Обзор видеокарты Intel Arc A770: на рынке дискретной графики наконец-то появился третий игрок

Для компании Intel видеокарта Arc "Alchemist" A770 – это первая серьезная заявка на успех в сегменте высокопроизводительной игровой графики. Карта базируется на графической архитектуре Xe-HPG, все особенности которой мы рассмотрим в данном обзоре. До выпуска "Alchemist" графические решения Intel относились в основном к сегменту встроенной графики: компания оснащала свои клиентские процессоры приличными iGPU на базе архитектуры Xe, которые могли справиться с достаточно сложными картинками пользовательских интерфейсов современных операционных систем, а также с веб-серфингом, который в наше время подразумевает быструю обработку большого количества растровых изображений и видео. Приход Intel в сегмент высокопроизводительной дискретной графики обусловлен главным образом развитием компьютерного гейминга и той прибылью, которую из этого извлекают признанные игроки данного сегмента – NVIDIA и AMD – и которая потенциально может вырасти в разы при очередной вспышке интереса к майнингу криптовалюты.

Первые серьезные шаги Intel на рынке дискретной графики были предприняты в разгар дефицита видеокарт, когда геймеры уже готовы были отказаться от ПК-платформ из-за запредельно высоких цен на графическое «железо» в условиях ажиотажа вокруг криптомайнинга и спекуляции видеокартами. Если компания Intel сможет зарекомендовать себя в геймерской среде «хорошими парнями», продемонстрировав, что они могут делать хороший продукт в достаточном количестве по адекватной цене, то они нарушат дуополию NVIDIA-AMD и утвердят себя в амплуа одного из ключевых игроков данного сегмента.

Графика Intel Xe-HPG – это «комплементарный» продукт, дополняющий очередную разработку Intel в сфере аппаратного ускорения высокопроизводительных вычислений (HPC), где конкурирующие фирмы NVIDIA и AMD обосновались уже давно, чтобы соревноваться друг с другом еще и в высокоприбыльном сегменте ИИ-процессинга. Intel со своей стороны разработала архитектуру Xe-HPG и HPC-процессор "Ponte Vecchio". Это также означает, что в арсенале компании имеется солидная, хорошо масштабируемая SIMD-архитектура, на базе которой можно делать дискретные видеокарты, если Intel при этом сможет соответствующим образом модернизировать аппаратные средства обеспечения традиционной растеризации и рейтрейсинга и разработать необходимое программное обеспечение. В Intel понимают, что конкуренция в сегменте дискретных видеокарт high-end невозможна без комплексной поддержки современных графических технологий, поэтому карты семейства Arc "Alchemist" соответствуют всем спецификациям DirectX 12 Ultimate, включая поддержку рейтрейсинга в реальном времени, сетчатых шейдеров, избирательной загрузки текстур и переменной частоты шейдинга для разных участков кадра. Intel также в курсе, что в современных играх рендеринг на оригинальном разрешении постепенно выходит за рамки возможностей карт средней ценовой категории, и что другие компании, учитывая это, разработали специальные технологии масштабирования разрешения, такие как DLSS и FSR. На этом фронте Intel разработала свой вариант под названием XeSS. Вообще, в части технологий карты Intel "Alchemist" ближе к картам NVIDIA, чем к картам AMD.

В архитектуре с поддержкой рейтрейсинга важнейшую роль играют специализированные аппаратные функциональные блоки, в том числе такие инновационные структуры SIMD, как реорганизаторы шейдеров; кроме того, в составе GPU имеются аппаратные ускорители ИИ – аналоги ядер Tensor в картах NVIDIA. ИИ-блоки используются не только для устранения шумов, но также для ускорения XeSS. В части программной платформы для своих видеокарт Intel придерживается примерно той же философии, что и AMD и NVIDIA: максимально возможная унификация и открытость для других разработчиков ПО. Как и CUDA, платформа OneAPI служит общим фундаментом программных решений для всего «железа» Intel, при этом такие фишки, как XeSS, также доступны сторонним разработчикам ПО, которые могут задействовать их через альтернативные шейдеры.

