Radeon HD 7970リファレンスカード

　2011年12月22日の記事でお伝えしているとおり，AMDから，Radeon HD 7000シリーズの第1弾製品となる「Radeon HD 7970」（以下，HD 7970）が発表された。
　今回はいわゆるペーパーローンチで，実際にカードベンダー各社から搭載グラフィックスカードが発売になるのは2012年1月9日以降。北米市場における想定売価は549ドルとされているため，予算の確保を始めた読者も多いと思われるが，実際のところ，新世代GPUコアアーキテクチャ「Graphics Core Next」（以下，GCN）を採用した，「Southern Islands」（サザンアイランド）世代のシングルGPU最上位モデルはどれだけ速いのか。先のベンチマーク速報をお届けした後もテストを続け，データがひととおり揃ったので，まずはそのポテンシャルを，前編としてレポートしてみたい。

AMD，新世代ハイエンドGPU「Radeon HD 7970」を発表――Southern Island世代のGPUアーキテクチャを整理する

Radeon HD 7970リファレンスカード性能速報。これは「速い」予感が

2048基のRadeon Coreを統合したHD 7970

Render Back-Endの効率も引き上げ

Radeon HD 6900シリーズ（Cayman）のブロック図

　HD 7970のGPUコアである「Tahiti」（タヒチ，開発コードネーム）――というか，Southern Islands世代のキモとなるGCNアーキテクチャについては本間 文氏による解説記事を参照してもらえればと思うが，最大のポイントは，GCNの採用により，ATI Radeon HD 2000シリーズ以来のアーキテクチャからの転換を果たしているところにある。

　ATI Radeon HD 2000〜Radeon HD 6000時代，AMDのGPUは，4＋1基もしくは4基の浮動小数点演算コア「Radeon Core」（「Stream Processor」「Streaming Processor」ともいう，以下 SP）を16基，VLIW（Very Long Instruction Word）方式でひとまとめの「SIMD Engine」としていた（関連記事）。Caymanコアの「Radeon HD 6970」（以下，HD 6970）の場合，SIMD Engineを24基搭載することで，総SP数1536基のGPUを実現するという計算だ。
　そして，SIMD Engineが12基単位で「Ultra-Threaded Dispatch Processor」から管理されているのも大きな特徴である。

GCN Compute Unitのブロック図

　対するGCNの場合，GPUコアたるRadeon Core自体はHD 6970のそれと基本的に同じものながら，16基をひとまとめにして「Vector Unit」（ベクトルSIMDユニット）とし，そこに命令発行（dispatch）ユニットとしての「Scalar Unit」（スカラユニット）を組み合わせているのが大きな違いだ。
　Vector Unit×4とScalar Unit×1は，スケジューラや，4基のテクスチャフィルタリングユニットなどとひとまとめにした「GCN Compute Unit」として構成される。

Radeon HD 7970（Tahiti）の全体ブロック図。図中で「GCN」とあるのがGCN Compute Unitだ

HD 7970 GPU。デジタルノギスで計測したダイサイズは18.33×20.38mmだったが，公称ダイサイズは365mm2なので，実際には両辺とももう少し短いはずだ。入手した個体のパッケージには「1148」とあったので，第48週製造だろうか

Radeon HD 7970のアピールポイント

こちらは製品概要

　HD 7970のRadeon Core数は2048基。なので，「16（Radeon Core）×4（Vector Unit）×32（GCN Compute Unit）＝2048」という計算式になる。最小実行単位が64 Radeon CoreとなるのはHD 6970（Cayman）もHD 7970（Tahiti）も同じだが，命令発行の粒度は，HD 7970のほうがHD 6970より16倍高い。これによりAMDは，GPUコンピューティング時の効率を大きく引き上げようとしているわけだ。

　もちろん，「その結果，3Dグラフィックス周りがおろそかになった」などということはなく，GDDR5メモリが組み合わされるメモリコントローラはインタフェースがHD 6970の256bit幅からHD 7970で384bit幅へと拡張された。また，ROP数自体はHD 6970と同じ32基ながら，Render Back-End（レンダーバックエンド）の効率が大きく改善されているという。
　従来比でテッセレーションステージの効率が最大4倍に高められたとされる第9世代のジオメトリエンジンも，Southern Islands世代のトピックだ。また，PCI Express 3.0や，Windows 8でサポート予定のDirectX 11.1サポートが実現されている点もポイントといえる。

　そんなHD 7970の主なスペックを，HD 6970や，Radeon HD 6000シリーズの最上位モデルとなるデュアルGPUカード「Radeon HD 6990」（以下，HD 6990），そして競合のシングルGPU仕様最上位モデルとなる「GeForce GTX 580」（以下，GTX 580）と比較したものが表1だ。

