배경
2019년 7월 7일, AMD는 게이밍을 위해 특별히 설계된 새로운 그래픽 아키텍처인 RDNA 마이크로아키텍처의 첫 번째 버전을 출시하며 노후화된 그래픽스 코어 넥스트(GCN) 마이크로아키텍처를 대체했다. RDNA를 통해 AMD는 GCN 5세대 기반의 이전 베가 시리즈 및 엔비디아의 경쟁 아키텍처인 튜링 마이크로아키텍처보다 지연 시간을 줄이고 전력 효율성을 개선하고자 했다.
RDNA 2는 2020년 1월에 처음 공개되었으며, AMD는 처음에 RDNA 2를 전년도 오리지널 RDNA 아키텍처의 "리프레시"라고 불렀다. 2020년 3월 5일에 열린 AMD의 재무 분석가의 날(Financial Analysts Day)에서 AMD는 RDNA의 후속작인 RDNA 2에 대한 세부 정보를 담은 클라이언트 GPU 로드맵을 공개했으며, 이 제품 역시 TSMC의 7 nm 공정으로 제작되어 2020년에 출시될 것이라고 밝혔다. AMD는 투자자들에게 RDNA 2 마이크로아키텍처를 통해 전력 대비 성능을 50% 향상시키고 IPC를 증가시키는 것을 목표로 하고 있다고 전했다.
2020년 10월 28일, AMD는 RDNA 2 아키텍처와 라데온 RX 6000 시리즈를 공개하는 온라인 이벤트를 개최했다. 이 행사는 젠 3 마이크로아키텍처 기반 라이젠 5000 시리즈 프로세서 공개 행사 20일 후에 열렸다.
아키텍처 세부 정보
연산 유닛(Compute Unit)
RDNA 2는 연산 유닛(CU) 수가 대폭 증가하여 최대 80개를 탑재했으며, 이는 라데온 RX 5700 XT의 최대 40개에서 두 배로 늘어난 것이다. 각 연산 유닛은 64개의 셰이더 코어를 포함한다. CU는 WGP(Work Group Processor)라는 두 개의 그룹으로 구성되며, WGP당 32 KB의 공유 L0 캐시를 가진다. 각 CU에는 SIMD32 벡터 유닛 2세트, SISD 스칼라 유닛, 텍스처 유닛 및 다양한 캐시 스택이 포함되어 있다. INT4 및 INT8과 같은 새로운 저정밀 데이터 유형이 RDNA 2 CU에서 지원되는 새로운 데이터 유형이다.
RDNA 2 그래픽 파이프라인은 캐시를 셰이더 엔진에 더 가깝게 배치하여 전력 대비 성능과 렌더링 효율을 높이도록 재구성 및 재배치되었다. 새로운 메시 셰이더 모델을 통해 "메시렛(meshlets)"이라 불리는 소규모 기본 요소(primitive) 배치를 사용하여 병렬로 셰이더 렌더링을 수행할 수 있게 되었다. 그 결과, 메시 셰이더 기능을 통해 GPU 지오메트리 파이프라인에 대한 더 큰 제어력을 확보할 수 있게 되었다.
광선 추적(Ray tracing)
실시간 하드웨어 가속 광선 추적은 RDNA 2의 새로운 기능으로, 각 CU 내부에 전용 레이 액셀러레이터(Ray Accelerator)를 통해 처리된다. RDNA 2의 광선 추적은 엔비디아 RTX 프로토콜이 아닌, 더 개방적인 DirectX Raytracing 프로토콜을 기반으로 한다.
2023년 2월, 드라이버 업데이트를 통해 DirectX Raytracing을 사용하는 광선 추적 성능이 최대 40% 향상되었다는 보고가 있었다.
클럭 속도
RDNA 2는 RDNA와 동일한 7 nm 공정을 사용하지만, AMD는 RDNA 2가 동일한 전력을 사용하면서 전작 대비 30%의 주파수 향상을 달성했다고 주장한다.
캐시 및 메모리 서브시스템
기존 GPU가 가진 L1 및 L2 캐시 외에도, RDNA 2는 AMD가 "인피니티 캐시(Infinity Cache)"라고 부르는 새로운 글로벌 L3 캐시를 추가했다. 이는 더 넓은 메모리 버스를 사용하지 않으면서도 동일한 데이터 대역폭을 유지하기 위해 도입되었다. 제품 기술 아키텍트 샘 내프지거(Sam Naffziger)는 인피니티 캐시가 없었다면 "512비트 인터페이스를 사용해야 하는 엄청난 과제와 그에 따른 모든 전력, 면적, 비용 증가를 마주했을 것"이라고 말했다. 더 넓은 메모리 버스를 사용하는 것은 더 많은 전력을 소비하게 되며, 이는 RDNA 2의 전력 대비 성능 향상 목표와 상충된다. AMD 엔지니어들은 대형 온다이 캐시를 탑재한 RDNA 2 실리콘과 더 넓은 메모리 버스를 비교하는 테스트를 수행했다. 그 결과, 이러한 캐시가 있으면 GPU가 복잡한 이미지를 렌더링할 때 시공간 데이터를 재사용하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했다. GPU의 연산 유닛이 비디오 메모리에서 데이터를 찾는 것보다 물리적으로 가까운 캐시에 빠르게 접근하는 것이 유리하기 때문이다. AMD는 RDNA 2의 128 MB 온다이 인피니티 캐시가 "지연 시간과 전력 소비를 극적으로 줄인다"고 주장한다. GPU가 대용량 L2 또는 L3 캐시에 접근하면 VRAM이나 시스템 RAM에 접근하는 것에 비해 필요한 데이터에 더 빨리 도달할 수 있다. 인피니티 캐시는 GPU 코어와 독립적인 클럭 속도로 작동할 수 있는 64 MB 캐시 2세트로 구성된다. 인피니티 캐시는 1986.6 GB/s의 최대 내부 전송 대역폭을 가지며, 결과적으로 GPU의 GDDR6 메모리 컨트롤러에 대한 의존도를 낮춘다. 이제 각 셰이더 엔진은 L1 캐시 2세트를 갖추고 있다. RDNA 2 GPU의 대용량 캐시는 지포스 RTX 30 시리즈 GPU와 비교해 전체적으로 더 높은 메모리 대역폭을 제공한다.
전력 효율성
AMD는 RDNA 2가 첫 번째 RDNA 마이크로아키텍처보다 전력 대비 성능이 최대 54% 향상되었다고 주장한다. 그 54% 개선 중 21%는 인피니티 캐시 추가 등의 요인에 의한 클럭당 성능 향상에서 비롯된 것이다.
미디어 엔진
RDNA 2는 미디어 엔진에 VCN 3.0, VCN 3.1, VCN 3.1.2 비디오 디코딩 블록을 사용한다. 최대 8K 해상도에서 AV1 디코딩 지원을 추가했지만, AV1 하드웨어 인코딩 지원은 2022년 RDNA 3까지는 제공되지 않았다. 다만, 보급형 Navi 24 다이와 RDNA 2.0 기반 iGPU에는 미디어 인코더가 포함되어 있지 않아 AV1 디코딩을 수행할 수 없다.
