AMD Radeon R9 Nano 評測：Round 1 外在硬體介紹

當 AMD 發表擁有 6-inches Super Small Form Factor 的 Radeon R9 Nano 時，不僅為顯示卡界帶來了新氣象，同時也對市場投下了一顆震撼彈。不單擁有超迷你尺寸，在散熱模組方面也不若 NVIDIA 在 GeForce GTX 中的離心扇作法，做了相當令人意外的軸流扇設計。

Radeon R9 Nano PCB Layout
新的 R9 Nano 採用 6-inches 長度設計，採用相當緊湊的電路與元件，大致上主要迴路為 4+1+1+1 相，分別為 VDDC：4 相、MVDD：1 相、VDDCI：1 相與 MVPP：1 相。雖說板子上元件看起來相當精簡，但R9 Nano可說是用上了許多高級元件，除了核心 4 相採用 CooperMOS 之外，其餘各項均採用整合度相當高的 Dual-Stack MOSFET，透過堆疊的方式進一步縮減體積。

在顯示卡背面則是放滿了鉭質電容與陶瓷電容做輸出濾波，進一步強化電壓與電流的穩定度。對於各輸入端，則放上電感做高壓濾波，相對於其它自製板卡，R9 Nano 堪稱今年度內涵相當到位的設計。

VDDC
PWM：IR3564
Doubler：IR3598
MOSFET：IR6894（L）、IR6811（H）

MVDD
PWM：NCP5230
MOSFET：NTMFD4C85N

VDDCI
PWM：NCP5230
MOSFET：NTMFD4C85N

GPU I/O 1.8V
PWM：NCP5230
MOSFET：NTLLD4901NF

GPU I/O 0.95V
PWM：NCP5230
MOSFET：NTLLD4901NF

軸流、離心之差別
論軸流與離心，誰優誰劣，倒也說不出個準兒。不過可以肯定的是離心扇，並沒有辦法建構在 6-inches 的迷你長度中，軸流扇則是沒有這個困擾。不過在解熱方面，則又有了逆轉，離心扇由於結構上為封閉風道，熱氣只從 bracket 離開機殼內部，較不仰賴機殼對流。相反的軸流扇則仰賴對流，在風扇向下吹拂後，熱氣從 PCB 四周溢散，此時若機殼內對流較差，則會形成內部積熱不去的問題。





那麼 AMD 為什麼選擇在兩款同核心產品 Fury X、Nano 中做出兩款不同取向的設計呢？我們可以發現 Fury X 採用了先前雙核心旗艦 Radeon R9 295X2 所使用的水冷散熱，Nano 則是精進至 6-inches。更精確地說，Nano 的尺寸更小於 Fury X 的 7.5-inches，將高性能顯示卡的里程碑推向了尖峰。而這一切的幕後功臣，首推與 SK hynix 合作的 HBM，將記憶體裸 die 透過堆疊的方式，進一步縮減常態記憶體所需要的空間與落落長的線路。

不同於 NVIDIA 第一次亮相的 GeForce GTX 670，採用較短 PCB 搭配離心扇的作法，AMD 這次的 Nano 做了更為誇張的設定，實現真正意義的 mini Card, Max Power。不過這麼做的方式，倒也激起了所有人的興趣，AMD 如何將同款核心放到兩種不同尺寸、不同解熱機制內？







PowerTune 幫了大忙
以目前所知的規格，兩款產品最大差別首先指向 Board Power 差距了 100W，Fury X 為 275W，Nano 則僅 175W。如何做到同一核心，再次降低 3 成 6 的功率需求？則成了所有人所好奇的方向。

在如何達成之前，我們首先要認識 AMD PowerTune Technology 背後所代表的意涵。這項技術其實出現的不算晚，至少在 2011 年底就被 AMD 搬出來應用，不過實際上在顯示卡中，被大量提及的時間為 Radeon HD 7000 系列中後期，在 NVIDIA 推出 GPU Boost 1.0 之後，AMD 針對已經推出的顯示卡導入第二次升級，加入 Boost State 技術。也就是我們所熟知的 HD 7970 面臨第二次改版，核心時脈從原先的 1000MHz 升級為 1050MHz 的時間點。

那麼 PowerTune 到底做了什麼，是我們所知與所不知的呢？其中最值得注意的就屬核心時脈難以達到標示值這點，如果你仔細去觀察，AMD 在核心時脈的標示值，或許可以發現些端倪，已經不再採用 XXX MHz 的標示法，而是採用 Up To XXX MHz。這個作法給予了 AMD 相當程度的保護。



