Polaris ؛ با شاهکار AMD آشنا شوید!

ای‌ام‌دی به خوبی شرایط کنونی را درک کرده و با جدیت تمام در حال تبعیت از قواعد جدید دنیای پی‌سی گیمینگ و به دنبال ساخت یک معماری کارآمد برای محصولات خود است؛ از همین‌رو معماری جدید این شرکت با نام پولاریس در حال توسعه می‌باشد، این معماری طبق گفته‌های ای‌ام‌دی تا حد امکان با فناوری‌های نو هماهنگ گشته و به دنبال ایجاد پلی جدید برای ارتباط بهتر میان سخت‌افزار و نرم‌افزار کارت‌‌های گرافیک است.
در این مقاله قصد داریم به فناوری‌های موجود در این معماری و بهینه‌سازی‌های انجام شده بر روی آن بپردازیم. علاوه بر این، نگاهی هم بر چگونگی استفاده ای‌ام‌دی از لیتوگرافیِ ۱۴ نانومتری با روش ساخت FinFET خواهیم‌انداخت. 
Polaris Architectureپس از چندین ماه انتظار، ای‌ام‌دی از قابلیت‌های انقلابی Polaris در CES ۲۰۱۶ رونمایی کرد و اکنون می‌توانیم دید گسترده‌تری نسبت به نسل بعدی کارت گرافیک‌های این شرکت داشته‌باشیم؛ هدف اصلی Polaris، قدرتی زیاد در برابر مصرف انرژی کم است، هدفی که در صورت وقوع آن شاهد کارت گرافیک‌هایی بسیار قدرتمند حتی در لپ‌تاپ‌ها و کنسول‌های بازی خواهیم‌ بود.
در ابتدا بهتر است معنای واژه “Polaris” را آشکار کنیم، پولاریس به معنای ستاره قطبی است؛ این ستاره در صورت فلکی دب اصغر یا “خرس کوچک” قرار دارد و پرنوترین ستاره این صورت فلکی می‌باشد. در حال حاضر دقیقاً نمی‌دانیم که چرا ای‌ام‌دی از نام یک ستاره برای معماری جدید خود استفاده کرده‌است! شاید از این پس ای‌ا‌‌م‌دی برای نامگذاری معماری‌های جدید خود از نام ستارگان استفاده کند.
طبق گفته ای‌ام‌دی در سه‌ماهه دوم سال ۲۰۱۶ این معماری در کارت‌ گرافیک‌های میان‌رده و بالارده این شرکت ایفای نقش خواهد کرد، انتظار می‌رود تا دو ماه دیگر اولین کارت گرافیک‌های پایین‌رده تیم‌سبز با معماری Polaris معرفی شوند. در فرآیند ساخت تراشه‌های دارای این معماری، از لیتوگرافی ۱۴ نانومتری FinFET استفاده خواهد شد. شایعاتی هم در این خصوص منتشر شده‌اند که با استناد بر آن‌ها می‌توان انتظار داشت که شریک اصلی ای‌ام‌دی در تولید سیلیکون‌های ۱۴ و ۱۶ نانومتری گلوبال فاندریز و شریک دوم هم سامسونگ خواهد بود. در طرف مقابل انویدیا در معماری پاسکال برای تولید سیلیکون‌های ۱۶ نانومتری از یار همیشگی خود یعنی TSMC استفاده می‌کند. پس حداقل از نظر فناوری ساخت، ای‌ام‌دی یک قدم جلوتر از رقیب دیرینه خود است.
Polaris یا به کلامی GCN ۴.۰ در اکثر قسمت‌ها شاهد بازبینی بوده‌است. طبق ادعای AMD بهینه سازی‌های انجام شده در این معماری منجر به کاهش مصرف انرژی تا ۶۱ درصد شده‌است؛ در Polaris موتور پردازش تصویر زین پس از اتصالاتی مانند HDMI ۲.۰a و دیسپلی‌پورت ۱.۳ نیز پشتیبانی می‌کند. جالب است که بدانید پشتیبانی از HDMI ۲.۰ حتی در ضعیف‌ترین کارت‌گرافیک‌های شرکت رقیب هم وجود دارد، اما ای‌ام‌دی از تعبیه آن در کارت گرافیک بالارده “فیوری ایکس” خودداری کرده‌بود!
