Radeon R300 シリーズ

ATi Radeon 9000/X300/X500/X600 シリーズ

発売日	2002–2005
コードネーム	カーン
建築	ラデオンR300
トランジスタ	107M 150nm (R300) 117M 150nm (R350) 117M 150nm (R360 ) 76M 130nm (RV350) 76M 130nm (RV360) 76M 130nm (RV380) 107M 110nm (RV370)
カード
エントリーレベル	9550、X300、X1050
ミッドレンジ	9500、9600、X550、X600
ハイエンド	9700
愛好家	9800
APIサポート
ダイレクトX	Direct3D 9.0 シェーダー モデル 2.0
オープンGL	オープンGL2.0
歴史
前任者	Radeon 8000 シリーズ Radeon 9000 シリーズ
後継	Radeon X700 シリーズ Radeon X800 シリーズ
サポート状況
サポートされていません

2002 年 8 月に発表され、 ATI Technologiesによって開発されたR300 GPUは、Radeonグラフィック カードで使用される第 3 世代の GPU です。この GPU は、Direct3D 9.0 およびOpenGL 2.0に基づく3D アクセラレーションを特徴としており、以前のR200設計と比較して機能とパフォーマンスが大幅に向上しています。R300 は、Direct3D 9 に完全に対応した最初のコンシューマー グラフィック チップでした。プロセッサには、 2D GUI アクセラレーション、ビデオアクセラレーション、および複数のディスプレイ出力 も含まれています。

R300 を採用した最初のグラフィック カードは Radeon 9700 でした。ATI が GPU を Visual Processing Unit (VPU) として販売したのはこれが初めてでした。R300 とその派生製品は、3 年以上にわたって ATI の消費者向けおよびプロフェッショナル向け製品ラインの基盤となりました。

R300 をベースにした統合グラフィック プロセッサはXpress 200です。

ATI はRadeon 8500でしばらくリードしていましたが、Nvidia がGeForce 4 Ti ラインの発売でパフォーマンスの王座を奪還しました。新しいハイエンドのリフレッシュ パーツである 8500XT (R250) は、NVIDIA のハイエンド製品、特にトップ ラインの Ti 4600 に対抗する準備が整った状態で開発中であるとされていました。リリース前の情報では、  R250チップのコアと RAM のクロック速度は 300 MHzと記載されていました。ATI は、 3dfxがRampageプロセッサから焦点を外したときに何が起こったかを意識していたためか、それを放棄し、次世代の R300 カードを完成させることに決めました。これは賢明な動きでした。ATI は、NVIDIA に遅れをとるのではなく、初めて開発でリードすることができたからです。次世代アーキテクチャによって前例のない機能とパフォーマンスを備えた R300 は、どの R250 リフレッシュよりも優れていたでしょう。

R3xx チップは ATI の西海岸チーム (旧ArtX Inc.) によって設計され、それを採用した最初の製品は 2002 年 8 月に発売された Radeon 9700 PRO (ATI 内部コード名: R300、ArtX 内部コード名: Khan) でした。R300 のアーキテクチャは、ほぼすべての点でその前身である Radeon 8500 ( R200 ) と大きく異なっていました。9700 PRO のコアは、Radeon 8500 と同様に 150 nmチップ製造プロセスで製造されました。ただし、洗練された設計と製造技術により、トランジスタ数が 2 倍になり、クロック速度が大幅に向上しました。

コアの製造における大きな変更点の 1 つは、フリップチップパッケージングの使用です。これは、以前のビデオ カードでは使用されていない技術です。フリップ チップ パッケージングでは、ダイを反転して冷却ソリューションに直接さらすことで、ダイの冷却を大幅に向上できます。これにより、ATI はより高いクロック速度を実現できました。Radeon 9700 PRO は、当初計画されていた 300 MHz よりも高い 325 MHz で発売されました。トランジスタ数は 1 億 1 千万で、当時最大かつ最も複雑な GPU でした。数ヶ月後に発売された 9700 という低速チップは、コアとメモリの速度が低いことだけが違いでした。それにもかかわらず、Radeon 9700 PRO は、R300 より数ヶ月前に発売され、R300 が登場するまでグラフィックス チップ製造の頂点と考えられていたカード (220 MHz で 8000 万個のトランジスタ) である Matrox Parhelia 512よりも大幅に高いクロック速度でした。