カード長は実測約277mm。HD 6970のリファレンスデザインだと同273mmなので，クーラーの形状分，わずかに長いことになる

　さて，今回入手したHD 7970カードは，性能速報記事でもお伝えしたとおり，AMDのリファレンスモデルである。
　カードサイズは実測約277mm（※突起部除く）。基板自体は同267mmなのだが，カード全体を覆う2スロット仕様のGPUクーラーが，カードの後方に10mmほどはみ出ていた。解説記事で指摘しているとおり，大型GPUクーラーには，カード後方を除いて放熱用スリットのようなものが用意されておらず，搭載する80mm角ファンによって生じたエアフローは基本的に一直線でPCケース外へ吐き出されるような設計になっている。なお，PCI Express補助電源コネクタは8ピンと6ピンが各1系統だ。

ファンによるエアフローは，Dual-Link DVI×1，3GHz HDMI（最大解像度4096×3112ドット，HDMI 1.4a準拠）×1，Mini DisplayPort×2が並んだI/OインタフェースからPCケース外へ排出される仕様。GPUクーラーはファンの近くにスリットが入っている

GPUクーラーのカバーを取り外したところ

　GPUクーラーのカバーを取り外すと，「Vapor Chamber」（ヴェイパーチャンバー）方式の大型ヒートシンクと，ヒートシンクを兼ねた補強板を確認できる。このヒートシンクと補強板は，少なくとも4Gamerで確認した限りでは一体成形で，取り外しはまるごと一気に行う必要があった。

大型のパッシブヒートシンクにより，GPUとメモリチップ，電源部などを冷却する仕様になっているようだ

GPUクーラーを完全に取り外したところ

　というわけで基板を見てみると，GPUとメモリチップ，そして電源部を確認できるが，12枚で容量3GBを実現するメモリチップは，Hynix Semiconductor製のGDDR5「H5GQ2H24MFR-R0C」（6.0bps品）。これはHD 6970リファレンスカードに搭載されていたのと同じものだった。
　電源部はInternational Rectifier製のデジタルPWMコントローラ「CHL8228G」によって管理されているようで，CHL8228Gの仕様からすると，そのフェーズ数は5＋1。基板上にはもう1フェーズ分の空きパターンがあるので，メーカーレベルのクロックアップモデルでは，6＋1といったフェーズ構成を取ってくることがあるのかもしれない。

基板（左）とメモリチップ（右）
電源部のクローズアップ（左）と，「Dual BIOS Toggle Switch」（右）。Dual BIOS Toggle Switchは，Radeon HD 6970リファレンスカードにも用意されていたもので，ユーザーが自己責任でカスタマイズできるBIOSと，工場出荷状態固定のBIOSとを切り替えて利用できる

PCIe 3.0対応のX79プラットフォームで検証

レビュワー向け新旧ドライバの違いもチェック

Rampage IV Extreme
メーカー：ASUSTeK Computer
問い合わせ先：ユニティ（販売代理店） [email protected]
実勢価格：4万3000円〜4万8000円程度（2011年12月24日現在）

　今回のテスト環境は表2のとおり。比較対象は表1で挙げた3製品だ。
　今回，マザーボードには，ASUSTeK Computerから貸し出しを受けた「Intel X79 Express」搭載マザーボード「Rampage IV Extreme」を用いる。
　本製品ではUEFI（≒BIOS）からPCI Expressの“Gen設定”を任意に変更できるが，今回はGen 3，つまりPCI Express 3.0で統一した。HD 7970がGen 2設定でどういう挙動を示すかは後編で考察したいと思う。

　組み合わせるCPUは「Core i7-3960X Extreme Edition/3.3GHz」。ただし，負荷状況に応じたクロックアップ機能「Intel Turbo Boost Technology」の効き具合がGPUによって異なる可能性を考慮して，同機能はUEFIから無効化している。


　テスト方法は基本的に4Gamerのベンチマークレギュレーション11.2に準拠。ハイエンドGPUの検証ということもあり，解像度は1920×1080＆2560×1600ドットの2つを選択した。

　また，この秋に登場した注目タイトルから，「Battlefield 3」（以下，BF3）における性能をチェックすべく，今回は11月5日掲載のテストレポートに準拠する形で「THUNDER RUN」シークエンスのテストを行うこともあらかじめお断りしておきたい。
　BF3のテストにあたっては，ゲーム内のグラフィックス設定メニューから，「最高」プリセットと，同プリセットをベースに，アンチエイリアシング関連の2項目と，異方性フィルタリングの1項目とを無効化した「カスタム」プリセットを選択している。

