosti. V tomto ohledu bude klíčové, jaké zprávy na téma HBM3 se budou v médiích objevovat zhruba v létě 2018.

Navi je bezesporu zajímavý projekt, který se snaží vyřešit problém způsobený generaci od generace rostoucí cenou výrobních procesů a nutným čekáním na její pokles před spuštěním výroby desktopových produktů. Na druhé straně s sebou implementace modulárního konceptu v grafice nese vyšší rizika než v procesorech, protože implementace funkčního řešení je složitější a náročnější. Především ale zůstávají velkou neznámou HBM3 paměti, na nichž patrně řešení stojí. Žádná jiná technologie totiž v podobě jednoho paměťového čipu není schopna dosáhnout datové propustnosti kolem 400-500 GB/s a více prostoru než pro jeden čip patrně u nevelkých křemíkových modulů nebude prostor.