Näytönohjainten markkinatilanne

Tutkimusyhtiö Jon Peddie Researchin mukaan grafiikkapiirien, mukaan lukien työpöytä- ja mobiiligrafiikkapiirit, toimitusmäärä kasvoi kuluvan vuoden ensimmäisellä neljänneksellä 44 prosentilla viime vuoden vastaavaan ajankohtaan verrattuna. Viime vuonna toimitettiin yhteensä 414,2 miljoona grafiikkapiiriä ja tänä vuonna toimitusmäärän odotetaan kasvavan 11 prosenttia 485,7 miljoonaan.

Intel on markkinoiden suurin tekijä 43,5 prosentin osuudella, vaikkei sillä olekaan saatavilla suorituskykyisiä erillisnäytönohjaimia, mutta sen osuus muodostuu yrityksen omiin piirisarjoihin integroiduista grafiikkaohjaimista. AMD:n ja NVIDIAn osalta tulot tulevat suuremmaksi osaksi erillisnäytönohjaimista ja edellä mainitun kahden valmistajan kesken NVIDIAlla on 31,5 prosentin osuudella hallussaan suurempi markkinaosuus. AMD:n osuus grafiikkapiirimarkkinoista on 24,0 prosenttia. Kyseisen kolmikon jälkeen muille valmistajille, VIA/S3:lle, SiS:lle ja Matroxille, jää jäljelle ainoastaan prosentin siivu markkinoista. Pelkästään erillisnäytönohjaimia tutkiessa markkinoiden ehdottomasti suurimmat tekijät ovat AMD ja NVIDIA.

AMD:n mukaan sen liikevaihto ensimmäisellä neljänneksellä grafiikkasegmentillä oli 409 miljoonaa dollaria, Intelin liikevaihto piirisarjoista ja muista tuotteista 1,761 miljardia dollaria ja NVIDIAn koko liikevaihto 982 miljoonaa dollaria.

AMD

AMD käyttää näytönohjaintarjonnassaan Sweet Spot -strategiaa

AMD on käyttänyt Sweet Spot -strategiaa ATI Radeon HD 3000 -sarjasta lähtien ja se onnistui erityisen hyvin ATI Radeon HD 4000 -sarjan kanssa, joten sama strategia on jatkunut myös ATI Radeon HD 5000 -tuoteperheen kanssa. AMD päätti luopua koodinimissään kirjain-numeroyhdistelmistä, kuten RV790, ja siirtyi DirectX 11 -sarjan yhteydessä eri ikivihreisiin sypressikasveihin.

AMD:n DirectX 11 -rajapintaa tukevat näytönohjaimet tunnetaan yhteisesti koodinimellä Evergreen ja ensimmäisenä viime vuoden syyskuussa julkaistiin Cypress-koodinimelliset (sypressi) ATI Radeon HD 5800 -tuoteperheen näytönohjaimet. Lokakuussa vuorossa oli Juniper-koodinimellinen (kataja) ATI Radeon HD 5700 -tuoteperhe ja marraskuussa kahden grafiikkapiirin Hemlock (hemlokki). Tämän vuoden alussa ATI Radeon HD 5000 -mallisto täydentyi budjettiluokan ATI Radeon HD 5600-, 5500- ja 5400-tuoteperheiden Redwood- (punapuu) ja Cedar-näytönohjaimilla (setri).

Näin ollen AMD:llä on ollut markkinoilla jo pidemmän aikaa ATI Radeon HD 5000 -näytönohjaimia kaikissa hintaluokissa halvimmista alle 100 dollarin budjettiluokan näytönohjaimista aina reilun 500 euron hintaiseen kahden grafiikkapiirin tehohirmuun.

ATI Radeon HD 5870 on AMD:n suorituskykyisin yhden grafiikkapiirin näytönohjain

AMD:n suorituskykyisimmässä yhden grafiikkapiirin ATI Radeon HD 5870:ssä on käytössä 850 MHz:n kellotaajuudellinen Cypress-grafiikkapiiri, joka valmistetaan TSMC:n tuotantolinjalla 40 nanometrin prosessilla ja rakentuu 2,15 miljardista transistorista. Käytössä yksi gigatavu 1,2 GHz:n kellotaajuudella toimivaa (4,8 GHz QDR) GDDR5-muistia ja muistiväylä on 256 bittiä leveä. Stream-prosessoreita on 1600 kappaletta, tekstuuriyksiköitä 80 kappaletta ja grafiikkapiiri kykenee suorittamaan 32 rasterioperaatiota (ROPs) kellojaksossa. Näytönohjaimen AMD:n ilmoittama tehonkulutus on rasituksessa 188 ja levossa 27 wattia.