　なお，今回のテストにおいては，カードの到着に先立ってAMDから全世界のレビュワーに「8.921.2-111215a-130438E-ATI」（ファイル名：AMD_Radeon_HD_7900_Win7_64_Dec16.exe）が配布されたため，これを使ってHD 6990とHD 6970のテストを行ったが，日本時間22日の昼前になって，「8.921.2-111219a-130573E-ATI」（ファイル名：AMD_Radeon_HD7900_Win7_64_Dec20.exe）が提供されたことを受け，HD 7970に限り，新しいドライバでもテストを行っている。
　ドライババージョンを比較する限り，細かなバグフィックスが行われただけのような気もするが，その点を見てみようというわけだ。2種類のドライバを区別すべく，HD 7970のスコアは，ファイル名の日付から，前者を「HD 7970（Dec16）」，後者を「HD 7970（Dec20）」と表記して区別したい。

GTX 580よりほぼ確実に速いHD 7970

ドライバの最適化次第でまだ伸びる？

　いよいよテスト結果の考察である。
　グラフ1は「3DMark11」（Version 1.0.3）における「Performance」と「Extreme」，両プリセットのスコアをまとめたもの。デュアルGPUカードであるHD 6990にはさすがに届かないものの，直接のライバルであるGTX 580に対してはPerformanceプリセットで約18％，Extremeプリセットで約30％高いスコアを示した。より高い負荷環境で差が開いたことに注目しておきたい。また，HD 6970と比べると37〜46％高いスコアである。
　なお，HD 7970（Dec20）とHD 7970（Dec16）のスコア差は，ご覧のとおり，まったくないと述べていいレベルだ。


　そして，HD 7970のポテンシャルを最も強く感じられたのが，グラフ2〜5の「S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat」（以下，STALKER CoP）である。
　ここでは，4つあるテストシークエンス中，最も描画負荷の低い「Day」と，逆に最も高い「SunShafts」のスコアをまとめているが，まずグラフ2，3のDayを見てみると，HD 7970は，GTX 580に最大34％のスコア差を付けているだけでなく，「標準設定」の1920×1080ドット条件でHD 6990すら上回っている。


　そうなると，より描画負荷の高いSunShaftsシークエンスのスコアも気になるところだが，グラフ4，5は圧巻といえるだろう。HD 7970がHD 6990と互角以上に立ち回っているのだ。
　GTX 580と比べると36〜47％，HD 6970に対しては72〜107％高いスコアを示し，格（というか世代）の違いを見せつけている点も目を引くところ。STALKER CoPは，HD 7970が実力を最もよく発揮できるタイトルといえるかもしれない。
　なお，ここでもHD 7970（Dec20）とHD 7970（Dec16）のスコア差はないか，あっても誤差レベルである。


　その一方で，同じDirectX 11世代のタイトルでも，BF3だと，STALKER CoPのようなスコアは示せていない（グラフ6，7）。BF3はもともとGeForce 500シリーズが有利なタイトルなので，そのBF3において高負荷設定の2560×1600ドットで10％高い平均フレームレートを叩き出しているのは褒めるべきだろうが，ややインパクトを欠くのも確かだ。HD 6970に対して付けているスコア差が21〜39％と，3DMark 11よりも低めなので，ドライバの最適化待ちといったところだろうか。


　ドライバ最適化の余地がまだまだあること，そして，発表前にAMDがレビュワー向けドライバを連発してきたことに関する1つの証拠となるのが，グラフ8，9にまとめた「Battlefield: Bad Company 2」（以下，BFBC2）のテスト結果である。
　結論から先に言うと，BFBC2では，HD 7970（Dec20），HD 7970（Dec16）とも，スコアが安定しない。今回は，レギュレーションに従って取得したスコアをひとまず事実として掲載しているが，テストするたびにスコアが大きく変わってしまうため，今回示したスコアに意味はない。おそらく，「Dec16版ドライバで何か問題が見つかり，Dec20版で修正したが，それにBFBC2の問題は含まれていなかった」ということなのだろう。GPUコアアーキテクチャが変わった以上，当たり前なのだが，ドライバの最適化は今後の最優先事項と思われる。

グラフ画像だけ見ると，「1920×1080ドットのスコアが低すぎるので，Dec20版ドライバで対処した」ように見えなくもないが，そういった事実はないので注意してほしい。バーの色を変えていることからも分かるとおり，BFBC2のグラフは「現時点ではマトモに動かない」ことを示すもの以上でも以下でもない

　NVIDIAは，GPUコンピューティング向けに舵を切ったFermiアーキテクチャで，DirectX 10以前の世代における性能をある意味で犠牲にしてきたが，GCNアーキテクチャはどうなのか。グラフ10，11は，DirectX 9.0c世代のFPS「Call of Duty 4: Modern Warfare」（以下，Call of Duty 4）におけるテスト結果となる。
　Call of Duty 4はGPUのコア数（≒テクスチャユニット数）が素直に反映されやすいため，デュアルGPUカードたるHD 6990のスコアが突出するものの，HD 7970はGTX 580を安定して上回っている。高負荷設定であまり伸びないのは気になるところであるものの，少なくとも「旧世代のDirectX APIを用いたゲームが極端に苦手」ということはないようだ。


