AMD's R700 als multi-die GPU?

De graphics divisie van AMD overweegt al een lange tijd om een nieuwe weg in te slaan. GPU's worden elke generatie complexer en groter. Er komen steeds meer rekeneenheden en instructies bij, die allemaal ergens op de chip een plekje moeten krijgen. De R600 heeft al 720 miljoen transistors en ook de G80 van nVidia is met 680 miljoen schakelaars op 90nm geen kleine jongen. Door het steeds sneller worden van de videochips wordt ook de behoefte aan een bredere geheugenbus steeds groter, en dat betekent ook meer transistors en meer contactpunten op een GPU.

Een ander probleem van een dergelijk grote core is het grote stroomverbruik. Zowel de 8800 serie als de HD2900 serie zijn grote energieslurpers, met een stroomverbruik van boven de 150W load voor de 8800GTX en Ultra en zelfs rond de 200W voor de HD2900XT. Ook zorgt de steeds groter wordende complexiteit van de videochips ervoor dat het halen van goede yields steeds moeilijker wordt, iets dat voor zowel de fabrikant als de consument niet wenselijk is.

Anton Shilov van Xbitlabs maakt de vergelijking tussen de R600 en de nieuwe, ongeveer even snelle, RV670. Twee videochips gebouwd op dezelfde architectuur, maar door een kleiner productieproces (55nm vs 80nm), kleinere geheugenbus en optimalisaties in de core is de RV670 veel kleiner en energiezuiniger dan de R600. Door twee van die RV670's aan elkaar te koppelen ontstaat er een videokaart die qua stroomverbruik en die-size gelijk is aan de R600, maar die ongeveer twee keer zoveel rekenkracht heeft.

Het voordeel van een dergelijke multi-GPU techniek is dat je de rekenkracht kunt verdubbelen zonder een twee keer zo grote core te ontwerpen en te finetunen, iets wat veel meer tijd en geld kost. De eerste serieuze stap die AMD in de richting van multi-GPU zet wordt dan ook de R680, een videokaart waarbij twee RV670's met elk hun eigen geheugen op één PCB naast elkaar worden geplaatst en door een interne Crossfire brug met elkaar verbonden worden. Omdat de R680 gebruik maakt van bestaande chips en technologie, kan de kaart al in januari volgens jaar op de markt gebracht worden. Het feit dat ook nVidia werkt aan een dual versie van zijn G92 versterkt de theorie dat multi-GPU mogelijk de toekomst wordt.

Er is nog maar weinig bekend over de R700, maar volgens een artikel op PC-Watch zou de nieuwe generatie videochips van AMD wel eens gebaseerd kunnen zijn op een multi-chip-module (MCM) concept in plaats van een multi-GPU concept. Daarmee zouden ze hetzelfde pad volgen als Intel met de Core 2 Quad, waarbij twee dualcore chips aan elkaar worden 'vastgeplakt'. De voordelen daarvan zijn dat Intel geen nieuwe quadcoreprocessor hoeft te ontwerpen en zich kan focussen op het optimaliseren van het productieproces en de yields van dualcore-chips. Er gaan geruchten dat AMD's graphics division hetzelfde idee voor ogen heeft voor de R700.

Maar voordat een dergelijk MCM-concept voor GPU's geschikt is moeten er eerst nog een paar knelpunten worden opgelost. Waar de Core 2 Quad van Intel de FSB gebruikt om de twee dualcores met elkaar te laten communiceren, moet er voor de GPU's een interne en snellere oplossing gevonden worden. Ook moet er een manier gevonden worden om het geheugen te delen over meerdere GPU's, zonder dat daarbij snelheid verloren gaat. Ook moet er, gezien het stroomverbruik van het geheel, een manier worden gevonden om cores uit te schakelen wanneer deze niet gebruikt worden.

Momenteel wordt er voor de communicatie tussen twee GPU's gebruik gemaakt van een CF / SLI brug of de PCI-E verbinding, maar deze zou bij lange na niet genoeg bandbreedte bieden voor een multichip ontwerp. De techniek voor een snelle chip-to-chip verbinding is wel aanwezig, want Rambus kan met zijn Flex IO techniek snelheden tot 76,8 GB/s realiseren.

Door een multi-chip ontwerp kan er een complete line-up gemaakt worden, waarbij de lowbudget slechts 1 rekenkern heeft en de snellere kaarten er 2 of 4 hebben. Het nadeel van dit ontwerp is dat het prijs- en performance verschil groter wordt binnen de line-up, en dat het moeilijker wordt om een driver te ontwikkelen die al die uiteenlopende configuraties optimaal kan aansturen. Elke applicatie moet immers herkend worden en overweg kunnen met multi-GPU, omdat je anders terugvalt op de lage performance van één actieve GPU.

De multi-chip technologie biedt oplossingen voor de problemen die ontstaan bij steeds grotere en complexere monolithische GPU's, maar vormt daarbij ook weer nieuwe technische obstakels. Laten we eerst maar wachten op wat de R680 en de dual G92 gaan brengen, want hoewel de ondersteuning voor multi-GPU steeds beter aan het worden is, is het vandaag de dag nog verre van optimaal.