AMD:n suorituskykyisin näytönohjain on kuitenkin ATI Radeon HD 5970, jossa grafiikkapiirejä on kaksin kappalein, joten transistoreiden kokonaismäärä nousee kahden Cypress-grafiikkapiirin turvin 4,3 miljardiin. Molemmilla grafiikkapiireillä on käytössään gigatavu GDDR5-muistia 256-bittisen muistiväylän jatkeena eli yhteensä näytönohjain on varustettu kahden gigatavun muistimäärällä. ATI Radeon HD 5970:n grafiikkapiirit toimivat 725 MHz:n ja kaksi gigatavua GDDR5-muistia 1000 MHz:n (4,0 GHz QDR) kellotaajuudella. AMD:n ilmoittama tehonkulutus on rasituksessa 294 ja levossa noin 42 wattia.

AMD:n halvemman luokan näytönohjaimet perustuvat omiin grafiikkapiireihinsä, mutta taustalla oleva arkkitehtuuri on täysin sama. Eri grafiikkapiireissä on kytketty pois päältä tietty määrä SIMD-moottoreita, joiden myötä muun muassa Stream-prosessoreiden ja tekstuuriyksiköiden määrä on eri, itse piisiru pienempi ja samalla tuotantokustannukset ovat Cypressiin verrattuna alhaisemmat. Halvemmissa näytönohjaimissa on myös kapeammat muistiväylät, vähemmän muistia ja kellotaajuudet ovat alhaisemmat.

Yhteistä kaikille ATI Radeon HD 5000 -tuoteperheen näytönohjaimille on tuki DirectX 11- ja OpenGL 4.0 -rajapinnoille, TeraScale 2 -arkkitehtuuri, tuki ATI Eyefinity -teknologialle 3-6 näytön käyttämistä varten, tuki HDMI 1.3a:lle ja integroidun ääniohjaimen tuki muun muassa Blu-ray-elokuvissa käyttäville TrueHD- ja DTS-HD-ääniformaatteille. Lisäksi Unified Video Decoder 2.2 tukee kahden 1080p-resoluution HD-videon purkamista grafiikkapiirillä yhtäaikaisesti ja rautapohjaista kiihdytystä varten formaattien osalta tuettuina ovat MPEG-2, H.264 ja VC-1.

ATI Radeon HD 5800 -näytönohjaimien julkaisun jälkeen saatavuus oli pitkään heikko ja syyttävä sormi osoitti TSMC:n tuotantolinjoille, joilla ei kyetty valmistamaan tarpeeksi 40 nanometrin Cypress-grafiikkapiirejä. AMD jopa nosti grafiikkapiirien hintoja, mutta tilanne parantui kohtuullisen nopeasti ja alkuvuodesta lähtien näytönohjaimia on saanut ongelmitta suoraan kauppojen hyllyiltä. Tätä artikkelia kirjoittaessa ATI Radeon HD 5870 irtoaa Suomesta halvimmillaan noin 350 eurolla, ATI Radeon HD 5850 -malli on hinnoiteltu noin 50 euroa halvemmaksi ja ATI Radeon HD 5830 noin 220 euroon. Suorituskykyisimmän ATI Radeon HD 5970:n hinta on asettunut 600 euron tietämille, kun taas ATI Radeon HD 5700 -näytönohjaimet kustantavat pyöreästi 140-150 euroa ja muut näytönohjaimet halvimmillaan alle 100 euroa.

AMD:n seuraavan sukupolven näytönohjaimet suuntaavat eteläisille saarille

AMD on ollut hyvin vaitonainen tulevista näytönohjaimistaan, mutta kesäkuun alussa Computex-messuilla se oli suljettujen ovien takana vahvistanut Southern Islands -koodinimen seuraavan sukupolven DirectX 11 -grafiikkapiireille. Näytönohjaimet tullaan julkaisemaan huhujen mukaan tämän vuoden lopulla ja Southern Islands -grafiikkapiirien arkkitehtuurissa on keskitytty hyötysuhteen parantamiseen ja sen myötä suorituskyvyn lisäämiseen.

