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글쓴이: 이대근 (Daeguen Lee)

연락처: leedaeguen [at] kaist.ac.kr

(이 블로그의 CCL정책에 위배되는 무단전재/재배포를 금지합니다)




엔비디아, AMD, 실리콘 그래픽스, 3DLabs, 매트록스, 3DFX... PC에 관심 있는 사용자라면 누구나 한번쯤은 이름을 들어봤을법한 쟁쟁한 그래픽카드 제조사들입니다. 이들은 제각기 확고한 매니아층을 형성하여 마치 당시의 시장은 춘추전국시대를 방불케 했는데, 이렇듯 여러 제조사들이 난립해 있던 그래픽카드 시장이 두 메이저 회사간의 양자구도로 재편된 것은 약 십여년 전의 일입니다. 당시 '부두' 시리즈의 흥행에 힘입어 가장 영향력있는 그래픽카드 제조사이던 3DFX는 그때까지만 해도 '떠오르는' 그래픽카드 제조사로 취급받던 엔비디아에 전격 인수됨으로써 시장을 엔비디아 vs ATI라는 양강 구도로 재편하는데 한몫을 하게 됩니다.


이때로부터 대체로 엔비디아와 ATI(2006년 이후로는 AMD) 양사의 최고성능 GPU는 어느 한쪽으로의 지나친 치우침 없이 엇비슷한 성능을 가지고 경쟁하도록 만들어져 왔습니다. 이 대목에서 고개를 갸웃거리실 분이 계시겠지만, 이는 실상 이들 제조사 입장에서도 서로간의 성능 차가 지나치게 클 경우 -특히, 그런 고성능을 구현할 능력이 되는 경우에도- 해당 제품의 시장에서의 위치가 오히려 애매해지는 (당대에 비교 가능한 상대 품목이 없다면...) 문제와 더불어 자사의 하위 라인업의 판매에 미치는 악영향, 그리고 차후 세대교체시 반드시 초과 달성해야 할 지표로써의 부담 등에 기인합니다. 이로 인해 양 제조사는 자의반 타의반 그들의 당대 최상위급 GPU의 성능을 엇비슷하게(흔히 '눈치 작전'이라고 합니다. 단, 엇비슷하게 고만고만한 와중에도 우열을 가리기 위한 다툼은 물론 치열합니다) 맞춰 왔던 것입니다. 가까운 예로 라데온 HD 4850이 지포스 8800GTS를 가까스로 넘어서게 나왔던 것이나, 지포스 GTX 480이 라데온 HD 5870을 크게 능가하게 나오지 않았던 것을 떠올려 보시면 되겠습니다.


예외적으로 이런 '암묵적인 룰'이 깨지는 경우가 있는데, 대체로 급격한 세대교체가 이뤄졌을 때가 그렇습니다. 몇가지 예를 들자면 과거 라데온 9000 시리즈의 등장이라든지, 출시 이래로 무려 3년간 시장에서 현역으로 활동한 (그래픽카드란 제품군의 짧은 생애주기를 생각할 때 대단한 롱런입니다) 지포스 8000 시리즈의 등장 등을 들 수 있겠습니다. 이런 예외를 제외한다면, 최근까지 우리가 접할 수 있었던 경쟁구도인 GT200 vs RV770/790 / GF100 vs Cypress / GF110 vs Caymen / GF114 vs Bart 등에서 어느 한쪽을 일방적으로 우세하다고 보기란 어려울 것입니다.