このチップは、8 つのピクセル パイプラインで構成されるアーキテクチャを採用し、各パイプラインには 1 つのテクスチャ マッピング ユニット(8x1 設計) がありました。これは、パイプラインごとに 2 つ (またはオリジナルの Radeon の場合は 3 つ) のテクスチャ ユニットを使用していた古いチップとは異なりましたが、R300 が古いチップほど効率的にマルチテクスチャリングを実行できないということではありません。テクスチャ ユニットは、新しいループバック操作を実行でき、ジオメトリ パスごとに最大 16 個のテクスチャをサンプリングできます。テクスチャは、バイリニアフィルタリング、トライリニアフィルタリング、または異方性フィルタリングを使用した 1 次元、2 次元、または 3 次元の任意の組み合わせにすることができます。これは、より柔軟な浮動小数点ベースの Shader Model 2.0+ピクセル シェーダーと頂点シェーダーとともに、新しい DirectX 9 仕様の一部でした。4つの頂点シェーダー ユニットを搭載したR300は、DirectX 8 シェーダーと比較してより豊富な機能セットに加えて、以前の Radeon 8500 およびGeForce4 Ti 4600の2 倍以上のジオメトリ処理能力を備えていました。

ATI は、ピクセル シェーダ PS2.0 で何ができるかを、Rendering with Natural Lightデモで部分的に実演しました。このデモは、高ダイナミック レンジ レンダリングに関する著名な 3D グラフィックス研究者Paul Debevecの論文をリアルタイムで実装したものです。^[1]注目すべき制限は、すべての R300 世代のチップが、DirectX 9 の最大値である 128 ビットFP32ではなく、最大 96 ビットの浮動小数点精度、つまり FP24 に合わせて設計されていることです。DirectX 9.0 では、完全な精度の仕様に準拠するための最小レベルとして FP24 が指定されました。この精度のトレードオフにより、当時の製造プロセスではトランジスタの使用と画質の最適な組み合わせが得られました。ただし、大量のブレンディングを行うと、通常は目に見えない程度の画質の低下が生じました。ATI の Radeon チップは、 R520まで FP24 を超えませんでした。

R300 は、256 ビット メモリ バスを真に活用した最初のボードでした。Matroxは数か月前に Parhelia 512 をリリースしていましたが、このボードは 256 ビット バスで大きなメリットを示しませんでした。しかし、ATI はバスを 256 ビットに倍増しただけでなく、NVIDIAのメモリ テクノロジに似た高度なクロスバー メモリ コントローラも統合しました。4 つの個別の負荷分散された 64 ビット メモリ コントローラを使用することで、ATI のメモリ実装は、メモリ トランザクションの適切な粒度を維持し、メモリ レイテンシの制限を回避することで、高い帯域幅効率を実現することができました。「R300」には、ATI の革新的なHyperZメモリ帯域幅およびフィルレート節約テクノロジの最新の改良版であるHyperZ IIIも採用されました。8x1 アーキテクチャの要求では、テクスチャとピクセルのフィルレートが 2 倍になるため、前世代の 128 ビット バス設計よりも多くの帯域幅が必要でした。

Radeon 9700 は、ATI のマルチサンプルガンマ補正 アンチエイリアシングスキームを導入しました。このチップは、2×、4×、6× などのモードでスパース サンプリングを提供しました。マルチサンプリングは、古い Radeon のスーパーサンプリング方式よりもはるかに優れたパフォーマンスを提供し、当時の NVIDIA の製品と比較して優れた画像品質を提供しました。アンチエイリアシングは、当時の最新で最も要求の厳しいタイトルでも初めて完全に使用可能なオプションでした。R300 は、高度な異方性フィルタリングも提供しました。これは、GeForce4 やその他の競合他社のカードの異方性ソリューションよりもパフォーマンスの低下がはるかに少なく、角度に大きく依存する Radeon 8500 の異方性フィルタリング実装よりも大幅に優れた品質を提供しました。

2008年3月14日、AMDはR3xx用の3Dレジスタリファレンスをリリースした。^[2]

Radeon 9700のアーキテクチャは非常に効率的で、2002年の同世代のカードと比べてはるかに先進的でした。通常の条件下では、Radeon 9700 Proは、以前のトップエンドカードであるGeForce4 Ti 4600よりも4～101%優れたパフォーマンスを発揮します。アンチエイリアシング（AA）や異方性フィルタリング（AF）を有効にすると、最大278%向上します。^[3]当時、これは非常に特別なことで、AAとAFが実際に使用可能な機能として広く受け入れられるようになりました。^[4]

先進的なアーキテクチャのほかに、評論家たちはATIの戦略変更にも注目した。9700はATIのチップの中で2番目（8500に続く）で、ATIがすべてのグラフィックスカードを製造するのではなく、サードパーティメーカーに出荷されるものとなった。ただし、ATIは最高級のチップからカードを製造することに変わりはなかった。これにより、ドライバーの改善に向けられるエンジニアリングリソースが解放され、9700は発売時に驚異的なパフォーマンスを発揮した。id Softwareのテクニカルディレクター、ジョン・カーマックは、 Radeon 9700でE3 Doom 3のデモを実行した。^[5]

