AMD内部资料曝光：通过创新架构和电源技术提升处理器能效的关键

Carrizo首创的另一项电源技术名为自适应电压与频率调节。除了传统的温度和功率传感器，该技术实现了独特的专利硅片速度性能传感器与电压传感器。行业内大多数人都了解，硅片速度性能和电压控制会因器件和平台的不同而存在明显差异。这些差异传统上是通过对硅片工作增加裕量或"保护带"来应对的，因为无法提前得知准确的运行情况。相对理论上最优系统所能实现的效率，这种保护带将会引起显著的效率损失。得益于AMD首次引入的最新自适应传感器和相关的控制算法，大部分的效率损失可以得到减轻。速度与电压传感器能够让每个APU适应于其硅特性、平台运行和工作环境。通过实时适配这些参数，APU可以对运算进行动态优化，最大限度地提高效率，并且在给定性能水平上最多可节电20%.

最后，为了降低CPU的耗电量，AMD利用了与GPU设计方式更接近的高密度库。AMD借助这一方案可以在更小的面积内集成更多的标准单元（处理器的组成部分），从而能够减少面积及单元之间的布线距离，并大幅降低功耗。使用高密度库通常意味着在相同的电压下速度会稍有些慢，但如果配置合理，可以将功耗和面积减少30%.这就是说，在功率受限的条件下（绝大部分都是这种情况），实际的频率和性能要高于传统的高性能库配置。此外，它还能够释放出更多芯片空间，因此AMD可以在同一个芯片上同时搭载GPU（多媒体处理器）和系统控制器。

电源管理大部分运算平台仅在一小段时间内以峰值功率运行。为了最大限度地降低功耗，同时又最大限度地提高性能，AMD设计了电源管理算法，对典型应用而非峰值计算周期进行优化，因为只有需求最大的工作负载才会（短暂）达到峰值计算。因此，race-to-idle技术可以使计算机尽可能频繁地进入休眠模式，从而降低平均能耗。

AMD在单芯片上集成了各种系统元器件，包括GPU、内存控制器、I/O控制器以及外围总线。这样可以更精确地对电源、温度和所有系统元器件的活动进行监测和管理。电源控制器可以直接对CPU和GPU之间的处理进行管理，从而优化性能和效率。通过这种程度的控制，它能够像视频回放的帧与帧之间或打字时的按键之间，或是像网页加载完成后那样，频繁地让处理器进入空闲模式。由于集成元器件的性能提高了，任务完成的时间缩短，因此处理器可以在更多时间处于空闲模式-这便形成了一个更高性能和更低功耗协同提高效率的良性循环。

图：不同条件下APU的最低功耗

AMD的电源管理还可以监控硅片和终端用户设备的温度。根据系统元器件的活动，它可以确定个人电脑或移动设备的温度，从而判断对终端用户来说温度是否过高。因此，在计算密集型任务中，APU可以在保证笔记本电脑或变形笔记本温度不过高的前提下，通过提高处理器频率暂时提高输出功率来提供强大性能。任务完成后，功耗会动态降低，因而器件的温度也会降低。这一做法可以提高总体能效，因为任务执行速度提高了，设备可以迅速切换到空闲模式，同时又能提供迅速响应的体验。

此外，电源管理微控制器还可以实时追踪特定应用的运行状态，确定提高处理器频率可以为其带来多大帮助。不会受益于更高频率（需要更多能量）的应用将工作在低于处理器最大性能的频率，从而避免能量浪费。

AMD最新的APU中集成的另一项功能是围绕处理器运行时进入极低功耗的S0i3状态。该低功耗状态的采用因不同的OEM/平台而异（即可以是联网待机、现代待机或挂起到内存），但是这种状态会让差不多所有的APU硅片的电源关断，同时让所有相关的I/O器件也进入各自的低功耗状态，从而极大地降低平台的功耗。图中展示了在这些条件下APU的电源关断。S0i3状态使平台的功耗水平能够与传统的S3状态（也就是传统上所说的"待机"）相当-S3状态的进入和退出会比较耗时，因为它需要操作系统介入。通过动态实现这个过程，在集成电源管理微控制器的控制下，假如系统活动水平足够低，APU就可以以亚秒级的时间帧透明实现与待机相当的功耗水平。这直接意味着可以降低典型应用条件下的平均功耗。

AMD最新推出的产品还具有许多其他面向效率的功能，比如视频和音频加速，AMD开发路线涵盖了自适应I/O优化和压缩技术、更精确的电压管理和基于工作负载的能耗优化等。