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技术解析:看看AMD融合出来的APU到底咋样

时间:02-13 来源:快科技 点击:

在日前的国际固态电路会议ISSCC 2015上,AMD又一次公布了下一代APU Carrizo的一些技术细节,但是不同于Intel大谈最擅长的半导体工艺,AMD在能效、功耗的优化方面做得很拼。

【AMD APU融合梦终成真】
我们知道,Carrizo是AMD融合战略四步走的最后一步。经过了Llano物理整合、Trinity/Richland互联增强、Kaveri统一寻址的持续铺垫之后,Carrizo将最终在架构、操作系统、加速计算等各个方面做到CPU/GPU的真正融合与异构计算,完整支持HSA 1.0异构系统架构标准。
  

简单地说,经过四年多的发展,AMD的融合之梦终于要实现了。

在这个大框架之下,Carrizo的各个模块都做到了极致。CPU架构升级到"挖掘机"(Excavator),还是最多四模块八核心。它是"推土机"架构大家族的第四代、也是终极一代。虽然这种模块化架构设计理念在实际应用中的效果并不是十分理想,但是经过推土机、打桩机、压路机一路走来,AMD也榨干了它的每一分潜力,明年就将是全新的"Zen"了。
  

GPU架构是最新版的GCN,可以叫做GCN 1.2,重点针对HSA异构计算进行优化,特别是无损Delta色彩压缩算法,可以有效提升内存带宽受限时的性能,这无疑是APU的福音。
  

Carrizo还整合了南桥芯片,第一次在主流领域实现了SoC单芯片,提升了集成度,有利于降低系统复杂度和成本。
  

这一系列的变化会在性能上带来多少提升还得等待实际产品,但是从目前的迹象看,AMD把更多的精力放在了能效、功耗方面,无论架构设计还是工艺制程都在为此服务。

【Carrizo APU的能效优化之旅】

AMD表示,APU这种设计体系本身就十分有利于节能降耗,CPU、GPU、多媒体加速、输入输出等诸多单元都整合在了单一芯片上,再加上高效精细的电源管理、高速通信、共享内存接口,都大大节省了能耗支出,还可以在不同单元之间灵活分配。

  

HSA异构计算不但能够提升系统性能,让编程更灵活,在节能方面同样也有很大的意义。相比于独立的CPU、GPU,它能够更加高效地分配计算任务和资源,每次操作的功耗更低。Carrizo第一个完全实现了HSA,自然更上一个台阶。

  

AMD的推土机家族是长流水线、高频率架构,但是最新的挖掘机通过高密度库设计(high-density library),在工艺不变的前提下,晶体管数量增加了29%(31亿个),同时还让CPU部分的面积减小了23%,部分模块甚至减小了30%以上,与此同时频率提高了,但功耗更低了,能效自然大大提升。

  

挖掘机CPU还在现有功率和温度传感器的基础上,加入了十个适应性电压与频率感应模块(AVFS),包含大约500个频率感应路径,能针对特定的性能、功耗设定最精确、最合适的优化运行点,在整个允许的电压和温度范围内全面优化能效。

  

GPU方面,经过高密度功耗优化,漏电率得以降低18%,再结合其他改进,可以做到同等功耗下频率提升10%,或者同等频率下功耗降低20%。

  

电源管理方面,AMD提出了电压自适应运行。电压波动一直是行业挑战,通常会在正常值上下10%范围内,这就会导致20%的能耗浪费(功耗与电压的二次方成正比),AMD则通过在平均电压运行、降压时快速降低频率,可以避免绝大部分这种浪费。
  

AMD宣称,自适应电压能让Carrizo CPU、GPU部分分别节省最多19%、10%的功耗。

  

Carrizo还新增了S0i3待机状态,此时会关闭几乎全部运算单元,只保留部分输入输出和唤醒功能,功耗不足50毫瓦,而传统的S3待机状态只能做到1.5W以下。
  

AMD还重申了此前提出的"25X20"计划:到2020年的时候,APU处理器的能效(性能功耗比)将会比现在提高25倍!

  

为此,AMD将持续在电源管理、能效优化方面研发并启用新的技术,每一代新品都会加入一批。

【Carrizo前景几何?】
作为融合大计的收官之作,Carrizo有着承上启下的作用,既在软硬件层面彻底实现HSA异构计算,又将为APU的未来发展奠定基础,其重要性不言而喻。
  

而在这关键的节点上,AMD并没有突出Carrizo的性能多么强大、功能多么齐全,而是大谈特谈能效、功耗。
  

这是为何呢?一方面,Carrizo APU是重点针对笔记本、变形本等移动设备设计的,自然更需要高能效、低功耗;另一方面,节能减排是当今社会的大趋势,半导体产品也都在向这个方向努力;还有就是,APU本身定位主流和低端市场,并不刻意强调高性能,现在性能过剩的地方也很多,这一块自然不再是首要的。
  

当然了,工艺是AMD的一个痛楚。由于已经变成无工厂芯片设计企业,工艺制程不在AMD自己的把握之中了,得看代工伙伴GlobalFoundries的脸色行事

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