AMD終極APU深度解析：為省電拼了
在日前的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議ISSCC 2015上，AMD又一次公布了下一代APU Carrizo的一些技術(shù)細(xì)節(jié)，但是不同于Intel大談最擅長(zhǎng)的半導(dǎo)體工藝，AMD在能效、功耗的優(yōu)化方面做得很拼。
【AMD APU融合夢(mèng)終成真】
我們知道，Carrizo是AMD融合戰(zhàn)略四步走的最后一步。經(jīng)過了Llano物理整合、Trinity/Richland互聯(lián)增強(qiáng)、Kaveri統(tǒng)一尋址的持續(xù)鋪墊之后，Carrizo將最終在架構(gòu)、操作系統(tǒng)、加速計(jì)算等各個(gè)方面做到CPU/GPU的真正融合與異構(gòu)計(jì)算，完整支持HSA 1.0異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
簡(jiǎn)單地說，經(jīng)過四年多的發(fā)展，AMD的融合之夢(mèng)終于要實(shí)現(xiàn)了。
在這個(gè)大框架之下，Carrizo的各個(gè)模塊都做到了極致。CPU架構(gòu)升級(jí)到“挖掘機(jī)”(Excavator)，還是最多四模塊八核心。它是“推土機(jī)”架構(gòu)大家族的第四代、也是終極一代。雖然這種模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)理念在實(shí)際應(yīng)用中的效果并不是十分理想，但是經(jīng)過推土機(jī)、打樁機(jī)、壓路機(jī)一路走來，AMD也榨干了它的每一分潛力，明年就將是全新的“Zen”了。
GPU架構(gòu)是最新版的GCN，可以叫做GCN 1.2，重點(diǎn)針對(duì)HSA異構(gòu)計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，特別是無損Delta色彩壓縮算法，可以有效提升內(nèi)存帶寬受限時(shí)的性能，這無疑是APU的福音。
Carrizo還整合了南橋芯片，第一次在主流領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了SoC單芯片，提升了集成度，有利于降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
這一系列的變化會(huì)在性能上帶來多少提升還得等待實(shí)際產(chǎn)品，但是從目前的跡象看，AMD把更多的精力放在了能效、功耗方面，無論架構(gòu)設(shè)計(jì)還是工藝制程都在為此服務(wù)。
【Carrizo APU的能效優(yōu)化之旅】
AMD表示，APU這種設(shè)計(jì)體系本身就十分有利于節(jié)能降耗，CPU、GPU、多媒體加速、輸入輸出等諸多單元都整合在了單一芯片上，再加上高效精細(xì)的電源管理、高速通信、共享內(nèi)存接口，都大大節(jié)省了能耗支出，還可以在不同單元之間靈活分配。
HSA異構(gòu)計(jì)算不但能夠提升系統(tǒng)性能，讓編程更靈活，在節(jié)能方面同樣也有很大的意義。相比于獨(dú)立的CPU、GPU，它能夠更加高效地分配計(jì)算任務(wù)和資源，每次操作的功耗更低。Carrizo第一個(gè)完全實(shí)現(xiàn)了HSA，自然更上一個(gè)臺(tái)階。
AMD的推土機(jī)家族是長(zhǎng)流水線、高頻率架構(gòu)，但是最新的挖掘機(jī)通過高密度庫(kù)設(shè)計(jì)(high-density library)，在工藝不變的前提下，晶體管數(shù)量增加了29％(31億個(gè))，同時(shí)還讓CPU部分的面積減小了23％，部分模塊甚至減小了30％以上，與此同時(shí)頻率提高了，但功耗更低了，能效自然大大提升。
挖掘機(jī)CPU還在現(xiàn)有功率和溫度傳感器的基礎(chǔ)上，加入了十個(gè)適應(yīng)性電壓與頻率感應(yīng)模塊(AVFS)，包含大約500個(gè)頻率感應(yīng)路徑，能針對(duì)特定的性能、功耗設(shè)定最精確、最合適的優(yōu)化運(yùn)行點(diǎn)，在整個(gè)允許的電壓和溫度范圍內(nèi)全面優(yōu)化能效。