那麼為何會有這種狀況呢？應該要去了解 PowerTune 的工作機制，主要由「電壓、電流、溫度」三項組成所有的規則。其中又以眾人所熟悉的溫度為各家所強調的重點，應該可以發現近年來所多廠商都會強調自家產品，擁有多強的解熱能力，比公板散熱器還要低上多少度。這部份主要是在強調自家產品，不容易產生因溫度而降頻的問題，不過許多廠商並不會去強調自家在其它限制中做了哪些調整，一般人也難以察覺。



除了溫度之外，更重要的數值非電壓、電流莫屬，由於各款軟體中所需要的數值並不近相同，最簡單的限制方式就屬直接限制顯示卡能夠輸入的瓦數上限，也就是這次 AMD 所強調的 Board Power（Fury：275W、Nano：175W）。透過硬體限制輸入上限，就擁有相當大程度的控制原先較不受控的能耗比，不過這也相當大程度的限制性能表現。



PowerTune real-time 限制實況
或許有許多人認為 PowerTune 的限制其實並不算廣，僅只有少數幾款業界中認定必定啟動限制的軟體，例如一般消費者相當容易取得的 Furmark 顯示卡燒機軟體。不過這點恐怕就是一般消費者誤會 GPU 廠仍處於軟體面限制，例如以往我們可以聽到需要修改 Furmark 軟體名稱，方能正常測試出正確數值，這部份主要是靠著軟體黑名單做動，屬相當低技術含量的限制方式。

不過 PowerTune 可沒有那麼簡單，它屬於硬體層面的限制，透過實時監控的方式來限制顯示卡所有行為。這部份也就造成了許多遊戲會面臨到降頻的限制，款數遠遠多於一般消費者所認知的少數幾款的情況，也造就了目前各協力廠在調教面上的惡鬥。

這邊將會以 Metro：Last Light 這款遊戲進行測試與繪製，透過內建的 Benchmark Tool 調整常用於高、中、低階平台設定檔與 3 Loop 的方式，為實際的運作情形描繪模型。同時間，也對 NVIDIA GeForce GTX 970 DC Mini 進行同樣模式的測試，透過這種方式，解析兩家對於 GPU 限制方面所做的不同規則。

Metro：Last Light Benchmark Tool，紅：Low Setting、綠：Medium Setting、藍：Very High Setting


從圖片中可以看到，R9 Nano 在不同設定模式下，時脈表現平均為 925.9MHz、918.5MHz、893.6MHz，設定值越複雜的情況下，時脈下滑的情形也越嚴重。另不論哪一個模式，時脈在遊戲中表現均呈現切換頻繁的狀況，曲線相當不規則，可以視為遊戲內部分場景會啟動 PowerTune 的部份限制，導致時脈與電壓雙雙下滑的表現。

Metro：Last Light Benchmark Tool，紅：Low Setting、綠：Medium Setting、藍：Very High Setting


在 GTX 970 DC Mini 中，一樣可以看到不同模式下，得到不同平均時脈，分別為 1254MHz、1250MHz、1227MHz。雖然時脈一樣下滑，不過 NVIDIA 的標示方式為 Base Clock、Boost Clock 兩種，按官方定義 Base Clock 為時脈下限，Boost Clock 則為正常表現，其中又有 Over Boost，這一種情況屬於官方所允許的超頻。透過硬體判定的方式，進行核心時脈上提，藉此強化遊戲表現。



限制大不同，各顯本事
兩家的方式各不相同，但依照目前兩家廠商對於顯示卡的限制程度，又以 AMD 方面更為嚴謹，不僅不准協力廠自製部分型號產品，對於 BIOS 限制也較為嚴苛許多（e.g. R9 Nano 不可進行任何修改）。相反地 NVIDIA 陣營則分為幾種情形，其一為頂級型號不開放自製，但允許協力廠修改 BIOS。不過 BIOS 修改需經過 NVIDIA 認證，這方面原廠要求頗多，造成部分出色顯示卡無法發揮原先的超水準表現（e.g. 不准第三方晶片電壓超出公板所使用的型號）。

總的來說，兩家在限制面上大同小異，唯一差異就在於對使用者的開放程度，以 AMD 來說，直接在自家軟體中開放輸入功率上限提昇 50% 的方式，給玩家們自行探索極限。NVIDIA 則是沒有這類功能，僅能依靠協力廠或玩家自製的軟、韌體才有機會壓榨出每一分性能。