ATI_Radeon_HD_4000

**ATI Radeon HD 4000** 系列，其顯示核心代號 **Radeon R700**，由 AMD（ATI）研發並推出。Radeon HD 4000 系列的第一款產品是 RV770 顯示核心，採用此晶片的顯示卡名為 Radeon HD 4850，有 800 個流處理器。而核心頻率更高的 HD 4870 及 HD 4890 緊隨其後，更率先採用 GDDR5 作為顯示記憶體。最高端顯示卡採用 R700 核心，是一款雙晶片顯示卡產品，名為 HD 4870 X2。

## 背景

與之前的系列不同，首發的 **Radeon R700** 顯示卡只是中階產品。這與 AMD 調整策略有關。過往，AMD 往往在高端市場落後於 NVIDIA。此次，AMD 在中階市場主動出擊，原因是該市場佔用家群一個較大的比例，利潤亦會較高。而對手 NVIDIA 方面，雖然推出了效能比較強的 GTX 200 系列顯示卡，但 CP 值明顯比 R700 不足。以往的顯示卡開發，是先研製旗艦級產品，再將此功能削減，成為中階和低階顯示卡。面對著顯示核心的架構愈來愈複雜，研發的成本和時間亦愈來愈高。另外，高端產品的市場比較細，產品往往只是技術的演示。而 ATI 在過往與 NVIDIA 競爭的過程中，經常錯過適當的發佈時間，不只輸掉高端市場，亦減慢了中低階顯示卡的發佈。

在 AMD 收購 ATI 後，市場策略亦開始調整。今次，公司只會研發針對主流市場的顯示卡，高端顯示卡則由雙核心顯示卡補上，例如 Radeon HD 4870 X2。

## 架構

整體的架構與上一代相約，但作出了多方面的微調。與上一代顯示卡系列一樣，支援 DirectX 10.1 及 Shader Model 4.1。RV770 核心有 9.56 億個電晶體，採用 55 nm 製程製造。

### SIMD(Single Instruction Multiple Data)

同樣是 SIMD 架構，核心擁有多個 SIMD 核心。每一個 SIMD 核心有 16 個流處理器、獨立的紋理單元和 L1 快取。
由於取消了共享快取，各核心可以透過 Global DataShare Unit 互相溝通。而每個流處理器有 5 個 ALU，換言之一個 SIMD 核心有 80 個 ALU。與上一代不同，本次所有的 ALU 單元都可以作整數位元運算，可大大提升 GPGPU 應用的效能。RV770 顯示核心有 10 個 SIMD 核心，合共擁有 800 個流處理器。

### 流處理器 (Stream Processing Unit)

RV770 顯示核心擁有 800 個流處理器，是上一代 RV670 的 2.5 倍。流處理器的結構並沒有任何改變，只是數量上有所上升。每個流處理器有 5 個 ALU，所有的 ALU 單元都可以作整數位元運算。流處理器的架構依然是 4D+1D 的結構，相對 NVIDIA 的全 1D 結構，雖然效率沒有那麼高，但架構簡單，可以輕易提升流處理器的數量。AMD 方面，每一個流處理器內的 5 個 ALU 會共享一個指令發射埠；NVIDIA 方面，一個 ALU 需要獨立的埠，難以有效提升流處理器的數量。

### 紋理單元 (Texture Unit)

每一個 SIMD 核心都擁有 1 組紋理單元，換言之 RV770 擁有 10 組紋理單元。每組紋理單元內有 4 個紋理定址單元，16 個 32 位元浮點紋理採樣單元和 4 個紋理過濾單元。

### 快取 (Cache)

上一代的顯示核心，快取（Cache）是被所有的 SIMD 核心共享的。在 R700 顯示核心中，每一個 SIMD 核心都擁有獨立的 Cache。這樣做可以降低延遲，提高效率。上一代 SIMD 可透過共享快取互相溝通，由於採用了獨立快取，所以 AMD 為每一個核心加裝了 Global DataShare Unit，作 SIMD 互相溝通之用。

### 片內互聯

AMD 放棄了 Ring Bus 架構鏈結顯示記憶體，改用回傳統的 Crossbar 架構。因為縱使 Ring Bus 架構的結構簡單且可以優化，但延遲率高，亦要用更多的電晶體。最重要的是 R600 顯示 Ring Bus 架構對效能的幫助不明顯，

### 記憶體

RV770 的記憶體頻寬是 256-bit，但使用 GDDR5 的話仍可以保持高速率。

### 光柵單元 (Render Back-Ends)

AMD 重新設計了光柵單元，用來改善 AA 效能。亦取消了針對透明及霧化效果的運算單元。而 AA 演算法仍然會交由 Shader 處理，憑著流處理器的數量是上一代的 2.5 倍，AA 的效能亦有所提升。