GPU方面，經(jīng)過高密度功耗優(yōu)化，漏電率得以降低18％，再結(jié)合其他改進(jìn)，可以做到同等功耗下頻率提升10％，或者同等頻率下功耗降低20％。
電源管理方面，AMD提出了電壓自適應(yīng)運(yùn)行。電壓波動(dòng)一直是行業(yè)挑戰(zhàn)，通常會(huì)在正常值上下10％范圍內(nèi)，這就會(huì)導(dǎo)致20％的能耗浪費(fèi)(功耗與電壓的二次方成正比)，AMD則通過在平均電壓運(yùn)行、降壓時(shí)快速降低頻率，可以避免絕大部分這種浪費(fèi)。
AMD宣稱，自適應(yīng)電壓能讓Carrizo CPU、GPU部分分別節(jié)省最多19％、10％的功耗。
Carrizo還新增了S0i3待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)會(huì)關(guān)閉幾乎全部運(yùn)算單元，只保留部分輸入輸出和喚醒功能，功耗不足50毫瓦，而傳統(tǒng)的S3待機(jī)狀態(tài)只能做到1.5W以下。
AMD還重申了此前提出的“25X20”計(jì)劃：到2020年的時(shí)候，APU處理器的能效(性能功耗比)將會(huì)比現(xiàn)在提高25倍！
為此，AMD將持續(xù)在電源管理、能效優(yōu)化方面研發(fā)并啟用新的技術(shù)，每一代新品都會(huì)加入一批。
【Carrizo前景幾何？】
作為融合大計(jì)的收官之作，Carrizo有著承上啟下的作用，既在軟硬件層面徹底實(shí)現(xiàn)HSA異構(gòu)計(jì)算，又將為APU的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。
而在這關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)上，AMD并沒有突出Carrizo的性能多么強(qiáng)大、功能多么齊全，而是大談特談能效、功耗。
這是為何呢？一方面，Carrizo APU是重點(diǎn)針對(duì)筆記本、變形本等移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)的，自然更需要高能效、低功耗；另一方面，節(jié)能減排是當(dāng)今社會(huì)的大趨勢(shì)，半導(dǎo)體產(chǎn)品也都在向這個(gè)方向努力；還有就是，APU本身定位主流和低端市場(chǎng)，并不刻意強(qiáng)調(diào)高性能，現(xiàn)在性能過剩的地方也很多，這一塊自然不再是首要的。
當(dāng)然了，工藝是AMD的一個(gè)痛楚。由于已經(jīng)變成無工廠芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，工藝制程不在AMD自己的把握之中了，得看代工伙伴GlobalFoundries的臉色行事。目前，GlobalFoundries 20nm工藝還是不成熟，14nm工藝還得等一段時(shí)間，Carrizo APU只能繼續(xù)沿用28nm工藝，在這一前提下優(yōu)化能效、功耗的難度可想而知，不過從上述一系列介紹來看，Carrizo已經(jīng)做到了能做的一切，還是值得贊許的。
在PC行業(yè)整體的大趨勢(shì)下，從Carrizo的定位看，AMD今年專攻移動(dòng)市場(chǎng)(明年再出桌面版)，包括傳統(tǒng)筆記本、輕薄本、變形本等等。當(dāng)前市場(chǎng)條件下，這無疑是個(gè)明智的選擇，近年來的APU也都得到了眾多筆記本廠商的青睞，相信今年能看到更多的Carrizo本本上市。
另外，Carrizo還有個(gè)更低功耗的衍生版本Carrizo-L，CPU架構(gòu)是專為超低功耗領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，整體更加節(jié)能，而且和Carrizo共享一個(gè)接口。二者聯(lián)手，能更好地滿足移動(dòng)市場(chǎng)的需求，應(yīng)用。升級(jí)也將會(huì)更加方便?！?/p>
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