AMD ujawnia szczegóły architektury "Carrizo"

Innowacje AMD mają zapewnić debiutującym w połowie roku notebookom i komputerom typu AiO (All-in-One) znaczący krok naprzód w dziedzinie wydajności i efektywności energetycznej.

Na konferencji ISSCC (International Solid State Circuits Conference) firma AMD wyjawiła, że nadchodzące procesory AMD APU Serii A o kodowej nazwie „Carrizo” dla notebooków i energooszczędnych komputerów All-in-One zapewnią obsługę szeregu nowych technologii z dziedziny zarządzania energią. Jednocześnie zaoferować mają one znaczący wzrost wydajności dzięki wykorzystaniu nowych rdzeni x86 „Excavator” i nowej generacji rdzeni graficznych AMD Radeon. Procesor ten będzie prawdziwym rozwiązaniem typu System-on-Chip (SoC) i firma AMD przewiduje, że zużycie energii przez same tylko rdzenie x86 zostanie zmniejszone o 40 proc. przy jednoczesnym znacznym wzroście ich wydajności, a także zwiększonych możliwościach graficznych i multimedialnych w porównaniu z poprzednią generacją APU.

• 29 proc. więcej tranzystorów na niemal tej samej powierzchni rdzenia krzemowego w porównaniu do poprzednika z rodziny „Kaveri”
• Nowe rdzenie x86 „Excavator” zapewniają wzrost w dziedzinie instrukcji wykonywanych w jednym cyklu zegara (IPC, Instructions-per-clock) przy zmniejszonym o 40 proc. zapotrzebowaniu na energię
• Nowe rdzenie graficzne Radeon z dedykowanym układem zasilania
• Dedykowany, zintegrowany układ dekodujący wideo H.265
• Dwucyfrowy wzrost w wydajności i czasie pracy na baterii
• Po raz pierwszy w wydajnych procesorach APU firmy AMD zintegrowano w nich mostek południowy

Nowy projekt o zwiększonym zagęszczeniu tranzystorów pozwolił firmie AMD zmieścić ich o 29 proc. więcej, czyli 3,1 miliarda w procesorze Carrizo o niemal tej samej wielkości rdzenia krzemowego jak poprzednia generacja procesorów APU „Kaveri”. Ten wzrost zagęszczenia pozwolił przeznaczyć więcej miejsca na kartę graficzną, podsystemy multimedialne oraz zintegrowanie mostka południowego w jednym chipie. W powiększonym portfolio technologii multimedialnych znajdzie się obsługa nowego standardu H.265 oraz podwojona liczba silników kompresji w porównaniu z poprzednią generacją. Sprzętowe wsparcie dla H.265 pozwoli obsługiwać w pełni rozdzielczości 4K, pomoże wydłużyć czas pracy na baterii oraz zmniejszy wymagania związane z przepustowością przy oglądaniu kompatybilnych strumieni wideo.

Dodatkowe miejsce na tranzystory ponadto pozwoliło na uczynienie z „Carrizo” pierwszego w branży procesora, który jest zgodny z opracowaną przez Fundację HSA specyfikacją HSA 1.0. Czyni ona wykorzystanie akceleratorów programistycznych, jakimi często są karty graficzne, znacznie łatwiejszymi do wykorzystania, co w efekcie pozwala na uzyskanie większej wydajności oraz obniżonego zużycia energii.

Najważniejszą spośród zalet HSA jest heterogeniczny zunifikowany dostęp do pamięci (hUMA) również obsługiwany przez „Carrizo”. Dzięki hUMA procesor i karta graficzna współdzielą te same przestrzenie adresowe pamięci. Obie te części mają dostęp do całej pamięci platformy i mogą alokować dane w każdej jej lokacji. Ta spójna architektura pamięci znacząco obniża liczbę instrukcji, jakie musi wykonać procesor do ukończenia zadania, co ostatecznie prowadzi do zwiększenia wydajności i energooszczędności.

Wraz z procesorem APU „Carrizo” zadebiutuje kilka nowych technologii służących oszczędzaniu energii. Aby uporać się z chwilowymi spadkami napięcia w tradycyjnych mikroprocesorach zapewnia się 10-15-procentową nadwyżkę napięcia, aby mieć pewność, że w całym układzie ma ono zawsze właściwą wartość. Jest to jednak kosztowne, ponieważ marnuje energię w stopniu proporcjonalnym do kwadratu wzrostu napięcia, czyli 10 proc. nadwyżki napięcia oznacza 20 proc. straty energii.

Firma AMD opracowała szereg technologii, aby zoptymalizować zasilanie układu. Jej najnowsze procesory porównują średnie napięcie do czasów uśpienia tak szybko, że dzieje się to na poziomie nanosekund, tj. miliardowych części sekundy. Od procesorów „Carrizo” ten adaptacyjny system regulacji napięcia będzie funkcjonował zarówno dla rdzeni procesora (CPU), jak i zintegrowanej karty graficznej (GPU). Z uwagi na fakt, że regulacja częstotliwości taktowania zajmuje zaledwie nanosekundy, to nie ma już praktycznie żadnych kompromisów w dziedzinie wydajności obliczeniowej, podczas gdy zużycie energii dla części GPU zmniejszono o 10 proc., a dla CPU o 19 proc.

Kolejną technologią z dziedziny zarządzania energią, jaka debiutuje wraz z procesorami „Carrizo”, jest adaptacyjne skalowanie napięcia i częstotliwości taktowania (AVFS, adaptive voltage and frequency scaling). Technologia ta wykorzystuje działanie sensorów do analizowania szybkości działania oraz napięcia układu krzemowego w połączeniu z tradycyjnymi sensorami odpowiedzialnymi za temperaturę i moc. Czujniki te pozwalają każdemu egzemplarzowi procesora APU dostosować się do charakterystyki wykorzystanego krzemu, zachowania platformy i warunków operacyjnych. Poprzez tę adaptację realizowaną w czasie rzeczywistym AVFS zapewnia nawet 30 proc. oszczędności energii.

Wreszcie, aby zredukować wykorzystywaną energię po stronie CPU poprzez zmniejszenie rozmiaru rdzenia, firma AMD zoptymalizowała jeszcze 28-nanometrową technologię produkcji. Ulepszyła także implementację części GPU w układzie, aby działała ona lepiej w scenariuszach zakładających zredukowany pobór energii. To pozwoliło na osiągnięcie 2. proc. mniejszego poboru energii w porównaniu do pracującej z tą samą częstotliwością karty graficznej w procesorze Kaveri.