그러나 오늘날의 시장은 실로 모처럼만에 찾아온 '불균형의 순간'이라고 보아도 과언이 아닐 만큼 저울의 눈금이 한쪽으로 기운 상황입니다. 오랜 기간 와신상담한 엔비디아는 실로 오랜만에 AMD의 플래그십을 압도적으로 능가하는 GPU를 만들어내는 데 성공했고, 특히 그 시기가 AMD가 GCN 아키텍처를 적용한 Southern Islands 패밀리의 출시를 통해 전세대인 VLIW4 아키텍처 기반의 Northern Islands에 비해 매우 큰 성능향상을 이룬 직후였던 탓에 그 충격은 더욱 컸습니다. (이에 관해선 블로그에 얼마 전 포스팅한 짤막한 에세이가 있으니 참고하시기 바랍니다) 물론, 엄밀히 말하자면 엔비디아의 문제의 칩 - GK110은 AMD의 Tahiti보다 무려 1년 이상이나 늦게 출시되었고, 엔비디아의 역전의 시점을 최초의 케플러 패밀리로써 등장한 GK104의 출시로 소급해 보더라도 Tahiti의 대항마로 투입된 GK104는 정작 압도적인 우세라기보다는 그간의 '균형잡힌' 대결 구도를 복원하는데 그쳤으며, 게다가 이미 GK104 자체도 Tahiti보다 6개월이나 늦게 출시되었음을 감안하면 적어도 기술적으로는 양사간의 균형이 그리 많이 무너진 것이 아니라는 추측도 가능한 상황입니다.


괴물같은 성능의 GK110을 화룡점정으로 하여 엔비디아가 케플러 라인업을 완비한지도 벌써 수개월이 지나가는 이때 AMD는 근 1년 반만에 Northern Islands의 뒤를 잇는 차세대 GPU의 출시를 예고하고 있습니다. Volcanic Islands 패밀리로 알려진 이들을 이끄는 총사령관은 Hawaii라는 코드네임이 붙어 있으며, 오늘 리뷰할 라데온 R9 290X가 바로 Hawaii XT GPU를 탑재한 첫 상용 그래픽카드입니다. 최근 1년간의 양사의 발자취를 요약하자면 AMD의 선공(Tahiti 출시) -> 엔비디아의 맞불(GK104) -> 엔비디아의 역공(GK110) -> 그리고 AMD의 반격(Volcanic Islands)으로 줄일 수 있겠는데, 재미있게도 각사의 공방이 마치 미리 계획이라도 한 듯 6개월을 주기로 규칙적으로 반복되고 있습니다. 과연 AMD가 이번 반격에서 GK110에게 한방 맞아 무너진 균형을 회복할수 있을지, 어쩌면 '균형을 회복하는' 정도를 넘어 압도적으로 앞서갈 수 있을지를 지켜보는 것이 관전 포인트가 될 것 같습니다. 이제부터 AMD의 차기 플래그십인 R9 290X의 성능을 살펴보도록 하겠습니다.


(서문을 제외하고 이 리뷰는 영문으로 작성되었습니다. 한국어판 번역은 플레이웨어즈에 게시된 제 글을 참고하시기 바랍니다 : http://www.playwares.com/xe/34328024)


I tested several top-ranked graphics cards from NVIDIA and AMD: GeForce GTX TITAN, GTX 780, GTX 770 and Radeon HD 7970 GHz Edition... + R9 290X (Hawaii XT) ! Hope this article could erase questionmarks that you may have about their general performances, AA-sensitivity, power consumption, or whatever.


Before we go, I want to mention that I've indebted a lot from following people: 박성진, 서종원, 남대원, 김해오름, 김형근, 최해든, 이요셉(from Playwares), 최영교 and 김태현 - they collaborated in this project by providing testable system, comparable VGAs, Watt-measuring instrument as well as unlimited supply of power sources. Especially, one of those people provide an actual R9 290X card itself: the keystone that enables this project. Many thanks to those people and acknowledge their heartful appreciation to this project. I wish there will be a certain time that I may unveil and reward back to each and every detail of those patronages.


Now the first chapter begins: Let's see pictures of today's competitors.





▲ At first glance, they look (roughly) similar and feature blow-out-fan cooler paired with rectangular shroud. Competitors from NVIDIA have actually identical housing, however, AMD's cards are a way easier to distinguish one to one another. Let's have a closer look for today's hero: Radeon R9 290X.