در Polaris قسمت مولتی‌مدیا نیز تغییرات نسبتاً عمده‌ای را به خود دیده‌است، پشتیبانی از اینکد و دیکد سخت‌افزاریِ محتوای ۴k با کدک H.۲۶۵ در این معماری اضافه شده‌است. در معماری GCN ۱.۳، ای‌ام‌دی پشتیبانی از دیکد سخت‌افزاری HEVC (پروفایل Main) یا همان x.۲۶۵ را با عمق رنگ ۸ بیت افزوده‌بود و حال شاهد پشتیبانی از دیکد سخت‌افزاری کدک x.۲۶۵ (پروفایل Main۱۰) با عمق رنگ ۱۰ بیت هستیم. از مزایای عمق رنگ ۱۰ بیت می‌توان به کیفیت بیشتر در اجرای محتوای HDR اشاره کرد، این گستره‌رنگی در فعالیت‌های گرافیکی نیز کاربرد بسیار زیادی دارد. تیم رادئون تکنالوجیز پشتیبانی از اینکد سخت‌افزاری محتوای ۴K با نرخ ۶۰ فریم در ثانیه را هم به Polaris آورده‌است تا جای هیچ بحثی باقی نماند. گستره رنگی Rec.۲۰۲۰ هم یکی دیگر از امکانات این معماری است که در افزایش کیفیت محتواهای ۴k و ULTRA HD نقش موثری خواهد داشت.
در معماری جدید موتور محاسباتی و موتور پردازش چندضلعی‌ها با چند تغییر بروزرسانی شده‌اند، مقدار حافظه کش سطح ۲ هم بیشتر شده و در آخر بازده کارت گرافیک افزایشی بسیار زیاد داشته‌است.
در تمامی تراشه‌های سال ۲۰۱۶ ای‌ام‌دی از درگاه دیسپلی‌پورت ۱.۳ نیز پشتیبانی می‌شود، دیسپلی پورت ۱.۳ با در اختیار گرفتن ۴ خط ارتباطی (هر کدام با انتقال ۸.۱ گیگابیت اطلاعات در ثانیه) می‌تواند در نهایت پهنای باندی در حدود ۳۲.۴ گیگابیت در ثانیه را به وجود آورد؛ پهنای باند دیسپلی‌پورت ۱.۳ تقریباً ۸۰ درصد از آخرین نسل HDMI یعنی نسخه ۲، سریعتر است! با چنین پهنای باندی به راحتی می‌توان گیمینگ را در رزولوشن ۴K و یا حتی بالاتر از آن تجربه کرد، علاوه بر این به دلیل پهنای باند بالای دیسپلی‌پورت ۱.۳ می‌توان محتوای HDR را نیز به سادگی منتقل کرد.
در دیسپلی‌پورت ۱.۳ از حالتی به نام HBR۳ استفاده گشته‌است، این مود با تغییر بر روی واپایشگر و اعمال تنظیمات بهینه می‌تواند پهنای باند را از ۵.۴ گیگابیت در ثانیه (در هر مسیر ارتباطی) به ۸.۱ گیگابیت در ثانیه (در هر مسیر ارتباطی) افزایش دهد. توجه کنید که دیسپلی‌پورت ۱.۳ مجموعاً ۴ مسیر ارتباطی PCIe را اشغال می‌کند.
اگرچه دیسپلی‌پورت ۱.۳ پهنای باند فوق ‌العاده زیادی را در اختیار دارد اما در حال حاضر نمی‌توان از آن برای انتقال داده‌ها در رزولوشن ۸K و با فضای رنگ RGB ۲۴-bit استفاده کرد و در این حالت انتقال‌ داده‌ها تنها با استفاده از فضای رنگ YUV مقدور خواهد بود.
ای‌ام‌دی برای نمایش برتری کارت‌ گرافیک‌های خود در ces ۲۰۱۶ از دو سیستم گیمینگ استفاده کرد، مشخصات هر دو سیستم برابر است و شامل یک پردازنده Core i۷ ۴۷۹۰k و ۱۶ گیگابایت رم DDR۳ با فرکانس ۲۶۰۰ مگاهرتز می‌شود. در یک سیستم از کارت گرافیک GTX ۹۵۰ انویدیا و در دیگری از معادل همین کارت اما با معماری پولاریس ای‌ام‌دی استفاده شده‌است؛ نتیجه شگفت انگیز است! ای‌ام‌دی در تست خود بر روی هر دو سیستم بازی استار وارز بتل‌فرانت را با رزولوشن فول‌اچ‌دی اجرا کرد، کارت گرافیک انویدیا GTX ۹۵۰ با مصرف ۱۴۰ وات توانست این بازی را با نرخ ۶۰ فریم در ثانیه اجرا کند؛ در مقابل کارت گرافیک معادل با معماری پولاریس همین بازی‌ را در همین کیفیت با مصرف تقریبا ۸۰ وات اجرا کرد! 