### CrossFire Sideport

這一代的雙顯示核心設計仍使用 PCI Express 橋接晶片。此次使用的是 PLX 出品，功耗為 3.8 瓦的 PEX 8647 晶片，這塊晶片支援 PCIe 2.0，允許兩顆 GPU 運作在相同的 PCIe 插槽但擁有兩倍於前代產品（Radeon HD 3870 X2）的頻寬。但 AMD 在此代顯示核心上還內建了一個新的「CrossFire X Sideport」，用來協調多個顯示核心之間的通訊，提供額外 5GB/s 且全雙工的 GPU 間資料傳送頻寬，增進圖形效能。如此一來兩個 GPU 間的總頻寬達到了 21.8GB/s。籍此 AMD 利用兩顆顯示核心，組成一張顯示卡，用作對抗 NVIDIA 的高端產品。所以增加 CrossFire 的效能和效率就變得重要。在這一點上，CrossFire X Sideport 內聯器從未被啟用，在任何支援 CrossFire 的驅動程式上。

### UVD2(Unified Video Decoder 2 )

相對第一代的 UVD，UVD2 可以解碼更高位元速率和解析度的影片。另外，與 NVIDIA 的新 PureVideo 一樣，可以支援兩段影片同時解碼，方便提供畫中畫功能。新增 Dynamic Contrast 技術，用來提升影片的光暗對比。另外，顯示核心依然整合了音效卡，支援聲道由 5.1 升級到 7.1，支援 AC3 和 DTS，亦追加對 LPCM 的支援。

Radeon HD 4550/4350 會支援 UVD 2.2。 提高對高畫質影片格式的相容性，支援新一代的影像輸出。

### AVT(Accelerated Video Transcoding)

利用 AVT 技術，使用者可以利用 R700 顯示核心，編碼 1080p 的高畫質影片，這相當於 GPGPU 的一種應用。

## 其他技術

### GPGPU

AMD 選擇了開放標準，例如蘋果電腦推廣的 OpenCL，以至 DirectX，或者 AMD 自家的 Brook +。AMD 認為 NVIDIA 的 CUDA 是閉源標準，最終都會失敗。

### 物理引擎

AMD 宣佈與 Havok 合作共同最佳化在 AMD 四核心處理器下的遊戲物理運算的表現，並表示會共同研究將來讓顯示卡支援 Havok 物理引擎。有第三開發者聲稱，PhysX 物理引擎可以在 R700 核心上實現。而 NVIDIA 就盡全力幫助那一位程式員，讓 R700 核心支援 CUDA 技術，藉此讓核心支援 PhysX 物理引擎。

### GDDR5

Radeon HD 4870 將會利用 GDDR5 作為顯示記憶體，是業界首次採用 GDDR5 裝備顯示卡。相對而言，NVIDIA 就顯得比較保守，只採用 GDDR3 記憶體，但可以保證產品發佈順利，亦提供足夠的頻寬。對上一次，ATI 亦率先採用 GDDR4 作為 X1950 XTX 顯示卡的記憶體，但由於頻率提升有限，並未能為新產品提供更大的頻寬。而 GDDR5 的頻寬更大，功耗更低，亦符合 AMD 對節能的要求。

但由於 GDDR5 始終是新技術，所以開始的時候不能大量上市，亦耽誤了 HD 4870 顯示卡的發佈。而 AMD 放棄了 Ring Bus 記憶體架構，採用 GDDR5 記憶體是迫不得已的做法。

### PowerPlay

這是一個電源管理技術，RV670 將它首次引入到桌面市場中。而在 R700 顯示核心中，有關的技術亦得到升級。例如，顯示核心可以自行關閉不在工作中的處理單元，亦可以調整核心的電壓和頻率。顯示記憶體方面，就只有頻率可以調整。

## 產品

### Radeon HD 4800

最先推出的是 Radeon HD 4850 顯示卡，目標是中階市場，擁有 800 個流處理器，採用 GDDR3 顯示記憶體。比較高端的 Radeon HD 4870 亦在其後推出，除核心頻率有所提升，更採用 GDDR5 顯示記憶體。另外，由於 RV770 的核心頻率還有提升的空間，預計有廠商會推出超頻版本的 RV770 顯示卡，用來與 GTX 280 顯示卡競爭。

