近日AMD公司在著名的國際固態(tài)電路會議(ISSCC)上透露,即將推出的專為筆記本和低功耗桌面電腦設計的代號為“Carrizo”的A系列加速處理器(APU)將帶來多項全新的領先電源管理技術(shù),并通過全新“挖掘機”x86 CPU核心和新一代AMD Radeon GPU核心帶來大幅的性能提升。通過使用真正的系統(tǒng)級芯片(SoC)設計,AMD預計Carrizo x86核心的功耗將降低40%,同時CPU、顯卡以及多媒體性能將比上一代APU大幅提升。
在ISSCC上公開的全新Carrizo細節(jié)包括:
◆與上代“Kaveri”晶片面積幾乎相同,但晶體管數(shù)量增加29%;
◆全新“挖掘機”x86核心的每時鐘周期指令數(shù)得到提升,功耗降低40%;
◆全新Radeon GPU核心配備專用電源;
◆專用的片上H.265視頻解碼;
◆高達百分比兩位數(shù)的性能和電池續(xù)航時間提升;
◆首次在AMD高性能移動式APU上集成南橋
AMD公司院士兼設計工程師Kathy Wilcox在ISSCC會議的AMD環(huán)節(jié)上發(fā)表題為“針對能效和面積效率進行優(yōu)化的28nm x86 APU”的演講,內(nèi)容涵蓋了Carrizo APU的技術(shù)、實施和電源管理特性。
新的高密度設計庫使AMD能夠?qū)⒈壬弦淮鶮averi APU多29%的晶體管(31億個)放在與其面積幾乎相同的Carrizo上。密度的增加為把顯卡、多媒體卸載以及“南橋”系統(tǒng)控制器集成在單一芯片上提供了更大的空間。對多媒體的支持也得到增強,包括全新的高性能H.265視頻標準,視頻壓縮引擎也增加到上一代的兩倍。硬件內(nèi)置H.265將支持真正的4K分辨率,有助于延長電池續(xù)航,并在觀看兼容視頻流時減少對帶寬的需求。
額外的晶體管也讓Carrizo成為業(yè)內(nèi)第一款設計符合由HSA基金會開發(fā)的HSA 1.0規(guī)范的處理器。HSA讓編程加速器(如GPU)變得更為簡單,可以理想地以較低的功耗實現(xiàn)更高的應用性能。
HSA在設計上的最大優(yōu)勢是Carrizo內(nèi)部的異構(gòu)統(tǒng)一尋址(hUMA)。CPU和GPU可以通過hUMA實現(xiàn)內(nèi)存共享,兩者均可訪問所有平臺的內(nèi)存,并將數(shù)據(jù)分配給系統(tǒng)內(nèi)存空間的任意位置。這種存儲一致性架構(gòu)大大減少了完成多項任務所需的指令數(shù)量,從而使性能和能效得到提升。
多項全新節(jié)能技術(shù)首次在Carrizo APU上應用。為了解決瞬變電壓下降問題(也被稱作下垂),傳統(tǒng)的微處理器設計提供大約10%到15%的額外電壓以確保處理器始終擁有適當?shù)碾妷骸5菑哪芎牡慕嵌葋碇v,過電壓的成本很高,因為它浪費電力的比率,是與電壓增加的平方成正比的[1 Grenat, Aaron et al, 國際固態(tài)電路2014 技術(shù)論文摘選106-107頁](即10%的過電壓意味著大約20%的電力浪費)。
AMD已經(jīng)研發(fā)了多項技術(shù)來優(yōu)化電壓。最新的處理器可在大約數(shù)納秒或十億分之一秒內(nèi)對平均電壓和瞬變電壓下降進行比較。從Carrizo APU開始,這項電壓自適應操作功能將在CPU和GPU上同時啟用。由于頻率的調(diào)整是在納秒內(nèi)完成,計算性能幾乎不受影響,而GPU功耗降低達到10%,以及CPU功耗降低高達19%。
另一項在Carrizo上首次得到應用的電源技術(shù),被稱作自適應電壓和頻率調(diào)節(jié)(AVFS)。除了傳統(tǒng)溫度傳感器和功率傳感器,這項技術(shù)還采用了獨特的專利技術(shù):硅速度能力傳感器和電壓傳感器。速度和電壓傳感器使每個APU可以適應其特定的硅特性、平臺行為和操作環(huán)境。通過針對這些參數(shù)進行實時調(diào)整,AVFS可降低多達30%的功耗。
除了通過減少核心面積來幫助降低CPU的功耗之外,AMD優(yōu)化的28nm制程技術(shù)帶來更佳的電源效率,并調(diào)諧GPU執(zhí)行以在功耗受限情況下達到最佳運行狀態(tài)。在相同頻率下,功耗比Kaveri顯卡降低多達20%。結(jié)合以上創(chuàng)新,AMD能效創(chuàng)新的目標在于繼續(xù)以已定型的、成本優(yōu)化的28nm制程工藝,達到與提升制程工藝相似的節(jié)能效果。