▲ Basically it looks like AMD's previous generation highest-end graphics card (HD 6900 series). It features 6 + 8 pin auxilliary power connectors (up to 300W) as well as 2 x DVI, one HDMI & Display Port. Note that the card I tested is very prototype which seems far earlier from retail: It has some moddable "jumpers" or dip-switchs on the backside of PCB, and has some compatibility issue with X79 platform - At first, I organized the test system with Intel Core i7 4930K who employs six IVB-E cores to minimize the bottleneck effect from outside VGA - mostly from CPU. But after some minutes I began the test, I found that this card was incompatible for that configuration for unknown reason. (That's why I reorganize the system with 4-core Haswell processor and X77 motherboard)




▲ HD 7970 GHz Ed.(lower image) and R9 290X(upper image) got compared: See die areas, number of memory chips, arrangement of power regulator circuitry - everything has changed!




▲ Closer look: got any idea?




▲ Hawaii XT is a way bigger than Tahiti XT, the previous generation flagship: Since they both are manufactured under 28nm fabrication process, number of transistors increment is nearly proportional to the increment of die areas. And some of the increment seems to be employed to widen bandwidth between GPU and frame buffer. You can easily see R9 290X has sixteen 32bit GDDR5 chips, which casts 512bit bus width, while 7970 GHz Ed. has only three fourth of it: 384bit bus comprises of twelve 32bit GDDR5 chips.




▲ Retailer might differ: I think at least "jumpers" must be eliminated.


Below is the materials & methods chapter. System configuration is as follow:



▲ Note that every clock profile is set by manufacturer thereof prior to this test. List of tools & games used in this test are as follow.



Here is the result: games are sorted by alphabetical order.






▲ I'm aware that you may dislike this kind of graph arrangement: It's quite un-intuitive and hard to understand at a glance. Nevertheless I intentionally sort them in this way because what I really want to show you is, not something consists of absolute values of frame per sec(fps) but a tendency or a trend of performance decrement/increment under AA-wise or resolution-wise changes. The intention may be seen more clearly in the graph below:



▲ As you see, 7970 GHz Ed. shows drastic fps drop when the resolution goes higher while others yield similar trend lines. R9 290X is enthroned over GTX TITAN with a gap which become larger as resolution and AA option goes higher/takes effect.







▲ Tendencies over all competitors are nearly identical throughout all resolution and AA options. R9 290X keeps the top, GTX TITAN and GTX 780 also maintain second- and third- highest positions respectively.





▲ You may have a question why AA-wise tests are skipped in this game. Of course the game itself provides such option that can manually control whether AA is applied or not, however, benchmark tool within the game doesn't provide such option so that testers actually cannot change any options but resolution.


Let's bring it back: GTX TITAN reaches the top in this time, R9 290X and GTX 780 / 7970 GHz Ed, and GTX 770 have very similar tendency so that the result above looks like they are "coupled together".







▲ In this game, NVIDIA and AMD competitors are respecitvely distinguishable: That is, trend lines of GTX TITAN, GTX 780 and GTX 770 is mutually similar but not that similar to that of AMD's. The contrary is also likely. It seems like AMD's cards are more bearable under heavy options such as higher resolution or AA. In terms of fps, R9 290X regains the crown from GTX TITAN by notable performance gap; GTX TITAN and 7970 GHz Ed. seems like they literally "sqeeze" GTX 780. GTX 770 is abandoned far behind in this game.







▲ In Crysis 3, tendencies are a bit distorted in general thanks to resolution- and AA-wise changes. Specifically, GTX TITAN dominates R9 290X in all resolutions when AA isn't applied(even GTX 780 performs better than R9 290X under 1920x1080), but R9 290X surely fights back once AA is applied.