旗艦型號 Radeon HD 4870 X2 已於 2008 年 8 月 12 日推出，採用雙顯示核心設計，對手是 NVIDIA 的 GeForce GTX 280，而實際效能比 NVIDIA Geforce GTX 280 顯示卡更強，後來 NVIDIA 推出 GeForce GTX 295 方能戰勝之。顯示核心亦整合了 CrossFire Sideport 元件，兩個顯示核心可以雙向 5GB/s 的頻寬互相連結。 橋接晶片方面，採用了 PEX8647，支援 PCI-E 2.0。

這個系列最低階的是 Radeon HD 4830，它有 640 個流處理器，對手是 GeForce 9800 GT。

AMD 於 2009 年 4 月 2 日（原為 4 月 6 日，之後推遲到 9 日，最後由於產品提早在 3 月底發售，所以正式的官方發佈時間定為 4 月 2 日） 推出使用 RV790 核心的 Radeon HD 4890，規格與 Radeon HD 4870 相似，但運作頻率更高。對手是 NVIDIA 的 GeForce GTX 275。RV790 核心並不是單純的 RV770 核心超頻版本，還額外增加了 300 萬個電晶體。

AMD 於中國內地市場推出 Radeon HD 4860，使用 RV790 核心，只擁有 640 個流處理器，採用 512MB GDDR5 顯示記憶體，由於以高時脈運作，所以效能與 Radeon HD 4870 接近。

### Radeon HD 4700

Radeon HD 4770 於 2009 年 4 月推出，使用 AMD 首款 40nm 繪圖核心 RV740，擁有 640 個流處理器，128bit 顯示記憶體介面，但採用 GDDR5 顯示記憶體，以免記憶體頻寬不足。核心時脈 750MHz，記憶體時脈 3200MHz。效能較 Radeon HD 4830 優勝，部份測試成績甚至與 Radeon HD 4850 相近。由於需求高加上台積電的 40nm 晶片前期生產良率欠佳，造成市面上長期缺貨，相同級別需要由 Radeon HD 4850 降價接替。本產品可視為半年後推出的 Radeon HD 5000 系列的實驗品。

### Radeon HD 4600

* Radeon HD 4670 - 核心頻率為 750MHZ，採用 GDDR3 顯示記憶體，頻率為 1800MHz（容量是 512/1024 MB）。核心擁有 320 個流處理器，但顯示記憶體頻寬僅有 128bit，規格參數與 HD3850 128-bit (HD3690) 相似。
* Radeon HD 4650 - 核心頻率比 4670 慢，採用 GDDR2 顯示記憶體。

### Radeon HD 4550

* Radeon HD 4550 - 有 80 個流處理器，採用 GDDR3 顯示記憶體，頻寬只有 64-bit。

### Radeon HD 4350

* Radeon HD 4350 - 與 HD 4550 同樣有 80 個流處理器，但只採用 GDDR2 顯示記憶體。對手是 GeForce 9400 GT。

### FireStream 9000

GPGPU 產品方面，AMD 會推出基於 RV770 核心的 FireStream 9250。它支援雙精度和 64 位元浮點運算。

## 顯示核心規格列表

### 桌上型

#### 獨立顯示核心

1 統一彩現單元數量 : 紋理對映單元數量 : 彩現輸出單元數量 
2GDDR5 顯示記憶體的資料傳送速率是其時脈頻率的 4 倍，而非其它 DDR 記憶體的兩倍 
3 熱設計功耗（TDP）數值來源於超微官方資料。不同廠商的非公版顯示卡電路板設計會使得實際 TDP 數值和官方資料的有所不同。 
4 全部型號帶有 UVD2、ATI PowerPlay 功能

#### 整合式顯示核心

這一列表是 Radeon HD 4000 中內建於 AMD 晶片組系列的型號，整合這些型號的晶片組有 700 系列、800 系列以及 900 系列（980G，實際是 880G 的更名版本）。這些型號全部支援 DirectX 10.1 以及 OpenGL 3.3。

1 統一彩現單元數量 : 紋理對映單元數量 : 彩現輸出單元數量 
2 在 ATI PowerPlay 節電技術生效時，核心時脈在不同的使用場合時會有所不同。這個列表列出的時脈數值是官方預設的時脈值參數 
3 整合顯示核心的專用記憶體採用特別的 sideport 匯流排，用作顯示記憶體

### 行動型顯示核心

這個列表除了獨立顯示核心以外，還包括整合於北橋晶片內的整合式顯示核心。

1 統一彩現單元數量 : 紋理對映單元數量 : 彩現輸出單元數量 
2GDDR5 顯示記憶體的資料傳送速率是其時脈頻率的 4 倍，而非其它 DDR 記憶體的兩倍

## 參考文獻

## 參見

* GeForce GTX 200
* ATI 顯示核心列表

## 外部連結

* ATI Radeon™ HD 4800 Series – Overview