با عملکرد عالی ای‌ام‌دی می‌توان انتظار داشت به زودی در جدول P/w کارت گرافیک‌های Polaris صدرنشین خواهند شد! البته از پاسکال هم نباید غافل گشت.
ای‌ام‌دی با معرفی Polaris، نوآوری‌های زیادی را در زمینه ساخت معماری به خرج داد؛ در این معماری همانطور که گفته شد تقریباً تمام بخش‌ها بهینه‌ شده‌اند و علاوه بر آن برای افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی بخش‌های دیگری هم اضافه گشته‌اند. IPهای جدید این معماری در لیست زیر خلاصه می‌شوند:
Command Processor یا پردازشگر خط فرمان
Geometry Processor یا پردازشگر چندضعلی‌ها
Display Engine یا موتور پردازش تصویر
هسته‌های پردازش محتوای صوتی و تصویری
بروزرسانی معماری از GCN ۱.۳ به GCN ۴.۰ یا پولاریس
واپایشگر حافظه
کش سطح ۲ (مقدار آن زیاد شده‌است)
با دقیق‌تر شدن در ساختار Polaris به نکات دیگری هم پی خواهیم برد که دانستن آن‌ها خالی ار لطف نیست؛ علاوه برIPهای جدید، نوآوری‌های تازه‌ای هم در این معماری به چشم می‌خورد که در زیر می‌توانید تعدادی از آن‌ها را بخوانید:
Primitive Discard Accelerator (در مورد این بخش ای‌ام‌‌دی اطلاعاتی را منتشر نکرده‌است)
Hardware Scheduler (در مورد این بخش ای‌ام‌‌دی اطلاعاتی را منتشر نکرده‌است)
Instruction Pre-Fetch: مشابه این سیستم در گذشته برای کاهش زمان سیکل کاری پردازنده استفاده می‌شد و حال ای‌ام‌دی قصد دارد آن را وارد کارت‌های گرافیکی کند.
Improved Shader Efficiency: بهبود کارایی شیدرها (سایه‌زن)
Memory Compression: فشرده‌سازی اطلاعات خام برای بهینه‌شدن استفاده از پهنای باند کارت گرافیک
اما در مورد نامگذاری GPU کارت‌های گرافیکی نسل RX ۴۰۰ ای‌ام‌دی؛ در این نسل احتمالاً ای‌ام‌دی از تراشه Artic islands در کارت گرافیک‌های بالارده استفاده خواهد کرد و تراشه‌هایی از قبیل اِلِسمِر ایسلند، بَفین ایسلند و گرین‌لند را در کارت گرافیک‌های دیگر خود جای خواهد داد.
و اما ای‌ام‌دی در باب تولید تراشه با سیلیکون‌های ۱۴ و ۱۶ نانومتری با فناوری FinFET چه کرد؟
می‌توان گفت کلید افزایش بازده و کاهش مصرف انرژی توسط کارت گرافیک در دست لیتوگرافی است البته بهینه‌سازی‌هایی که در معماری انجام می‌شود نیز بی تاثیر نیست!
