AMD，Northern Islands世代のハイエンドGPU「Radeon HD 6900」を発表。コアアーキテクチャの刷新がキモ

　日本時間2010年12月15日14：01，AMDは，開発コードネーム「Cayman」（ケイマン）で知られるRadeon HD 6900シリーズを正式に発表した。「Northern Islands」（ノーザンアイランド）世代の第2弾となる新シリーズのラインナップは，シングルGPU仕様のフラグシップとなる「Radeon HD 6970」（以下，HD 6970）と，その下位モデル「Radeon HD 6950」（以下，HD 6950）の2つだ。
　最大の特徴は，先に発表されたRadeon HD 6800シリーズから，「Thread Processor」（スレッドプロセッサ）の構成を変更したこと。シェーダプロセッサ「Streaming Processing Unit」（「Stream Processor」ともいう。以下 SP）あたりの演算能力を向上させた「VLIW4」エンジンの採用により，ハードウェア仕様の改良が図られている。
　実際のパフォーマンスは別途掲載しているレビューを参照してもらうとして，本稿では，AMD担当者の独占インタビューも交えながら，新製品の概要を説明してみたい。

HD 6970（左）およびHD 6950（右）両リファレンスカードのイメージ

　HD 6970とHD 6850，両GPUの主なスペックは下記のとおりだ。

●Radeon HD 6970

• Streaming Processing Unit数：1536基
• Texture Unit数：96基
• GPUコアクロック：880MHz
• メモリクロック：5.5GHz相当（実クロック1.375GHz）
• グラフィックスメモリ：容量2GB，GDDR5 SDRAM
• ROP数：32基
• ディスプレイインタフェース：DVI-I×2（Dual-Link，Single-Link各1），Mini DisplayPort×2，HDMI×1
• 電源供給：8ピン×1 ＋ 6ピン×1
• 最大消費電力：250W
• ゲームプレイ時の典型的な消費電力：190W
• アイドル時の消費電力：20W
• 市場想定価格：369ドル

●Radeon HD 6950

• Streaming Processing Unit数：1408基
• Texture Unit数：88基
• GPUコアクロック：800MHz
• メモリクロック：5GHz相当（実クロック1.25GHz）
• グラフィックスメモリ：容量2GB，GDDR5 SDRAM
• ROP数：32基
• ディスプレイインタフェース：DVI-I×2（Dual-Link，Single-Link各1），Mini DisplayPort×2，HDMI×1
• 電源供給：6ピン×2
• 最大消費電力：200W
• ゲームプレイ時の典型的な消費電力：150W
• アイドル時の消費電力：20W
• 市場想定価格：299ドル

VLIW4コアアーキテクチャの採用で

総SP数を減らしつつ性能を引き上げる

Radeon HD 6800シリーズのブロックダイアグラム（参考）。同シリーズの詳細は解説記事を参照してほしい

　AMDは統合型シェーダアーキテクチャを採用する初のGPU製品となったATI Radeon HD 2000シリーズ以降，Radeon HD 6800シリーズまで，シェーダプロセッサを5基ひとまとめとしてSPUを構成する「VLIW5」（VLIW：Very Long Instruction Words）コアアーキテクチャを一貫して採用してきた。VLIW5コアアーキテクチャにおいて，Thread Processorは，

1. 浮動小数点演算と整数演算，論理演算，比較演算を担当する4基の32bit浮動小数点スカラ演算器
2. 指数や対数，三角関数などの複雑な演算機能をサポートする超越関数（Transcendental Function）ユニット1基（※AMDはこれを「T-unit」と呼んでいる）

という，4＋1仕様で，SPを実装。これに，分岐ユニット（Branch Unit），汎用レジスタ（General Purpose Register）群を組み合わせたものになっていたというのは，記憶している読者も多いだろう。

Radeon HD 6900シリーズのアーキテクチャを説明してくれたDave Hoff氏（Director，Advanced Computing Initiative，GPU Division, AMD）