R300 GPU によってもたらされたパフォーマンスと品質の向上は、 GeForce 256やVoodoo Graphicsの成果と並んで、3D グラフィックス史上最も偉大なものの一つと考えられています。さらに、NVIDIA のGeForce FX 5800という形での対応は、特にピクセル シェーディングが使用された場合には、市場投入が遅れ、やや印象に残るものではありませんでした。R300 は、発売後少なくとも 3 年間は新しいゲームでプレイ可能なパフォーマンスを実現し、史上最も長い耐用年数を持つ GPU の 1 つとなりました。^[6]

数か月後、9500 と 9500 PRO が発売されました。9500 PRO のメモリ バス幅は 9700 PRO の半分で、9500 ではピクセル処理ユニットの半分と階層 Z バッファ最適化ユニット (HyperZ IIIの一部) が欠落 (無効) していました。8 つのパイプラインをフルに備え、効率的なアーキテクチャを備えた 9500 PRO は、NVIDIA のすべての製品 (Ti 4600 を除く) よりも優れたパフォーマンスを発揮しました。一方、9500 は、場合によっては、はるかに強力な 9700 に改造できることから人気を博しました。ATI は、9500 シリーズを、9600 の発売前の 2002 年のクリスマス シーズンの空白を埋めるための一時的なソリューションとしてのみ意図していました。R300 チップはすべて同じ物理ダイに基づいていたため、ATI の 9500 製品でのマージンは低かったです。 Radeon 9500 は ATI の最も短命な製品の 1 つで、後に Radeon 9600 シリーズに置き換えられました。9500 のロゴとボックス パッケージは、無関係でより低速な Radeon 9550 (9600 の派生製品) を販売するために 2004 年に復活しました。

2003 年初頭、9700 カードは 9800 (または R350) に置き換えられました。これらは R300 のクロック速度が高く、シェーダー ユニットとメモリ コントローラーが改良されてアンチエイリアシングのパフォーマンスが向上しました。これらは、発売されたばかりのGeForce FX 5800 Ultra に対してパフォーマンスのリードを維持するように設計されており、これは問題なく達成されました。9800 は、主に (そして大幅に) 重い SM2.0 ピクセル シェーディングを伴うタスクで、改訂された FX 5900 に対して依然として十分な性能を発揮しました。9800 のもう 1 つのセールス ポイントは、FX 5800 と FX 5900 がデュアル スロットを必要とするのに対し、9800 はシングル スロット カードのままだったことです。256  MBのメモリを搭載した 9800 Pro の後のバージョンでは、 GDDR2 が使用されていました。他の 2 つのバリエーションは、クロックが低いだけの 9800 Pro である 9800 と、ピクセル処理ユニットの半分が無効になっている (場合によっては再度有効にできる) 9800 SE です。公式の ATI 仕様では、9800 SE のメモリ バスは 256 ビットと規定されていますが、ほとんどのメーカーは 128 ビット バスを使用していました。通常、256 ビット メモリ バスを備えた 9800 SE は、「9800 SE Ultra」または「9800 SE Golden Version」と呼ばれていました。

9800 と並行して、9600 (別名 RV350) シリーズが 2003 年初頭に展開されました。9600 PRO は、置き換えることになっていた 9500 PRO より性能が優れてはいませんでしたが、ATI にとっては、130 nm プロセス (7500/8500 以降の ATI のカードはすべて 150 nm) と簡素化された設計によって、はるかに経済的に製造できました。Radeon 9600 のRV350コアは、基本的に 9800 Pro を半分に切ったもので、機能ユニットがちょうど半分になり、2 つの頂点シェーダーを備えた 4×1 アーキテクチャになりました。また、Radeon 9500 と同じように、階層型 Z バッファー最適化ユニットが削除され、HyperZ III の一部も失われました。130 nm プロセスの使用は、コア クロック速度の引き上げにも有効でした。 9600 シリーズは、すべてデフォルトで高いクロックを備えており、オーバークロッカーによってかなりの余裕があることが示されました (Pro モデルの 400 MHz から 500 MHz 以上を達成)。9600 シリーズは、置き換えた 9500 や 9500 Pro ほど強力ではありませんでしたが、NVIDIA の GeForce FX 5600 Ultra に対する 9500 の優位性はほぼ維持できました。また、長年主流のパフォーマンス ボードであったGeForce4 Ti 4200 に対する ATI のコスト効率の高い回答でもありました。