طبق قانون مور در هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستور‌ها در یک قطعه سیلیکونی معین، دو برابر می‌شود؛ این امر با کوچکتر کردن اندازه ترانزیستورها حاصل می‌شود و در اکثر مواقع با کوچکتر شدن ترانزیستورها نشت ولتاژ نیز بیشتر می‌شود و تراشه در حالت پایدار باقی نمی‌ماند. قطعاً این قانون برای همیشه معتبر نخواهد بود و کوچکترکردن ترانزیستورها به زودی با مشکلات بسیار اساسی رو‌به‌رو می‌شود. موتورولا در سال ۱۹۷۷ ریزپردازنده ۸ بیتی MC۸۰۰ را با سیلیکونی به سطح ۵.۴ در ۵.۴ میلی‌متر و با دارا بودن ۵۰۰۰ ترانزیستور معرفی کرده‌بود، حال وضعیت به کلی فرق کرده و ای‌ام‌دی در سال ۲۰۱۵ تراشه فیجی را با لیتوگرافی ۲۸ نانومتری، سطح مشابه MC۸۰۰ و ۸.۹ میلیارد ترانزیستور معرفی کرد! این پیشرفت خبر از تحول بسیار عظیم این صنعت در طول چند سال اخیر می‌دهد
ای‌ام‌دی در تراشه‌های قبلی خود از لیتوگرافی ۲۸ نانومتری TSMC استفاده می‌کرده و اکنون قصد حرکت به سمت لیتوگرافی ۱۴ یا ۱۶ نانومتری آنهم با روش FinFET را دارد که همین به تنهایی نویدبخش یک معماری کامل خواهد بود. با ادامه کوچکتر کردن ترانزیستورها تقریباً در هر دو سال نشت ولتاژ هم دو برابر می‌شود و واضح است که باید راه حلی اساسی برای این مشکل مطرح گردد. FinFET آمده‌است تا مشکل نشت‌ولتاژ را حل کند و با ایجاد تغییراتی در زیرساخت‌ها ریزپردازنده آن را سریعتر، کم‌مصرف‌تر و در نهایت کارا تر از قبل کند. اما در عمل FinFET چه کاری را انجام می‌دهد که تا این حد مورد استقبال سازندگان تراشه واقع گشته؟
فناوری FinFET علاوه بر افزایش کارایی پردازنده‌ مرکزی، پردازنده گرافیکی را هم متحول می‌کند و توانایی این را دارد که دستگاه بدون مصرف‌انرژی بیشتر، خروجی بهتری نسبت به محصول هم‌رده با لیتوگرافی مشابه و فاقد فناوری FinFET داشته‌باشد. این فناوری در گرو لیتوگرافی ۱۴ یا ۱۶ نانومتری می‌تواند پردازش را بدون اتلاف انرژی و نشت ولتاژ بهبود بخشد.
اساس FinFET به این شکل است که یک گیت (قسمت آبی و شفاف عکس بالا) از ۳ طرف یک فین (پایه‌ برجسته) را احاطه می‌کند و کنترل ورودی و خروجی و علاوه بر آن، نشت ولتاژ را به دست می‌گیرد؛ به عبارتی سورس (ورودی) و دِرِین (خروجی) توسط یک گیت تسخیر می‌شوند و در درون گیت پردازش‌های مربوطه انجام می‌گیرد. در این روش سطح تماس گیت با فین (پایه برجسته) بیشتر شده و طبیعتاً مقدار جنبش الکترون‌ها و درنهایت قدرت پردازش‌ هم بیشتر می‌شود. توجه کنید که قسمت آبی رنگ از جنس سیلیسیم بوده و با لیتوگرافی‌های مختلفی نظیر ۱۴ و یا ۲۸ نانومتری تولید می‌شود، قسمت خاکستری نیز لایه‌ اکسید می‌باشد.
با پیاده‌سازی این روش بر روی تراشه، مسیر پردازشی و راه ورودی و خروجی از ۱ قسمت در حالت عادی به ۳ قسمت در حالت FinFet افزایش می‌یابد.
فین‌فت ساخته ای‌ام‌دی نیست و برای اولین بار در سال ۱۹۸۹ ایده آن مطرح شد و در سال ۲۰۰۰ در دانشگاه برکلی اولین نمونه آزمایشی از آن تولید گشت؛ سرانجام اینتل این فناوری ساخت را در سال ۲۰۱۲ و در سری سندی‌بریج به معماری پردازنده‌های خود وارد کرد.
شکی در این نیست که این فناوری ساخت در معماری جدید ای‌ام‌دی تاثیرگذار خواهد بود و باید ببینیم که ای‌ام‌دی چگونه از این فرصت استفاده خواهد کرد.
سخن پایانی
بعد از درایور موفق کریمسون، اکنون این دومین تغییر بزرگ در کارت گرافیک‌های ای‌ام‌دی توسط گروه رادئون تکنالوجیز است. اگر همه چیز به خوبی پیش رود، ای‌ام‌دی در سال آتی مشکلی را پیش رو نخواهد داشت و به راحتی می‌تواند از سد رقیبان خود عبور کند.
Polaris حاصل زحمت چندین ساله مهندسان ای‌ام‌دی است و در مقابل انویدیا هم برای ساخت پاسکال زحمت زیادی کشیده‌است؛ هر دو معماری در نوع خود عالی هستند اما در نهایت باید دید که در عمل چه چیزی در چنته دارند. قطعاً سال ۲۰۱۶، سال شکوهندی برای کارت های گرافیکی خواهد بود و به شدت منتظر هستیم که نتیجه رقابت تیم سبز و قرمز را مشاهده کنیم!
دیدگاه شما هستید؟ در حال حاضر معماری کدام کمپانی را بیشتر می‌پسندید؟ تیم سبز یا قرمز؟