▲ In a macroscopic view, R9 290X, GTX TITAN and GTX 780 / GTX 770 and 7970 GHz Ed. (respectively) are "coupled together" again. Now let's see through microscope: R9 290X never compete GTX TITAN throughout all resolution and AA settings except the toughest one - 2560x1600 and AA applied. Though still R9 290X fails to discharge GTX TITAN's kingship, fps gap is hair thin. As a summary, however, even GTX 780 wins R9 290X in general, and GTX 770 easily defeats 7970 GHz Ed.







▲ There is neither resolution- nor AA-wise variation in tendencies of the graph above. R9 290X, GTX TITAN and GTX 780 / GTX 770 and 7970 GHz Ed. are "roughly" coupled together respectively. Among them, R9 290X and 7970 GHz Ed. lead their groups respectively.







▲ There is still nothing much to say except for GTX 770: In today's last game title Tomb Raider Reboot, only GTX 770 suffers a lot from higher resolution and AA applied.







▲ UNIGINE Valley shows almost linear trend lines of performance decrement as resolution- and AA-wise change go tougher. GTX TITAN clearly wins all competitors, R9 290X follows with a small -but concrete- gap.





▲ As you see so far, there are some differences in tendencies between games and synthetic benchmarks - Valley and 3DMark. Synthetic benchmark tools have been believed that they are more dependent to shader performance of GPU, that is, GPU's computing power, than "actual" games. In other words, when we compare two GPUs that show similar frame per sec in actual games but distinguishable scores in 3DMark, we may assume that one GPU is more shader-heavily designed than one another and that GPU is less powerful in terms of texture mapping units(TMUs) or ROPs as trade-offs.


Let me earn some clues: Here is a brief measurement of each VGA's GPGPU performance.



▲ See what I mean? GTX TITAN and GTX 780 (both employ GK110 chip) dominate all other competitors and R9 290X and 7970 GHz Ed. follow them with distinguishable gap. Furthermore, suppose that there is no SP(streaming processor)-wise enhancement in GCN 2.0 in compared with GCN 1.0, we can guess that R9 290X has 12.5% more SPs than 7970 GHz Ed.: That is, Hawaii XT may feature 23xx SPs(1.125 x 2048 of Tahiti XT) and this heavily implies that the theory it true which claims its core count is 2304.



▲ GTX TITAN consumes the largest amount of power. It is fascinating that GTX 770 consumes only 70+a% of GTX TITAN: In terms of performance per Watt ratio, GTX 770 is today's winner. R9 290X locates somewhere between GTX TITAN and GTX 780. 7970 GHz Ed.'s perf./Watt ratio seems the worst.


Here is an in-depth analysis of the whole test results. First, I will show you 3 graphs each dedicated to R9 290X, GTX TITAN and GTX 780 and describing performances variation under AA-wise change.





▲ R9 290X drops only 29.9% of its frame per sec when AA is applied while GTX TITAN and GTX 780 drops 16~17% more: 33~34% of frame is dropped in every second when you apply AA.


Now you are going to see a resolution-wise analysis.





▲ R9 290X drops its performance about 33% when resolution goes higher: GTX TITAN and GTX 780 drops around 36% under the same condition which is 9~10% higher than that of R9 290X.



▲ As a summary, AMD finally retake the title of "the fastest GPU in the world" from NVIDIA. R9 290X wins its previous generation by 33% for average, and its biggest rival GTX TITAN by nearly 7% at best (under 2560x1600 and AA applied). This seems to be enabled by 12.5% increment in number of streaming processors (from 2048 to 2304), 22.2% increment in memory bandwidth (from 6Gbps x 384bit to 5Gbps x 512bit) and possibly 50% increment in number of ROPs (from 32 to 48, according to several rumors). Be that as it may, though still no detailed specification of Hawaii XT is unveiled, we may say "AMD made a step forward" in their new GPU architecture - namely GCN (Graphics Core Next) 2.0.


