Test • Les GPU haut de gamme Q3 2023

Spécifications

Avant d'aborder les spécifications des différentes cartes lancées, un mot rapide sur les GPU et procédés de fabrication associés. Commençons par le cas le plus simple, à savoir Intel qui se contente pour l'heure de 2 GPU : l'ACM-G10 pour les solutions moyen / haut de gamme (ARC A770/750 et futures A5xx) et l'ACM-G11 pour l'entrée de gamme (ARC A3xx). Intel est un fondeur, mais plutôt que de faire appel à ses propres capacités de production, il sous-traite la gravure de ces 2 puces à TSMC via  son procédé de fabrication N6, une optimisation du nœud 7 nm. Clairement dépassé en termes de densité ou de performance par le 5 nm du géant taïwanais des semiconducteurs, ce procédé de fabrication à l'avantage d'être bien moins cher. ACM-G10 est une puce plutôt conséquente, avec un peu plus de 400 mm² de surface et pas moins de 21,7 milliards de transistors. Son petit frère se contente de 157 mm² et 7 milliards de transistors.

Nvidia de son côté a fait un choix totalement différent, en basculant l'intégralité de sa gamme sur le N4 de TSMC, une déclinaison "personnalisée" du très performant 5 nm. Pas moins de 5 GPU différents ont été conçus, allant d'AD102 intégrant plus de 76 milliards de transistors sur une superficie de 608 mm² et animant la RTX 4090, au petit AD107 se contentant de 159 mm² pour presque 19 milliards et affecté cette fois à la RTX 4060. Entre ces 2 extrêmes, se trouvent les AD103 (RTX 4080), AD104 (RTX 4070 Ti / RTX 4070) et AD106 (RTX 4060 Ti) par ordre décroissant de superficie et complexité. Ces 5 références monopolisent le haut du classement en termes de densité de transistors par mm², multipliant pratiquement par trois cette valeur en comparaison du précédent N8 de Samsung, du fait de la différence conséquente entre ces 2 nœuds de gravure, et ce contrairement à ce que laisserait penser leurs nomenclatures commerciales respectives. Le N8 est en fait une optimisation du Node 10nm, Nvidia "enjambant" donc le 7 nm pour passer directement au 5 nm.

AMD a lui opté pour un "en même temps" que ne renierait pas un homme politique français, ayant été élu à deux reprises à la magistrature suprême. Le N5 de TSMC est donc dévolu au GCD (cf. page précédente), alors que les MCD doivent de leur côté se contenter du N6, tout comme Navi 33. Ce dernier purement monolithique, mesure 204 mm² pour 13,3 milliards de transistors et se charge d'animer la RX 7600. À l'autre bout de la gamme, les 6 MCD plus le GCD d'un Navi 31 complet occupent une superficie totale de presque 530 mm² pour 57,7 milliards de transistors. La densité est donc légèrement moindre que sur les puces intégralement en 4N du caméléon, mais finalement pas si éloignée malgré le mix des nœuds de gravure. Cela tendrait à corroborer l'assertion d'AMD quant aux faibles gains (en densité au moins) à attendre d'une gravure plus fine pour certains éléments constitutifs d'un GPU. A noter que Navi 32 ne devrait plus tarder à pointer le bout de son nez si on en croit les dernières fuites. Il reprendrait un design par chiplet avec des MCD identiques (4 au maximum), couplés à un GCD plus petit que celui de Navi 31 et toujours gravés en 5 nm par TSMC

Détaillons à présent les caractéristiques des cartes employant ces GPU en comparaison d’un certain nombre de cartes des segments performance, haut de gamme, et enthusiast, des générations précédentes.

Rappelons qu'il est très difficile d'inférer les performances pratiques d'une carte graphique sur la seule base des valeurs brutes annoncées. Plusieurs raisons à cela, dont les fréquences réellement appliquées (qui diffèrent plus ou moins largement de celles officielles), mais aussi les subtilités que nous avons rappelées dans les pages architecturales, quant aux conditions d'exécution de certaines unités ou l'impact par exemple des larges caches sur la bande passante effective. Ces indispensables précisions apportées, une remarque sur la politique industrielle respective des concepteurs. Si Intel et AMD proposent systématiquement des références utilisant des puces intégrales ( 7900 XTX, A770) en sus de déclinaisons moins onéreuses voyant la désactivation de certains composants, Nvidia a une approche quelque peu différente.

Ainsi, la carte la plus performante des verts, la RTX 4090, utilise un AD102 dont 11 % des unités ont été désactivées, ainsi que 25 % du cache L2. Ce n'est pas une paille, mais cela permet de réduire les coûts en permettant la certification de puces partiellement défectueuses, comme étant aptes pour cette référence. Il en est de même à moindre échelle pour la RTX 4080 (95% d'AD103 complet). On peut supputer que les puces sans défaut sont prioritairement orientées vers le marché professionnel outrageusement dominé par les verts, où les prix de ventes et donc marges bien supérieures qui y sont pratiquées, peuvent s'accommoder d'un coût de production un peu plus élevé. Passons à présent à quelques tests synthétiques pour identifier les différents points forts/faibles des cartes testées.