Семейство продвинутых настольных видеокарт Arc "Alchemist" возглавляет серия Arc 7, в которую входят два SKU (сегодня мы рассмотрим оба): Arc A750 и Arc A770 Limited Edition. Карта A770 использует максимальную версию чипа ACM-G10, на котором базируются оба эти SKU; в максимальной версии доступно 32 ядра Xe и 8 или 16 ГБ видеопамяти, тогда как A750 предлагает 28 из 32 ядер Xe и только одну опцию объема памяти – 8 ГБ. Обе карты предлагают полный функциональный набор Xe, включая поддержку аппаратного ускорения ИИ XMX, DirectX 12 Ultimate, XeSS и т.д., и ориентированы на одну и ту же категорию геймеров – играющих на разрешении 1080p или 1440p с настройками детализации от высоких до максимальных. Intel нацеливается на средний ценовой сегмент, поскольку именно здесь большинство геймеров покупает приличные игровые видеокарты. NVIDIA здесь продает популярную карту GeForce RTX 3060, а AMD – Radeon RX 6600 XT. Гвоздем этого обзора будет карта Arc A770 Limited Edition. Эта карта предлагает все 32 ядра Xe, то есть 512 исполнительных блоков или 4096 унифицированных шейдеров. 16 ГБ видеопамяти работают со скоростью 17.5 Гбит/с и соединены 256-разрядной шиной. 16-гигабайтную версию A770 Intel оценивает в $350, 8-гигабайтная стоит $330.

Краткий обзор видеокарт средней и средней+ ценовой категории

Архитектура

В настоящий момент графическая архитектура Intel Xe-HPG "Alchemist" наиболее полно реализована в чипе ACM-G10, который является основой карт A770 и A750. Чип ACM-G10 базируется на техпроцессе TSMC 6 нм, имеет площадь 406 кв. мм и содержит 21.7 млрд транзисторов. Как и NVIDIA и AMD, Intel модернизировала иерархию вычислительных блоков своих GPU и ранжирует SKU по количеству активных базовых неделимых модулей микросхемы, которое отвечает классу производительности конкретного SKU. Чип ACM-G10 предлагает хост-интерфейс PCI-Express 4.0 x16, 256-разрядный интерфейс памяти GDDR6, движки Xe Media Engine и Xe Display Engine в составе глобального исполнительного процессора и шину памяти с буфером в виде кэша L2. Основной компонент SIMD верхнего иерархического уровня называется Render Slice. Каждый из таких «слайсов» представляет собой автономный модуль, содержащий все вычислительные и растровые аппаратные инструменты, обеспечивающие работу GPU.

В чипе ACM-G10 таких рендер-слайсов восемь. Каждый из них содержит: четыре неделимых процессинговых блока, которые называются ядра Xe (Xe Core); четыре блока, отвечающих за рейтрейсинг (RT-блоки); и оптимизированный под DirectX 12 Ultimate блок растровой графики, куда входят четыре сэмплера, процессор геометрической тесселяции, 16 блоков ROP и 32 блока TMU. Таким образом, чип с восемью рендер-слайсами физически содержит 32 блока RT, 128 блоков ROP и 256 блоков TMU.

Xe Core представляет собой неделимое вычислительное ядро, содержащее шестнадцать 256-разрядных векторных движков XVE Vector Engine (исполнительных блоков), шестнадцать 1024-разрядных матричных движков XMX Matrix Engine и 192-килобайтный кэш L1. Каждый векторный движок содержит восемь блоков вещественных операций (FP) и восемь блоков целочисленных операций (INT), помимо регистрового файла. Два смежных векторных движка имеют общий блок Thread Control, распределяющий потоки входных данных. Таким образом, имея 16 движков XVE на каждое ядро Xe Core, четыре ядра Xe Core на каждый Render Slice и восемь рендер-слайсов в чипе ACM-G10, мы получаем в общей сложности 512 исполнительных блоков, в каждом из которых имеется восемь исполнительных каскадов FP/INT, которые логически работают как 4096 унифицированных шейдеров. Карта Arc A770 предлагает все 32 ядра Xe, то есть все 4096 шейдеров. В карте A750 активны 28 ядер Xe – семь из восьми рендер-слайсов – то есть 448 исполнительных блоков или 3584 унифицированных шейдера.

Движок XMX Matrix Engine – это крайне мощный аппаратный инструмент для перемножения матриц, который может ускорять построение и обучение нейросетей на основе алгоритмов глубокого обучения ИИ. Это также мощный ускоритель математических операций. Изначально этот движок был разработан для HPC-процессоров Intel Xe-HP, но нашел свое применение в клиентской графике Arc, где он используется для фильтрации шумов в рейтрейсинге и для ускорения таких технологий, как XeSS. В ядре Xe Core содержится 16 блоков XMX, то есть мы получаем 64 таких блока на каждый Render Slice и, соответственно, 512 на весь чип ACM-G10. Каждый блок XMX может выполнить за такт 128 операций FP16 или BF16, 256 операций INT8 и 512 операций INT4. Как показывают результаты тестов, изначально оптимизированный под XMX код XeSS на картах Arc выполняется на порядок быстрее, чем обеспечивает стандарт передачи кода DP4a на других картах.