So far, almost every detail of R9 290X is unveiled except these two: Specification of a full Hawaii GPU, and about R9 290 (Hawaii Pro). In terms of specifications of Hawaii, at first I assumed that R9 290X (Hawaii XT) features 2560 SPs packed together with 160 TMUs and, though it was based upon rumors, 48 ROPs along 384bit-wide GDDR5 memory controller. Based on that, I first approximated its performance as below (please read this article : http://udteam.tistory.com/535).



As I received the actual card, however, I found that it casts 16 GDDR5 memory chips which comprise a sum of 512bit-wide memory bus (so that I was forced to edit my equations) and after I ran a GPGPU test, I believed that it has 2304 SPs since its computing power improved only by 12.5% from 7970 GHz Ed. which features 2048-SP-Tahiti XT. Based on that, I re-calculate the 'theoretical' performance of this card as follow:



Then I thought the whole thing is done until I got this: I guess it is a spyshot of AMD's NDA session.



▲ It provides a lot - specifications of both Hawaii XT and Pro. So I re-re-edit my equation and re-re-calculate the whole things. The results are as follow:



▲ Above is theoretical performance of Hawaii XT, namely Radeon R9 290X. Almost every variable has changed, however, the result is similar to before. Below is for Hawaii Pro (Radeon R9 290).



▲ As you see, it lies somewhere between 7970 GHz Ed. and R9 290X. Of course the clock speed may change everything, and I guess this could have more headroom of overclockability than R9 290X - just like GTX 780 did it to GTX TITAN.


Well... I think it is finally over.

Thanks for reading this article.


Have a nice day!

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  1. BB탄 2013/09/22 12:29  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    오오.. 연휴 마지막날인데도 달리시는 군요.. 아주! 훌륭한 리뷰 잘보았습니다. 저의 라데온 7950은 이제 벤치에 끼지도 못하는군요. 저도 One of the AMD Fanboy라 FX8350을 굴리고 있는데 이런 좋은 그래픽카드가 자꾸 나온다면 저도 탈 AMD할 날이 멀지 않은 것 같네요ㅠㅠ

  2. wkseka 2013/09/22 16:02  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    어험!!!! 흠! 흠!

    못보던 벽돌이 있는것 같지만 기분탓이겟죠?? 아마

  3. Rushtenm 2013/09/22 16:27  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    못 보던 벽돌이 있는 게 신경쓰여요!

  4. 바우 2013/09/22 16:31  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    헐...타이탄이 정발도 안된 제품에 지다니......ㄷㄷㄷ;;;

  5. 하와이경찰 2013/09/22 16:38  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요, 하와이경찰입니다.
    님은 철컹철컹입니다. ㅋ

  6. 앙티구아 2013/09/22 16:45  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    ㄷㄱ님 이거 잠그시는게 좋을거 같은데요

    사람들이 타 사이트에 퍼다나르고 급기야 해외사이트에 까지 퍼진거 같은데

    NDA때문에 혹여나 문제가 되지 않을런지?

  7. OCer 2013/09/22 19:32  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    이 글이 범인이었구만 ㅋㅋ

  8. 우왕 2013/10/16 18:10  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    온도는 안나와있는데 어떨까요? 파워는 별로 안잡아먹는거같아서 너무 좋네요..

    • ㄷㄱ 2013/10/16 18:52  댓글주소  수정/삭제

      온도는 안 재봐서...^^;;;
      쿨러가 기존 쿨러랑 딱히 다른것같진 않은데, 발열 역시 비슷한 수준이 아닐까 싶습니다.

  9. 우왕 2013/10/16 22:25  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    음 ㄷㄱ님 말씀은 타이탄이랑 발열이 비슷하다는 수준인가요?

    이런자료도 너무감사드리고 답변도 너무 감사드립니다

    • ㄷㄱ 2013/10/16 22:49  댓글주소  수정/삭제

      기존의 라데온보다 딱히 쿨러가 더 개선된것 같진 않으니, 발열 역시 기존의 라데온과 비슷하지 않겠냐는 뜻입니다 ^^; 타이탄과의 비교는 잘 모르겠네요.