Tests synthétiques

Nous utilisons la suite de tests Geeks 3D pour estimer les performances synthétiques de la nouvelle venue, lors de l’exécution de certaines tâches particulières. Ainsi, PixMark Julia FP32 permet de mesurer la puissance de calcul brute en simple précision (FP32) et le fillrate qui en découle. Il dépend donc à la fois des unités de calcul et des ROP. Le test GiMark, s’attache de son côté à évaluer les performances de nos cartes au niveau de la géométrie. Enfin, TessMark permet de son côté de mesurer les capacités en tessellation des différentes cartes. Ces tests étant relativement brefs et spécifiques (n’utilisant donc qu’une partie des ressources totales des GPU), ils permettent aux modèles limités par leur température et/ou puissance électrique maximale autorisée, de conserver des fréquences plus élevées que lors d’une session de jeu par exemple.

En matière de puissance brute, la RTX 4090 domine très largement les débats, suivie à bonne distance par les RTX 4080 et RX 7900 XTX. Ce test étant réalisé sous OpenGL, les performances des différentes cartes dépendent également de la qualité des pilotes pour cette API vieillissante. Pour la géométrie, vous noterez le résultat totalement erratique de la RTX 4080 (mais systématiquement reproductible), probablement un bug pilote. Précisons également à ce sujet, que Nvidia bride intentionnellement via les pilotes les performances de ses GeForce dans ce domaine, pour privilégier ses cartes professionnelles dans les logiciels fortement dépendant de la géométrie. Cela conduit à des écarts relativement faibles entre la RTX 4090 et les RX 7900. En tessellation, les cartes vertes profitent par contre d'un niveau de performance bien supérieur à la concurrence, alors que l'ARC A770 est de son côté vraiment à la peine.

Tests synthétiques - GPU Q3 2023

Passons à présent à des tests synthétiques issus de 3DMark, en s’attachant à vérifier les capacités des cartes graphiques sur divers points. DXR, au nom explicite, sollicite de manière intensive les capacités d’accélération du Ray Tracing, GPU au travers de l’API de Microsoft. AMD annonçait "jusqu'à" 80 % de gains (probablement dans les cas les plus favorables), les valeurs mesurées ici entre générations sont moindres à +50% pour RDNA 3 par rapport à RDNA 2. C'est toute de même un beau progrès, la RX 7900 XTX revenant ainsi au niveau de la RTX 3090, qui était la référence de la génération passée (si on exclut la 3090 Ti sortie à la toute fin). Cependant, Ada apporte dans le même temps encore plus de gains à ce niveau en comparaison d'Ampere, si bien qu'un "simple AD104" suffit à devancer Navi 31 (intégral) de 20 % dans ce domaine, alors que GA104 (qui était même plus haut dans la hiérarchie des puces Nvidia en l'absence de GA103 au lancement), n'y parvenait pas vis-à-vis de Navi 21. Intel s'en sort également bien, avec une ARC A770 au niveau d'une 6800 XT, malgré un GPU d'une gamme là aussi moindre, preuve s'il fallait en ajouter une, de la faiblesse des Ray Accelerator sur RDNA 2 (malheureusement base des consoles ce qui limite l'usage du RT que font/feront la plupart des développeurs).

Mesh Shader évalue la capacité de traitement de ces derniers par les GPU modernes. Le test permet de comparer les performances avec et sans Mesh Shaders actifs, mais cette représentation ne permet pas une comparaison pertinente entre cartes. Nous affichons donc les performances de chaque référence avec Mesh Shaders actifs. À nouveau le trio AD102/103/104 domine les débats. Le test PCIe mesure le débit de l’interface éponyme et confirme ici l’usage de 16 lignes PCIe 4.0 pour tous les GPU testés. On notera que les cartes d’AMD disposent systématiquement d’un petit avantage à ce niveau. Le test Sampler Feedback, mesure de son côté l’impact de cette fonctionnalité introduite par les cartes Turing, via le Texture Space Shading. La RX 7900 XTX talonne cette fois la RTX 4080, inutile de préciser celle qui domine les débats. Finissons par le test VRS, abréviation de Variable Rate Shading, permettant de mesurer le gain apporté par cette fonctionnalité lorsqu’elle est activée. Là aussi, le test affichant une comparaison entre 2 passes, nous préférons reporter ici le score atteint par chaque carte une fois la fonctionnalité activée, permettant ainsi une comparaison brute entre elles. Pas de changement de hiérarchie notable par rapport au test précédent.

Tests fonctionnalités - GPU Q3 2023

Voilà pour les spécifications des différentes cartes et leurs performances synthétiques, détaillons page suivante le protocole de test.