　これに対してRadeon HD 6900シリーズのVLIW4では何が起きているのか。AMDでグラフィックス製品のテクニカルマーケティングを担当するDave Hoff（デイヴ・ホフ）氏は，「このT-unitの機能を，残る4基のスカラ演算器に振り分けることで，1サイクルあたりのスループット性能向上を図った」と説明する。
　誤解を恐れずに少々乱暴な言い方をしてしまえば，VLIW5ベースの製品に対して5分の4となるコア数で，同等の性能を実現しようというのが，VLIW4コアアーキテクチャのキモだ。

Radeon HD 6900シリーズのブロックダイヤグラム。VLIW4コアアーキテクチャを採用するとともに，「Graphics Engine」を2基にする完全なデュアルコアデザインを実現（※詳細は後述）。メモリインタフェースはRadeon HD 6800シリーズと同じく，256bit幅のGDDR5だが，より高速なメモリチップが組み合わされる。一方，テクスチャユニット数は，「SIMD Engine」あたり4基と，従来製品から変更されていないが，SIMD Engine数が増えたため，その数も増えている

VLIW4のThread Processor。「T-unit」とされるビッグSPの機能を4基のSPに担当させることで，スループット性能を引き上げた。面積（平方mm）あたりの性能は10％向上しているという

AMDがRadeon HD 6900シリーズで設定した開発目標

　もちろん，この機能強化に伴って，SP 1基あたりのサイズは（ビッグSPたるT-unitほどではないが）やや大きくなっている。
　Radeon HD 6900シリーズは，Radeon HD 6800シリーズやATI Radeon HD 5000シリーズと同じTSMCの40nmプロセスで製造され，26億4000万トランジスタを集積。ダイサイズは389mm²なので，ATI Radeon HD 5800シリーズの21億5000万トランジスタ，334mm²と比べれば，SPのサイズが20％程度大きくなったことになり，辻褄が合う計算だ。

HD 6970（上）とHD 6950（下）の概要。演算性能は前者が単精度2.7TFLOPS，倍精度675GFLOPSで，後者が単精度2.25TFLOPS，倍精度563GFLOPSとされる

　ただ，Hoff氏が「超越関数演算では，4基あるSPのうち3基を使って演算することになる」と述べ，かつ「SPの強化に伴うダイサイズへの影響はそれほど大きくない」としている点には注目しておきたい。また，あるAMD関係者は「冗長な領域を含め，実際のコア数では余裕を持たせている」と説明しているので，HD 6970がCaymanコアのフルスペック品であるかどうかは定かでない。
　ここしばらく，GPUの新製品発表と同時にダイ写真を公開してきたAMDが，開発コードネーム「Barts」（バーツ）ことRadeon HD 6800シリーズや，今回のRadeon HD 6900シリーズの発表にあたってもダイ写真は一切公開していないのは，なかなか気になるところである。

　ともあれ，Radeon HD 6970の1536基というSP数は，1600 SP仕様だった「ATI Radeon HD 5870」（以下，HD 5870）の性能を上回るには十分な数とも言えそうだ。実際，GPUコアクロックとメモリクロックの引き上げ効果もあって，HD 6970の3D性能はHD 5870比で20％程度の向上を実現できたと，AMDはアピールしている。

Radeon HD 6900シリーズの発表を受けた，2010年第4四半期における製品の位置づけ図。HD 6970とHD 6950はATI Radeon HD 5800シリーズの後継だ。HD 6970は「GeForce GTX 570」の対抗とされる一方，HD 6950は「競合製品なし」という扱いになっている。ちなみに，「GeForce GTX 580」の対抗製品は「ATI Radeon HD 5970」。2011年第1四半期が予定されている開発コードネーム「Antilles」こと「Radeon HD 6990」の市場投入までは，同デュアルGPUソリューションが継続販売される計画だ