AMD:n oli alun perin tarkoitus lanseerata vuonna 2011 32 nanometrin prosessilla valmistettava Northern Islands -grafiikkapiiri, mutta vaikka TSMC ei ole kertonut mitään virallisesti, sen oletetaan peruneen suunniteltu valmistusprosessi ja keskittyvän tulevaisuuden 28 nanometrin prosessiin siirtymiseen. Huhujen mukaan Southern Islands -grafiikkapiirissä olisi käytössä joitain Northern Islands -grafiikkapiirin ominaisuuksia ja ne yhdistettäisiin uudistettuun Cypress-grafiikkapiiriin TSMC:n 40 nanometrin prosessilla.

NVIDIA

NVIDIAn toimitusjohtaja esitteli vaivautuneena Fermi-Tesla-näytönohjainta

NVIDIAn GeForce GTX 200 -tuoteperheen näytönohjaimet pärjäsivät markkinoilla hyvin ja odotukset Fermi-arkkitehtuuriin perustuvista näytönohjaimista olivat korkealla. Julkaisu viivästyi useampaan otteeseen, mutta vihdoin lokakuussa NVIDIAn toimitusjohtaja Jen-Hsun Huang julkaisi Fermi-arkkitehtuurin GPU Technology Conference -tapahtumassa ja samalla esitteli Fermi-Tesla-näytönohjainta. Näytönohjainta ylhäällä pitävän Huangin ilme oli vaivautunut, kun hän samalla kohotti näytönohjaimen ja sanoi lennokkaasti This puppy here, is Fermi.

Heti näytönohjaimen esittelyn jälkeen internetiin levisi kuvia näytönohjaimesta, joissa havaittiin hämmästyttävän paljon erilaisia epäkohtia ja NVIDIA joutui lopulta myöntämään näytönohjaimen olleen esituotantomalli (mock-up). NVIDIAn puhemies Luciano Alibrandi kertoi, ettei Jen-Hsun Huangin esittelemä näytönohjain edes sisältänyt kolmesta miljardista transistorista rakentuvaa Fermi-grafiikkapiiriä.

NVIDIAn tuotemarkkinoinnin johtaja Ujesh Desai kertoi jo lokakuussa, miksi NVIDIA on myöhässä aikataulusta: ”Näin ison grafiikkapiirin suunnittelu on *itun vaikeaa”. Suurin yksittäinen syy myöhästymiselle oli kuitenkin taiwanilaisen TSMC:n vaikeudet 40 nanometrin valmistusprosessissa ja yli kolmesta miljardista transistorista rakentuvan GF100-grafiikkapiirin saannot, eli kuinka monta grafiikkapiiriä onnistutaan valmistamaan piikiekolta spesifikaatioiden mukaisesti, olivat kolmen piiriversion ajan äärimmäisen heikot.

NVIDIA julkaisi työpöytäkäyttöön suunnatut GeForce GTX 480- ja 470-näytönohjaimet vasta maaliskuussa puoli vuotta Fermi-arkkitehtuurin julkaisun jälkeen. Saantoja ei saatu kohennettua ja NVIDIA päätti vielä loppumetreillä karsia grafiikkapiiristä pois käytöstä yhden SM-moduulin, minkä myötä käytössä olevien CUDA-ytimien määrä tipahti 512:sta 480:een. Karsintaan vaikutti myös GF100-piirin erittäin korkea tehonkulutus ja lämmöntuotto.

Huhtikuussa Needham-yrityksen analysoinnin perusteella NVIDIAn GeForce GTX 480- ja 470-näytönohjaimissa käytettävien GF100-grafiikkapiirien saannot olivat edelleen erittäin heikossa hapessa ja edustivat ainoastaan 20-30 prosentin luokkaa. Yrityksen analyytikon Rajvindra Gillin arvion mukaan NVIDIA ei ollut saanut valmiiksi edes 10 000 GF100-piiriä.

NVIDIA GeForce GTX 480 sellaisena, kuin se lopulta saapui myyntiin

Fermin myötä Shader-yksiköistä alettiin käyttää nimitystä CUDA-ydin, joita GF100:n tapauksessa on 512 kappaletta, mutta GeForce GTX 480:ssä niistä on käytössä ainoastaan 480 kappaletta. CUDA-ytimet on jaoteltu 16 Streaming Multiprosessoriin (SM), joten kussakin SM:ssä on 32 kappaletta CUDA-ytimiä. Lisäksi kullakin SM:llä on käytössä 64 kilotavua konfiguroitavaa muistia ja yhteensä 768 kilotavua L2-välimuistia. Konfiguroitava muisti voidaan jakaa 16/48 kilotavun tai puolestaan 48/16 kilotavun palasiin, joista ensimmäinen pala on L1-välimuisti ja toinen jaettua muistia.