2003 年の夏、RV350 コアをベースにした Mobility Radeon 9600 が発売されました。DirectX 9.0 シェーダーを提供する最初のラップトップ チップとして、以前の Mobility Radeon と同じ成功を収めました。Mobility Radeon 9600 は、当初 GDDR2-M と呼ばれる RAM テクノロジを使用する予定でした。そのメモリを開発していた会社が倒産し、RAM は発売されなかったため、ATI は通常の DDR SDRAM を使用せざるを得ませんでした。GDDR2-M を使用すれば、間違いなく電力使用量が節約され、パフォーマンスも向上したでしょう。2004 年の秋には、わずかに高速な派生型である Mobility Radeon 9700 が発売されました (名前は似ていますが、デスクトップ Radeon 9700 の古い R300 ではなく、RV350 をベースにしていました)。

2003年後半には、9800 XT (R360)、9600 XT (RV360)、9600 SE (RV350) の3つの新しいカードが発売された。9800 XTは9800 PROよりもわずかに高速で、9600 XTは新しく発売されたGeForce FX 5700 Ultraと十分に競合した。^{[7] 9600 XTの}RV360チップは、 Low-Kチップ製造を採用したATI初のグラフィックチップであり、9600コアのさらに高いクロック（デフォルトで500MHz）を可能にした。9600 SEは、NVIDIAのGeForce FX 5200 Ultraに対するATIの回答であり、5200よりも性能が優れながらも安価であった。 2004 年初頭には、Radeon 9550 を搭載した別の「RV350」ボードが登場しました。これは、コア クロックが低い Radeon 9600 でした (ただし、メモリ クロックとバス幅は同じです)。

R300 ベースの世代で注目すべき点は、全ラインナップでシングルスロット冷却ソリューションが採用されていたことです。ATIが公式にデュアルスロット冷却設計を採用したのは、2004 年 12 月のR420世代のRadeon X850 XT Platinum Edition になってからでした。^[8]

また、2004 年に ATI は Radeon X300 および X600 ボードをリリースしました。これらはそれぞれRV370 (110 nm プロセス) およびRV380 (130 nm Low-Kプロセス) GPU をベースにしていました。これらは Radeon 9550 および 9600 で使用されていたチップとほぼ同じで、ネイティブPCI Express製品であるという点だけが異なっていました。これらは Dell や他の OEM 企業で非常に人気があり、コネクタ: DVI対DMS-59、カードの高さ: フルハイト対ハーフハイトなど、 さまざまな構成で販売されていました。

その後、Radeon X300 グラフィックス カード (RV370) と同じチップを使用した Radeon X550 が発売されました。

• すべてのモデルはAGP 8xインターフェースを採用しています

¹ ピクセルシェーダー :頂点シェーダー :テクスチャマッピングユニット :レンダリング出力ユニット
² 9800 SEの256ビットバージョンは、サードパーティのドライバの変更により8ピクセルパイプラインにロック解除されると、完全な9800 Proに近い機能を発揮するはずです。^[13]

• すべてのモデルはPCIe×16インターフェースを採用

¹ ピクセルシェーダー :頂点シェーダー :テクスチャマッピングユニット :レンダリング出力ユニット

これらの GPU は、マザーボードに統合されているか、モバイル PCI Express モジュール (MXM)を占有します。

¹ 頂点シェーダー :ピクセル シェーダー :テクスチャ マッピング ユニット :レンダリング出力ユニット。

¹ 頂点シェーダー :ピクセル シェーダー :テクスチャ マッピング ユニット :レンダリング出力ユニット。

• AMD グラフィックス プロセッシング ユニットの一覧

• 3D チップおよびボード チャート、Beyond3D、2006 年 1 月 10 日取得
• ATI の Radeon 9700 (R300) – 新王の戴冠、Anand Lal Shimpi 著、Anandtech、2002 年 7 月 18 日、2006 年 1 月 10 日閲覧
• ATI Radeon 9700 PRO レビュー、Dave Baumann 著、Beyond3D、2002 年 8 月 19 日、2006 年 1 月 10 日取得
• Matrox の Parhelia - パフォーマンス パラドックス、Anand Lal Shimpi 著、Anandtech、2002 年 6 月 25 日、2006 年 1 月 10 日取得
• Infos zur ALDI Grafikkarte Radeon 9800 XXL (ドイツ語)、ALDI グラフィック カード Radeon 9800 XXL に関する情報、2006 年 11 月 21 日取得
• AMD Radeon R3xx 3D レジスタ リファレンス ガイド
• techPowerUp! GPU データベース