3D-Grafikchips Radeon X1000 mit vielen Verbesserungen [Update]

ATIs neue Grafikchipgeneration Radeon X1000 übernimmt viele Features der Konkurrenz und hebt sie auf eine höhere Entwicklungsstufe. Die Taktfrequenzen schrauben die Kanadier auf Rekordhöhe. An der Spitze von ATIs neuer Chip-Familie steht der mit 16 Pixelpipelines ausgestattete Radeon X1800. Als XT-Ausführung arbeitet er mit stolzen 625 MHz Chiptakt und 750 MHz Speichertakt; die XL-Variante ist für jeweils 500 MHz ausgelegt. Der Radeon X1600 integriert 12 Pixel-Pipelines und ist ebenfalls in zwei Varianten mit 590/690 MHz (XT) und 500/390 MHz (Pro) angekündigt. Das Einsteiger-Segment bedient ATI mit dem Radeon X1300, der sich auf vier Pixel-Pipelines beschränkt und als Pro- (600/400 MHz), Standard- (450/250 MHz) und Hyper-Memory-Modell (450/500 MHz) in den Handel kommen soll. ATI lässt alle Radeon X1000-Varianten in einem 90-nm-Prozess fertigen und stattet sie mit den gleichen Features aus.

Zu den zahlreichen Neuerungen gehört 32-Bit Gleitkomma-Genauigkeit in den Pixel-Shadern, wie es die Konkurrenz von Nvidia bereits seit dem GeForce 6800 anbietet. Auch HDR-Rendering (High Dynamic Range) für hohe Kontraste ist bereits seit längerem von den GeForce-Chips bekannt. ATI unterstützt aber nicht nur leistungshungrige 64-Bit-Formate (FP16, Int16), sondern auch speichersparende 32-Bit-Formate wie das 10:10:10:2-Format der XBox 360 oder andere spezielle Formate (Int10+L16). Zudem sind bei der X1000-Serie HDR-Effekte auch mit Antialiasing kombinierbar. Die Antialiasing-Modi erweitert ATI um adaptives Antaliasing, das die Zahl und Anordnung der Sub-Pixel nach Bedarf variiert und wie bei Nvidia gezielt auf transparente Texturen mit filigranen Strukturen wirkt. Anisotropes Filtern steht jetzt auch in einem High-Quality-Modus (area aniso) zur Verfügung, der endlich mit der für ATI bislang typischen Winkelabhängigkeit Schluss macht und die erste, detaillierteste MIP-Mapping-Stufe bis hin zu größerer Entfernung verwendet. In hügeligem Gelände mit geneigten Flächen bleiben die Texturen dadurch länger scharf.

Wie erwartet hat ATI das Shader-Model 3.0 implementiert, das in Shader-Programmen bedingte Sprünge, Schleifen und Unterprogramm-Aufrufe erlaubt. Entwickler können dadurch flexible Shader-Programme schreiben, die beispielsweise selbstständig zwischen verschiedenen Beleuchtungsverfahren wechseln können, je nachdem, ob ein Pixel im Schatten liegt oder direkt beleuchtet ist. Das Shader-Modell 3.0 (ps_30) steht bei der Konkurrenz schon seit der GeForce-6x00-Serie zur Verfügung, nach ATIs Aussage hat es bei den Entwicklern aber keinen großen Anklang gefunden. Die für die X1000-Chips gewählte Umsetzung soll aber besonders effizient sein. Wesentlich dafür ist, dass beispielsweise der Radeon-X1800-Chip mit besonders kleinen Threads von lediglich vier mal vier Pixeln arbeitet. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Thread vollständig im Licht oder im Schatten liegt, besonders hoch, und er muss nur einen Zweig des Pixel-Shaders durchlaufen (early exit). Ein größerer Thread, der sowohl im Schatten als auch im Licht liegt, muss dagegen mit allen Pixeln beide Beleuchtungszweige des Shaders durchlaufen, womit ein möglicher Geschwindigkeitsvorteil von SM30-Shadern verloren geht.