Если говорить о рейтрейсинге в реальном времени, то архитектура Intel Xe-HPG концептуально повторяет основные технологические принципы карт NVIDIA RTX, поскольку ставка в ней также делается на специализированные аппаратные компоненты для расчета точек пересечения лучей, BVH и фильтрации шумов с помощью ИИ.

В целях снятия еще части рейтрейсинговой нагрузки с основных блоков SIMD был введен ряд дополнительных оптимизаций, в частности – реорганизация исполнительных шейдеров, позволяющая оптимизировать рабочие потоки шейдеров и упростить последовательности операций, выполняемых блоками SIMD. В настоящее время аналогичный метод реализован только в архитектуре карт NVIDIA GeForce "Ada". В ядрах Xe Core за это отвечает специализированный компонент, реорганизующий шейдерные потоки, – по сути, продвинутый диспетчерный блок, имеющийся в каждом ядре. В части аппаратной поддержки рейтрейсинга Intel характеризует свою архитектуру как асинхронную.

В полном согласии с законом Мура, несмотря на альтернативные заявления Intel касательно некоторых других вопросов, здесь ситуация достаточно очевидная – рендеринг на оригинальном разрешении становится неподъемным, по крайней мере для видеокарт массового сегмента. Продвинутые технологии суперсэмплинга, такие как DLSS и FSR, помогают NVIDIA и AMD поддерживать высокую скорость рендеринга с минимальными потерями в качестве изображения – путем построения первичной картинки на сниженном (относительно оригинального разрешения монитора) разрешении с последующим повышением разрешения до исходного и восстановлением соответствующего уровня детализации с помощью ИИ, что позволяет свести потери в качестве изображения к минимуму. У Intel аналогичная технология называется XeSS. Компания заявляет, что это технология суперсэмплинга 2-го поколения, уровня DLSS 2 и FSR 2.0. Технология XeSS легко встраивается в схему рендеринга игровых движков как разновидность метода антиалиазинга TAA (или AMD FSR). Алгоритм XeSS выполняется на видеокартах Arc как код, оптимизированный под ИИ-блоки XMX, и как DP4a-совместимый код на видеокартах других производителей. Алгоритм учитывает данные кадра низкого разрешения, векторы движения и временные данные из предыдущих кадров высокого разрешения, нужные для восстановления деталей, чтобы передать их уже на высоком разрешении в игровой движок для постпроцессинговой обработки и в UI/ HUD.

Дисплейный движок Xe Display Engine способен обслуживать два дисплейных выхода с поддержкой 8K@ 60 Гц + HDR, четыре выхода – с поддержкой 4K@ 120 Гц + HDR, и четыре – с поддержкой 1440p/1080p@ 360 Гц + HDR. Также поддерживаются технологии VESA Adaptive Sync и Intel Smooth Sync. Последняя работает на уровне дисплейных выходов, более-менее успешно устраняя разрывы изображения на экране при сохранении исходной частоты кадров GPU. Стандартные настольные видеокарты Arc имеют два порта DisplayPort 2.0 и два HDMI 2.0b. Медиадвижок Xe Media Engine обеспечивает аппаратное ускорение кодирования и декодирования AV1, а также декодирования H.265 HEVC и H.264 AVC.

Помимо VESA Adaptive Sync, движок Xe Display Engine предлагает программную опцию под названием Smooth Sync, которая позволяет играть на мониторах с фиксированной частотой обновления без V-Sync с максимально возможной частотой кадров (и минимальной входной задержкой); разрывы изображения на экране при этом будут устраняться посредством применения дизеринг-фильтров на базе шейдеров. Это исключительно простой способ решения данной проблемы, и мы удивляемся, почему AMD и NVIDIA до сих пор не пробовали его применить.

Упаковка

Внешний вид карты

Карта A770 выглядит отлично. Ее стильный минималистичный дизайн заставляет вспомнить продукты Apple. Матовые черные поверхности приятны на ощупь, карту удобно держать в руках благодаря наружным прослойкам из резины, при этом резина не липкая. Карта имеет заднюю подложку, но, как мы увидим ниже, не совсем классическую.

Габаритные размеры карты – 27.0 x 11.5 см, вес – 1087 г.

При установке карта закроет два слота.

Набор дисплейных опций подключения – три стандартных порта DisplayPort 2.0 и один HDMI 2.1.

Карта оснащена одним 8-пиновым и одним 6-пиновым коннекторами питания. Эта конфигурация рассчитана на энергопотребление до 300 Вт. При внимательном рассмотрении можно заметить, что коннекторы слегка различаются по цвету. В Intel обещали исправить этот недочет при дальнейшем серийном выпуске карты, но некоторые экземпляры поступят в продажу в таком виде.