完全なるデュアルコアデザインを実現

ROPや電力制御周りにも重要な拡張が

　Radeon HD 6900シリーズでは，VLIW4コアアーキテクチャの採用以外にも，アーキテクチャ面で改良が加えられている。それが，ブロックダイアグラムを示したとき軽く触れた“デュアルコアデザイン”だ。
　Caymanコアでは，Bartsコア（まで）で1基だった「Graphics Engine」（グラフィックスエンジン）の数を2基に増やした。これにより，「Command Processor」（コマンドプロセッサ）の後段，Graphics Engineから「Ultra-Threaded Dispatch Processor」(ウルトラスレッド・ディスパッチプロセッサ)，「SIMD Engine」クラスタまでが完全な2系統に分かれ，2つのSIMD Eigineクラスタをより効率的に制御できるようになったのだ。完全なデュアルコアGPUデザインを実現したというわけである。

従来は1基だったGraphics Engineを二重化。2基のGraphics EngineがそれぞれUltra-Threaded Dispatch ProcessorやSIMD Engineクラスタとつながるレイアウトになった

　また，搭載されるテッセレーションユニット「Tessellator」（テッセレータ）も第8世代へ進化し，第6世代のそれを搭載していたATI Radeon HD 5800シリーズと比べて最大3倍のテッセレーション性能を発揮するようになったという。

　さらに，「Render Back-End」（レンダーバックエンド）も強化され，複数の命令を同時書き込みできるようにすることで，16bit整数演算で2倍，32bit浮動小数点演算では2〜4倍の性能向上を果たしているとのことだ。

グラフィックスコアアーキテクチャの改良にあわせて，レンダーバックエンドも強化。複数の命令を同時書き込みできるようにした結果，16bit整数演算で2倍，32bit浮動小数点演算で2〜4倍の性能向上を実現したとされる

レンダーバックエンドの強化や，グラフィックスメモリの容量アップにより，新たなアンチエイリアシングモードとしてEQAAをサポート

　これを受ける形で，Radeon HD 6900シリーズでは，新しいアンチエイリアシングモードとして「Enhanced Quality Anti-Aliasing」（以下，EQAA）のサポートが追加されたのも特徴といえるだろう。EQAAは，MSAA（Multi-Sampling Anti-Aliasing）を拡張し，カラー値（Color Sample）に対して倍のZ値（Coverage Sample：深度値）を持たせることができ，8x EQAAでは8つのカラー値と16のZ値によるアンチエイリアシング処理を可能にすることで，より自然な描画を実現すると謳われている。

EQAAのサンプリングイメージ。，8x EQAAでは8つのカラー値と16のZ値によるアンチエイリアシング処理を可能にする

EQAAは，Catalyst Control CenterのAAモードから設定可能。パフォーマンスへのインパクトは最小限に抑えられるという

PowerTuneの概要

　もう1つ，重要なポイントといえるのが，電力制御機能の大幅な強化だ。AMDはこれを「AMD PowerTune Technology」（以下，PowerTune）と名付けているが，簡単にいうと，GPU内蔵のハードウェアモニタと連携し，よりきめ細やかなクロックゲーティング制御を行うことで，TDP（Thermal Design Power，熱設計消費電力）内でGPUが最大限のパフォーマンスを発揮できるようにするものである。

　現在，一般的なデスクトップPC向けGPUでは，2Dモードと最大動作クロックの2段階か，負荷の低い3Dアプリケーションに向けた動作モードも含めた数段階程度にしか動作クロックを切り替えられない。そのため，高解像かつ高精度のアンチエイリアシングを適用した環境で最新のゲームをプレイしたり，ベンチマークソフトを実行したり，それこそ「OCCT」や「FurMark」のような，通常の3Dアプリケーションでは生じ得ない状況を作り出すソフトウェアを実行したりした場合，ときとして規定されたTDP値を超えた消費電力で動作してしまう場合がある。
　ただ，こうした状況を続けると，GPUの温度が上がりすぎ，保護回路が働いて動作クロックががくっと落ち，いきおい，性能も大きく落ちることになる。

「3DMark Vantage」の「Perlin Noise」テストを用いた，PowerTuneの動作イメージ。フレームレートを保ったまま，動作クロックは動的に制御される

