AMD Radeon R9 Fury X: è il tempo della GPU Fiji

La principale novità tecnologica delle GPU AMD Fiji è l'adozione della tecnologia HBM, High Bandwidth Memory, al posto di quella GDDR5 da tempo utilizzata per le schede video dalla fascia media a salire. Questa nuova tecnologia porta due benefici diretti: il primo è una riduzione dell'ingombro del sottosistema memoria sul PCB della scheda, che quindi può essere molto più compatta. Il secondo è un netto incremento della bandwidth massima della memoria, superando in questo i limiti dell'approccio basato su moduli GDDR5 adottato sino ad oggi. AMD è la prima ad adottare memorie HBM ma verrà seguita nel 2016 da NVIDIA, che ha già anticipato la volontà di utilizzare HBM per la prossima generazione di GPU della famiglia Pascal.

Poter installare i chip memoria accanto alla GPU ha richiesto di sviluppare quello che viene indicato come interposer, un componente di silicio che funge da vera e propria base sulla quale sono montati GPU e moduli HBM e che ne permette la comunicazione. L'interposer, vista la costruzione meccanica del chip, è anche il componente che fissa i limiti massimi di dimensione della GPU; è costruito utilizzando una tecnologia produttiva meno sofisticata rispetto a quella a 28 nanometri adottata per la GPU, che AMD non ci ha voluto indicare con precisione ma che è presumibilmente precedente di un paio di nodi.

Sopra l'interposer troviamo montata la Logic Die, cioè la logica di gestione che governa i segnali provenienti dai componenti che sopra questo die sono presenti. I chip memoria HBM sono quindi montati sopra il die, collegati tra di loro attraverso un nuovo tipo di interconnessione chiamata Through-Silicon Vias o TSV: questo è all'atto pratico un design 3D in quanto parte della logica di gestione è integrata nei chip di memoria HBM e parte all'interno del Logic Die.

Tanto Logic Die come la GPU sono collegati all'interposer attraverso altri Through-Silicon Vias: questi ultimi diventano quindi lo strumento di comunicazione principale utilizzato per il trasferimento delle informazioni tra i vari componenti. Notiamo dallo schema fornito da AMD come la componente di elaborazione sia indicata come una GPU, oppure una CPU oppure ancora un SoC: questo tipo di design si dimostra quindi essere flessibile, permettendo l'abbinamento di memoria HBM anche con altre tipologie di chip che non siano strettamente delle GPU.

L'utilizzo della memoria HBM porta quindi a vari benefici in termini di riduzione dei consumi e di minor ingombro sul PCB, pur se con un evidente limite nell'implementazione attuale: quello di poter mettere a disposizione un massimo di 4 Gbytes di memoria video. Tale scelta contrasta con il trend generalizzato che vede schede video abbinate a quantitativi di memoria video sempre più elevati, utili sulla carta soprattutto quando vengono utilizzate risoluzioni video molto elevate e selezionate le impostazioni qualitative più spinte.

Mettendo a confronto le tecnologie GDDR5 e HBM emergono le sostanziali differenze di approccio. In termini di ampiezza del bus la seconda è nettamente in avanti, con 1024bit contro i 32bit per chip della tecnologia GDDR5; quest'ultima compensa in parte con una superiore frequenza di clock con un massimo di 1.750 MHz (7Gbps effettivi) contro i 500 MHz (1Gbps) delle memorie HBM. La bandwidth massima ottenibile è pari a 28 Gbytes al secondo per chip nel caso delle memorie GDDR5, con un dato di oltre 100GB/s per stack di memora nel caso delle soluzioni HBM. Queste ultime beneficiano inoltre di una tensione di alimentazione più ridotta, che abbinata alla frequenza di clock contenuta porta a consumi che sono complessivamente inferiori.

Nella prima implementazione adottata dalle schede Radeon R9 Fury X le memorie HBM permettono quindi, con una frequenza di clock di 500 MHz, di raggiungere un valore di bandwidth di 512 Gbytes al secondo contro i 384 Gbytes al secondo della tecnologia GDDR5 con chip a 6 GHz di clock effettivo e bus da 512bit di ampiezza. Specifiche che portano ad un incremento della bandwidth massima del 33%, con in più l'impatto positivo dato dal supporto alle tecnologie di color compression implementato nel chip Fiji e che è assente invece in quello Hawaii abbinato a memoria GDDR5. Tutto questo però si scontra con il limite dei 4 Gbytes di memoria video, dato che può rappresentare un collo di bottiglia alle prestazioni quando alla risoluzione di 4K si abbinano impostazioni qualitative molto spinte.