Mukana on myös päivitetty GigaThread Engine, joka kykenee siirtämään dataa molempiin suuntiin samaan aikaan ja käsittelemään yhdellä kertaa tuhansia työtehtäviä. Fermissä on kuusi 64-bittistä muistiohjainta, joten kokonaisuudessa muistiväylä on 384 bittiä leveä ja tuettuina ovat GDDR5-muistit.

Kaksoistarkkuuden (Double Precision) hetkellinen maksimi liukulukusuorituskyky on kyetty kasvattamaan aiempaan GT200:aan nähden kahdeksankertaiseksi. Lisäksi Fermi on ensimmäinen arkkitehtuuri, joka tukee ECC-virheenkorjausta ja on tärkeä varsinkin tietokonekeskuksissa, joissa grafiikkapiirejä on valjastettu suurempi määrä. NVIDIA on tukenut aiempien grafiikkapiiriensä kanssa C-, Fortran-, Java-, Python-, OpenCL-ohjelmointikieliä, mutta Fermin myötä tuki laajentui C++:lla.

NVIDIAn tämän hetken GeForce GTX 480 -huippumallissa grafiikkapiiri toimii 700 MHz:n, CUDA-ytimet 1401 MHz:n ja muistit 924 MHz:n (3696 MHz QDR) kellotaajuudella. Muistia on 384-bittisen muistiväylän jatkona 1536 megatavua. Saatavilla on myös GeForce GTX 470, jossa CUDA-ytimiä on ainoastaan 448 kappaletta, muistiväylä on 320-bittinen, muistia on 1280 megatavua ja kellotaajuudet ovat 607/1215/837 MHz. Viimeisimpänä tulokkaana NVIDIA julkaisi alkukesästä GeForce GTX 465:n, jossa CUDA-ytimiä on karsittu entisestään 352 kappaleeseen, muistiväylä on 256-bittinen, muistia on 1024 megatavua ja kellotaajuudet ovat 607/1215/802 MHz.

GeForce GTX 480 on kiistatta markkinoiden suorituskykyisin yhden grafiikkapiirin näytönohjain, mutta helpolla se ei ole sitä titteliä itselleen saanut. Kyseessä on nimittäin näytönohjain, joka ATI Radeon HD 5870:ään verrattuna kuluttaa yli 100 wattia enemmän tehoa, maksaa reilut sata euroa enemmän ja grafiikkapiirin lämpötila nousee rasituksessa järjettömän korkealle. GeForce GTX 480 irtoaa Suomesta halvimmillaan 470 eurolla, GeForce GTX 470 340 eurolla ja GeForce GTX 465 280 eurolla.

Internettiin vuotanut kuva NVIDIA GeForce GTX 460:stä

NVIDIAn tulevaisuudensuunnitelmista ei ole paljoa huhuja liikkeellä ja ainoana hyvin varmana asiana on GeForce GTX 460 -näytönohjain, josta on jo vuotanut kuvia ja tietoja. GeForce GTX 460 saapuu markkinoille kahtena eri versiona, joista ensimmäinen on varustettu 192-bittisellä muistiohjaimella ja 768 megatavulla GDDR5-muistia, kun taas toisessa mallissa on 256-bittisen muistiohjaimen jatkona yksi gigatavu muistia. Mallien hintojen on huhuttu olevan 230 ja 250 dollaria. Molemmissa malleissa on yhteistä 336 CUDA-ydintä, jotka toimivat 1350 MHz:n kellotaajuudella sekä grafiikkapiirin 675 MHz:n kellotaajuus. Muistit toimivat 900 MHz:n (3600 MHz QDR) kellotaajuudella.

Pitkään on myös spekuloitu mahdollisesta uudesta suorituskykyisimmästä versiosta, jossa olisi käytössä kaikki Fermi-arkkitehtuurin tarjoamat 512 CUDA-ydintä. Toisaalta tällä hetkellä viimeisin versio on A3, eikä huhutusta B1-versiosta ole saatavilla mitään muuta, kuin eri sivustojen arvailuja ja spekulointeja. On myös huhuttu, että NVIDIA olisi valmistelemassa kahdella grafiikkapiirillä varustettua GeForce GTX 490 -huippumallia, jonka TDP-arvo olisi huimat 375 wattia.