Um die Effizient weiter zu erhöhen, sind die X1800-Chips in der Lage, mit bis zu 512 Threads gleichzeitig zu arbeiten. Dies erhöht wiederum die Wahrscheinlichkeit, dass immer alle Recheneinheiten des Shader-Cores ausgelastet sind. Beispielsweise kann eine Pipeline, die noch auf Texturdaten wartet, in den Wartezyklen einem anderen Thread bearbeiten (Ultra-Threading). Kleine Threads stellen allerdings höhere Anforderungen an die Cache-Architektur, denen ATI mit voll assoziativen Caches für Texturen, Pixel-, Z- und Stencil-Werten begegnet.

ATI hat auch an anderen Stellen die Effizienz erhöht. Der Speichercontroller des Radeon X1800 arbeitet mit acht statt vier Kanälen, was die Performance bei zufälligen Datenzugriffen (random access) im Idealfall verdoppelt. Der Kontroller kann zudem vom Treiber an das Anforderungsprofil verschiedener Applikationen angepasst werden. Innerhalb des Grafikchips leitet ein Ringbus die über die acht Kanäle eintreffenden Daten zu ihrem Bestimmungsort. Dadurch verdichten sich die Datenleitungen nicht mehr am Speichercontroller, was die Temperatur-Belastung verringert und höhere Taktfrequenzen ermöglicht.

Besonderes Augenmerk legten die Entwickler auf die Verarbeitung der Z-Daten, die meist den höchsten Anteil am Datenverkehr haben. Der hierarchische Z-Buffer arbeitet bei den X1000-Chips auf Gleitkommabasis, was die Effizienz um bis zu 60 Prozent erhöhen soll. Durch verlustlose Kompression reduzieren die X1000-Chips den Z-Datenverkehr maximal auf ein Achtel. ATI betont ferner zahlreiche Neuerungen bei der Video-Verarbeitung (Avivo), zu denen Hardware-Beschleunigung für zahlreiche Formate (H.264, VC-1, WMV9, PMC, MPEG-2, MPEG-4), automatische Pegelkontrolle (AGC), 3D Combfilter, Denoise, 10-Bit-Verarbeitung auch über den DVI-Ausgang sowie HDCP/HDMI für kopiergeschützte HD-Videos gehören soll.

In ersten Tests konnte sich eine Radeon X1800 XT mit 512 MByte GDDR3-Speicher gut gegen eine GeForce 7800 GTX behaupten. Der Vorsprung betrug bei Splinter Cell Chaos Theory 12 Prozent (1600x1200, AAx4, AFx8, alle Effekte) und bei Far Cry sogar 23 Prozent, wobei jeweils 1600 × 1200 Bildpunkte, vierfaches Antialiasing und achtfache anisotrope Filterungen eingestellt waren. In Doom3 liegt ATIs Flaggschiff noch mit 19 Prozent zurück, wenn man 1600er-Auflösung und vierfaches Antialiasing einstellt.

[Update]:
Der Kartenhersteller Sapphire macht folgende Angaben zu den Endverkaufspreisen: Das Radeon-X1800-XT-Modell mit 512 MByte Speicher soll bei 549 Euro und die XL-Variante mit 256 MByte bei 449 Euro liegen. Die Preise für die Radeon X1600 reichen von 149 Euro für die Pro-Version mit 128 MByte bis zu 249 Euro für die XT-Version mit 256 MByte. Modelle mit dem Radeon X1300 sollen ab 99 Euro (Standard, 128 MByte) zu haben sein. Die Radeon X1300 Pro mit 256 MByte soll 149 Euro kosten.

Händler sind zuversichtlich, erste Exemplare bereits in der nächsten Woche ausliefern zu können. Sapphire berichtet, dass man die Radeon X1800 XL bereits an Alternate, Amazon, Arlt-Computer, Snogard und Conrad online ausgeliefert habe oder dies in den nächsten Tage tun werde. Mitte bis Ende Oktober sollen der Radeon X1300 folgen, Anfang November die Radeon X1800 XT und Anfang Dezember die Mittelklasse-Karten mit dem Radeon X1600. Weitere Details und Benchmarks bringt c't in Ausgabe 22/05 (ab Montag, den 17. Oktober im Handel). (Manfred Bertuch) / (jk)