　DirectX 10世代の「Just Cause 2」だと，1920×1080ドット設定では描画負荷が低すぎ，130fps前後でCPUボトルネックによるスコアの頭打ちが生じてしまう（グラフ12，13）。そこで，2560×1600ドットで比較すると，Call of Duty 4と同じような傾向を見て取れる。


　DirectX 11世代に戻って，グラフ14，15の「Sid Meier's Civilization V」（以下，Civ 5）だと，HD 7970のスコアは再びGTX 580を圧倒する。スコア差は最大52％。とくに高負荷環境でフレームレートの違いが顕著だ。


　3D検証の最後は「DiRT 3」で，グラフ16，17に示したとおり，スコアは3DMark 11と似た傾向だ。HD 7970のスコアGTX 580より13〜22％，HD 6970より32〜37％高い。

HD 7970の消費電力はHD 6970並みを維持

アイドル時の消費電力はさらに低く

　TSMCの28nmプロセス技術を用いて製造される初のハイエンドGPU製品，そして，電力管理機能「AMD PowerTune Technology」（以下，PowerTune）を搭載し，従来のデスクトップPC向け製品よりも細かなクロックゲーティングが行われるようになったGPUとして，HD 7970の消費電力には注目したいところだが，実際のところをチェックしてみよう。
　ログの取得が可能なワットチェッカー「Watts up? PRO」を用いて，システム全体の消費電力を計測した結果がグラフ18だ。ここでは，ゲーム用途を想定し，アイドル時にもディスプレイの電源がオフにならないよう設定したうえで，OSの起動後，30分放置した時点を「アイドル時」としたほか，各アプリケーションベンチマークを実行したとき，最も高い消費電力値を記録した時点を，タイトルごとの実行時として，スコアを取得している。

　というわけで結果だが，まずアイドル時の消費電力は，わずかながらHD 6970を下回った。アイドル時の公称消費電力はHD 6970が20Wのところ，HD 7970は13Wだが，その分がグラフからも確認できているというわけだ。
　また，アプリケーションベンチマーク実行時の消費電力は，HD 6970とほぼ同じと述べていいだろう。少なくともGTX 580よりは確実に低い。HD 7970は，HD 6970とほぼ同じ消費電力の枠内で，性能を引き上げてきたということなのだろう。

※グラフ画像をクリックすると，スコアの入った完全版を別ウインドウで表示します

　最後にグラフ19は，3DMark 11の30分間連続実行時点を「高負荷時」として，アイドル時ともども，TechPowerUp製のGPU情報表示ツール「GPU-Z」（Version 0.5.7）からGPUの温度を取得したものである。
　消費電力の分だけ発熱も低いのか，GPUクーラーが優秀なのか，PowerTuneが効いているのか，はたまた複合的な要因かまでは断定できないものの，HD 7970の温度がハイエンドGPUとして現実的なところに落ち着いているのは確かだ。


　なお，カードをすっぽりと覆うGPUクーラー動作音は，筆者の主観であることを断ったうえで述べるなら，「静音性が高いとは決して言えないものの，ハイエンドGPUとしては及第点を与えられるレベル」といったところ。一言でまとめるなら，「まずまず」といった印象である。

Radeonの進化を体感できる「世界最速GPU」

ドライバ次第だが，ハイエンド指向の人には魅力的

　新世代GPUアーキテクチャの投入後，AMD（や旧ATI Technologies）はドライバを熟成させるまでの時間を競合よりも長く要してきた過去がある。それだけに，BFBC2で見られた「熟成不足」に不安を覚える人も多いだろう。
　しかし，そんな状態の，言うなれば未完成状態のドライバで，GTX 580を圧倒するケースが多々見られるのも確か。しかもそんな性能を，HD 6970と同程度の消費電力で実現できているのである。ハードウェアとしてのHD 7970は，GCNアーキテクチャ，そして28nmプロセス技術による進化をきっちりと体感できるGPUに仕上がっているといえそうだ。

　ドライバ以外に，搭載カードの国内価格が明らかになっていないのも不安材料ではあるが，そこは「世界最速」のGPU。コストを気にするのは野暮といえ，「ハイエンド指向のPCゲーマーなら買い」とまとめておきたい。

AMDのRadeon HD 7970製品情報ページ（英語）

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※お詫びと訂正
初出時，グラフ3と4のスコアが入れ替わっておりました。お詫びして訂正いたします。