　この問題の解決を図るべく採用されたPowerTuneでは，動作クロックを一般的なGPU製品よりも細かく制御することで，「グラフィックスカードの消費電力を，TDPの枠内に確実に収める。これにより，グラフィックス負荷の高い状況が続いても，安定したフレームレートを維持可能だ」（Hoff氏）。また氏が，「グラフィックス負荷が比較的低いゲームでは，最大フレームレートを維持したまま，コアクロックを下げることもできるので，グラフィックスカードの消費電力を低減することにも役立つ」とアピールしている点も付記しておきたい。

PowerTuneでは，よりきめ細やかにコアクロックを制御できるようにすることで，負荷が高まってもTDP値の上限を超えないまま，最大限のパフォーマンスを引き出せるという

PowerTuneを活かしたパフォーマンスチューニング機能をCatalyst Control Centerに実装。定格±20％の範囲で，電力リミットを設定できるようになる

　ちなみに，AMDはPowerTuneをパフォーマンスのチューニング用途でも積極的に活用する。
　Radeon HD 6900シリーズの投入に合わせて投入された「Catalyst 10.12」では，「Catalyst Control Center」に，GPUの最大消費電力値を設定するスライドバーが加わり，これによってユーザーは，GPUの消費電力上限を，定格±20％の範囲で設定できるようになる。

Catalyst Control Centerから消費電力のリミットを＋5％，＋10％といった具合に引き上げると，PowerTuneによるフレームレート向上率が変化

消費電力が気になる場合は，リミット値をマイナス方向に振ると，フレームレートをそれほど下げずに消費電力を大幅に低減できると謳われる

デュアルBIOSを標準で搭載

　もちろんこの設定を変更するのはユーザーの自己責任となるが，少しでも安全度を上げるべく，AMDはRadeon HD 6900シリーズでデュアルVBIOSデザインを採用。BIOS領域の1つをユーザーに開放することで，アグレッシブな設定を行ってVBIOSにダメージを負っても，工場出荷時のデフォルトが格納されたVBIOSからグラフィックスカードを起動可能だ。

　なお，AMDはRadeon HD 6900シリーズで，最大消費電力値を，PowerTuneにおける最大リミット値，つまり規定のTDP＋20％のところに設定し，それとは別に，一般的なゲームプレイ時における典型的な消費電力と，アイドル時の消費電力を公開している。
　この「一般的なゲームプレイ時の消費電力」は，HD 6970が190W，HD 6950が150Wとされ，HD 5870や「ATI　Radeon HD 5850」と同程度。Hoff氏は，「PowerTuneから＋20％に設定しても，グラフィックス負荷が低い場合は，コアクロックが下げられるだけでなく，パワーゲーティングにより，SIMD Engine単位で動作するユニット数を減らせるため，省電力性が損なわれることはない」とアピールしている。

※Radeon HD 6900の値は，PowerTuneによる最大リミット

Radeon HD 6800シリーズ同様，mini DisplayPortやHDMIなど5つのディスプレイインターフェースを搭載。DisplayPortの接続形態次第で最大6画面出力に対応する

　当初，11月下旬には市場投入される計画だったAMD Radeon HD 6900シリーズだが，気になるその供給量は「ハイエンド製品としては，かなり安定している」と，グラフィックスカードベンダー関係者は説明する。発売スケジュールが遅れたことで噂されていた，チップそのものの歩留まりも「決して悪くはない」（半導体業界関係者）。AMDの関係者は「むしろ，同じプロセスを使うAPU（Accelerated Processing Unit）の需要がさらに高まり，GPUの製造に影響することのほうが心配だ」と語っているほどなので，発表後数日という単位はさておき，向こう数週間といった単位だと，供給量にあまり心配はいらない気配である。

　気になる市場価格は，Radeon HD 6970が4万7000円前後，Radeon HD 6950が3万7000円前後で，競合となる「GeForce GTX 580」「GeForce GTX 570」より安価なラインで落ち着きそう。これで2010年に登場するGPU製品は打ち止めになる見込みなので，別途掲載してあるレビューを参考に，どれを買うか，じっくり検討してほしいと思う。

Radeon HD 6970＆6950レビュー記事

AMDのRadeon HD 6000シリーズ製品情報ページ（日本語）