Управление RGB-подсветкой карты Arc A770 осуществляется через этот внешний порт. Входящий в комплект кабель подсветки подключается к USB-порту материнской платы. Это на удивление простая, «рабоче-крестьянская» реализация, в то время как во всех конкурирующих аналогах команды RGB поступают через шину PCIe на микроконтроллер, который находится на шине GPU I2C.

Разборка

Разбирать карту Arc A770 немного сложнее, чем модели других марок. Хотя здесь везде заметен солидный инженерный подход, можно предположить, что некоторые малоудобные решения Intel обусловлены недостатком опыта в разработке таких карт.

Во-первых, вам придется потрудиться над снятием "подложки", которая представляет собой тонкую металлическую пластину, приклеенную сзади к основной раме корпуса карты. Уп-с, клей – это не самая приятная новость для энтузиастов, я предпочел бы разборное винтовое соединение. Но если подогреть пластину от бытового обогревателя, клей становится мягким и подложка легко снимается.

Сняв подложку, вы открываете типовой комплект винтов Torx, здесь ничего экстраординарного. Мы видим что-то вроде теплоотводящей пластины, под которой могут находиться расположенные сзади компоненты VRM – но их там нет, на этой стороне PCB просто гладкое место.

Теперь можно отсоединить от PCB кулер.

Печатную плату (PCB) охватывает жесткая металлическая рамка, которая предохраняет плату от деформаций изгиба.

Кулер Intel включает в себя широкое основание с испарительной камерой и пять тепловых трубок.

Вид печатной платы

Спереди:

Сзади:

Электронные компоненты PCB

Напряжение на GPU подается через шестифазную схему под управлением контроллера Monolithic Power Systems MP2979.

В схеме также используются компоненты Monolithic MP86956 DrMOS, рассчитанные на ток 70 A каждый.

По-видимому, на память подаются два напряжения, одна схема выделена красным, другая зеленым. Оба напряжения формируются под управлением еще одного контроллера Monolithic MP2979.

В схеме питания памяти используется компонент DrMOS Monolithic MP86950, рассчитанный на 50 A.

Этот чип Realtek RTD2173 обеспечивает функционирование интерфейса HDMI 2.1, by преобразуя сигнал DisplayPort в HDMI.

Чипы памяти GDDR6 изготовлены Samsung и имеют модельный номер K4ZAF325BM-HC18. Они рассчитаны на рабочую частоту 2250 МГц (эффективная пропускная способность GDDR6 составляет 18 Гбит/с).

Графический процессор Intel ACM-G10 – это самый большой на сегодняшний день чип компании, использующий архитектуру Arc Alchemist. Он производится на Тайване на базе техпроцесса 6 нм, имеет площадь 406 кв. мм и содержит 21.7 млрд транзисторов. Номер Intel S-Spec – SRLWZ.

Результаты тестирования

Assassin's Creed Valhalla

Год выпуска – 2020; API – DirectX 12; движок – AnvilNext 2.0

873-й год н.э. относится к самому кровавому периоду в истории Норвегии. Глава клана викингов становится предводителем группы воинов-эмигрантов, которые отплывают морем в средневековую Англию и разбивают там лагерь, будучи не самыми желанными гостями для английских феодалов. Вы заключаете союз с местными лордами и отправляетесь в совместный поход против саксов, чтобы добыть ресурсы на строительство и дальнейшее развитие своей колонии. В этом выпуске Assassin's Creed вас ждут потрясающие по своей реалистичности грандиозные ландшафты Норвегии, а также средневековые английские города Винчестер, Лондон и Йорк.

Battlefield V

Год выпуска – 2018; API – DirectX 11; движок – Frostbite

Battlefield V – это новейшая глава в истории суперпопулярного многопользовательского онлайн-шутера от EA. Начав с событий дебютного выпуска "1942", серия прошла по временному кругу и снова остановилась на событиях Второй мировой войны. Однопользовательская кампания, как и в Battlefield 1, разбивается на несколько небольших эпизодов под общим названием War Stories, в каждом из которых свой протагонист выполняет свою миссию на своем фронте. Многопользовательская версия строится на базе главных сил франшизы, с новыми игровыми режимами, к которым в перспективе планируется добавить режим королевской битвы.

