Процессоры AMD Carrizo: архитектура и возможности

Корпорация AMD на конференции International Solid State Circuits Conference (ISSCC) объявила о том, что ее новые гибридные процессоры (APU) под кодовым названием Carrizo, предназначенные для ноутбуков и энергоэффективных ПК, будут поддерживать целый спектр современных технологий управления питанием. Высокой производительности удалось добиться благодаря новому поколению ядер CPU на архитектуре х86 Excavator и графической составляющей на базе AMD Radeon. Новый APU представляет собой систему на кристалле (SoC), в связи с чем AMD ожидает сокращения энергопотребления вычислительных ядер x86 Carrizo на 40% при одновременном приросте производительности в CPU, графике и мультимедиа по сравнению с предыдущим поколением APU.

В будущем APU Carrizo, отмечают в AMD, будут оптимизированы энергопотребление и эксплуатационные характеристики для наилучшего соотношения производительности на ватт в гибридных процессорах категории мейнстрим.

Особенности Carrizo, анонсированные на ISSCC:

• на 29% больше транзисторов при практически том же размере кристалла, что и в предыдущем поколении Kaveri;
• новые ядра Excavator на x86 обеспечивают ускоренное выполнение инструкций при снижении энергопотребления на 40%;
• новые ядра Radeon с выделенным блоком питания;
• выделенный алгоритм H.265 для сжатия видео на кристалле;
• двузначное (в процентах) увеличение производительности и времени автономной работы;
• интегрированный южный мост (впервые для высокопроизводительного APU от AMD ).

Новая архитектура библиотек с высокоплотным размещением компонентов позволила AMD оснастить чипы Carrizo еще большим количеством транзисторов – 3,1 млрд, сохраняя при этом практически неизменный размер кристалла, как в предыдущем поколении Kaveri. Такое увеличение плотности помогло высвободить больше места для графики, мультимедийных дополнений и интегрировать системные контроллеры южного моста. В рамках оптимизации мультимедиа была реализована поддержка нового высокопроизводительного кодека H.265, обеспечивающего вдвое большее сжатие по сравнению с предыдущей версией. Работа с H.265 на аппаратном уровне позволит использовать разрешение 4K, увеличит время автономной работы, а также будет способствовать снижению требований к пропускной способности интерфейсов при просмотре совместимых видео потоков.

Дополнительные транзисторы делают Carrizo первым процессором, совместимым с разработанными HSA Foundation спецификациями HSA 1.0. HSA упрощает работу программных ускорителей, таких как GPU, гарантируя более высокую производительность приложений при сниженном энергопотреблении.

Важнейшее свойство архитектуры – технология унифицированного доступа к памяти (hUMA) на чипе Carrizo. Благодаря hUMA CPU и GPU делят единое пространство оперативной памяти. Оба процессора имеют доступ ко всем ресурсом платформы и распределяют данные в системной памяти. Такая когерентная архитектура сокращает количество инструкций, необходимых для многозадачного режима, повышая производительность и энергоэффективность системы.

Вместе с гибридным процессором Carrizo будут впервые представлены несколько технологий энергосбережения. Например, стремясь компенсировать кратковременные перепады напряжения, традиционные микропроцессоры обеспечивают повышенное питание (на 10–15%), чтобы гарантировать необходимую для процессора энергию. Однако это невыгодно с точки зрения эффективности, ведь потери энергии растут быстрее прироста напряжения. С учетом этого AMD разработала ряд технологий, чтобы оптимизировать электрическое напряжение. Новейшие процессоры сопоставляют средний уровень питания со спадами каждую наносекунду. Начиная с Carrizo, адаптивная работа с напряжением затрагивает как CPU, так и GPU. И поскольку модификации напряжения происходят на уровне наносекунд, производительность практи чески не страдает, а энергопотребление снижается на 10% для CPU и на 19% для GPU.

Еще одна энергосберегающая технология, впервые реализованная в Carrizo, – адаптивное масштабирование электрического напряжения и частоты (AVFS). Эта технология подразумевает использование запатентованных датчиков скоростных возможностей микросхем и напряжения в дополнение к традиционным датчикам температуры и мощности. Датчики скорости и напряжения позволяют каждому конкретному APU учитывать частные характеристики микросхем, поведение платформы и условия работы. Адаптация к этим параметрам в реальном времени обеспечивает до 30% экономии энергии.

AMD также работает над оптимизацией технологического процесса 28 нм, повышая его энергоэффективность, и над реализацией работы GPU в условиях ограниченного электропитания. Такие подходы позволяют сократить энергопотребление GPU на 20% по сравнению с Kaveri при той же тактовой частоте. Все эти инновации направлены на повышение энергоэффективности в рамках существующего технологического процесса.