Days Gone

Год выпуска – 2021; API – DirectX 12; движок – Unreal Engine 4

Первый выпуск Days Gone для PlayStation вышел в 2019 году, позднее игра была перенесена на платформу ПК. В этой приключенческой игре на выживание в атмосфере ужасов постапокалиптической обстановки действует ваш персонаж – байкер вне закона, который находился в бегах, когда человечество поразила смертельная пандемия, почти всех превратившая в зомби. Ваш протагонист узнает, что его жена, возможно, входит в число нескольких человек, переживших пандемию, и отправляется искать ее по горам и лесам северо-западного побережья Тихого океана, где за каждым кустом притаились зомби, желающие отправить очередной культ смерти (с вами в роли жертвы). В игре также существенную роль играет ваш байк – как средство передвижения и основной игровой инвентарь.

Dying Light 2

Год выпуска – 2022; API – DirectX 12; движок – C-Engine

Dying Light 2: Stay Human – это сиквел популярнейшей постапокалиптической RPG 2015 года, в котором продолжается история пандемического катаклизма, превратившего большинство людей в диких зомби, пережить который смогли очень немногие, живущие теперь в изолированных укрепленных колониях. Ваш протагонист курсирует между этими крепостями и параллельно занят поисками своего пропавшего брата, который, как он знает, пережил этот катаклизм.

F1 22

Год выпуска – 2022; API – DirectX 12; движок – EGO 4.0

F1 22 представляет крайний сезон интерактивной Формулы-1, который занимает свое место в длинном ряду успешных гоночных симуляторов от Codemasters. Это уже второй выпуск с того момента, как EA выкупила эту франшизу. F1 22 придерживается новейшего технического регламента текущего 2022 года и предлагает обновленную игровую физику. Как и в каждом ежегодном выпуске F1, вы получаете новые машины и обновленные трассы, соответствующие сезону-2022 реальной Формулы-1. В F1 22 разработчики из Codemasters ввели новую адаптивную систему уровней сложности – игра сама подстраивает конкурентоспособность других машин под проанализированные «тактико-технические характеристики» игрока.

God of War

Год выпуска – 2022; API – DirectX 11; движок – Jetpack (in-house)

В 2022 году God of War (2018) наконец-то перенесли на ПК-платформу, добавив туда несколько эксклюзивных фишек. Главный персонаж – греческий бог войны Кратос (Kratos), который вместе со своим сыном отправляется в путешествие-квест, чтобы выполнить последнее желание своей покойной жены – развеять ее прах вокруг самой высокой вершины Девяти Королевств (Nine Realms). Кратос и его сын Атреус (Atreus) вступают в многочисленные схватки, которые находят на своем пути, а в роли противника выступают боги и чудовища из скандинавской мифологии.

Среднеигровая частота кадров

Приведенные ниже диаграммы показывают средние значения частоты кадров (FPS), полученные по результатам тестирования карты в указанных играх и дающие представление об игровой производительности этой карты. Для простоты мы приводим здесь средние арифметические значения, а не медианные или какие-нибудь более продвинутые статистические показатели. Из этих диаграмм вы можете легко выбрать интересующие вас игры и подсчитать среднюю частоту кадров уже по вашей выборке.

1920x1080 (Full HD)

2560x1440 (WQHD)

3840x2160 (4K Ultra HD)

Относительная суммарная производительность

На рисунках ниже приведены суммарные показатели производительности видеокарт на трех разрешениях, полученные по результатам всех тестов. На каждой диаграмме за 100% принят итоговый результат заглавной карты (Intel Arc A770), относительно которого указана производительность остальных видеокарт.

Экономическая эффективность

Если вы заинтересованы в наиболее выгодной покупке, эти данные – для вас. Мы взяли текущую цену (в USD) каждой видеокарты на Newegg и разделили ее на суммарную производительность этой карты, получив, таким образом, показатель performance-per-dollar, который далее, по аналогии с предыдущим разделом, нормируется относительно показателя карты Arc A770. Для карт, которые более не продаются и не выпускаются, мы брали последнюю актуальную цену. Для сравнительно новых карт, которых нет в продаже в данный момент, мы брали наиболее адекватную цену на eBay – за новую (не б/у) модель, доступную для покупки прямо сейчас. Дополнительные планки диаграмм для Arc A770 рассчитаны на тот случай, если карта будет распродана и пойдет на вторичном рынке по более высоким ценам – тогда цена, рекомендуемая производителем (MSRP), будет соответствующим образом скорректирована (эти цены мы предполагаем, исходя из текущей ситуации на рынке).

Производительность в рейтрейсинге

В этом разделе мы рассмотрим результаты видеокарт, полученные при включенной опции рейтрейсинга в реальном времени. Значения в скобках показывают, насколько снижается частота кадров при включении рейтрейсинга в этой игре с этой видеокартой относительно частоты кадров с выключенной опцией RT.