На проходящей в Сан-Франциско Международной конференции по твердотельной схемотехнике (ISSCC) инженер-конструктор AMD Кэти Уилкокс (Kathy Wilcox) рассказала детали о Carrizo – новой архитектуре гибридных процессоров. Она открывает эру 28-нм APU, выполненных согласно спецификации 1.0 гетерогенных систем (HSA).

Концепция HSA была представлена осенью 2013 года как способ объединить на низком уровне разнородные по своей природе вычислительные блоки: процессорные ядра универсальной скалярной архитектуры x86 и ядра графического процессора, ориентированные на параллельные вычисления и векторные операции. Это дальнейшее развитие гибридных чипов (ЦП + ГП), ориентированных на универсальность и энергоэффективность.

AMD Carrizo обновляет A-серию APU (изображение: anandtech.com).
AMD Carrizo обновляет A-серию APU (изображение: anandtech.com).

Поддержка HSA у Carrizo обеспечивает для процессорных и графических ядер единую область оперативной памяти с разделяемым адресным пространством. Это существенно упрощает написание программ, использующих блоки графического процессора для вычислений общего назначения.

Если раньше векторные ускорители были реализованы на базе расширений потоковых инструкций SIMD (SSE/2/3/4), то сейчас для многих задач эффективнее использовать неграфические вычисления общего назначения (GPGPU). У AMD они реализуются в виртуальной машине CTM (Close To Metal). Такой подход увеличивает скорость отдельных операций на порядок, превращая гибридный чип в маленький суперкомпьютер.

AMD Carrizo - работа системы AVFS (изображение: amd.com).
AMD Carrizo – работа системы AVFS (изображение: amd.com).

Для однокристальных систем HSA и вовсе стала ключевой технологией, позволяющей снизить энергопотребление без ущерба для производительности. По сравнению с Kaveri, SoC Carrizo содержит на 29% больше транзисторов и потребляет примерно на треть меньше энергии (экономия составляет 40% для ЦП и 20% для ГП). Дополнительно энергоэффективность обеспечивается поддержкой нового состояния пониженного энергопотребления S0i3, а также системой адаптивного питания и динамического изменения частот – AVFS.

Энергопотребление APU Carrizo в различных состояниях (изображение: vr-zone.net).
Энергопотребление APU Carrizo в различных состояниях (изображение: vr-zone.net).

Сегодня параллельное исполнение команд на блоках ЦП и ГП в разных вариантах применяется для ускорения работы всё большего числа программ: архиваторов, кодеков, служб фонового шифрования, приложений для научных расчётов, аудита информационной безопасности и других задач.

Модельный ряд APU Carrizo будет представлен в двух подсемействах. Старшие модели получат новые процессорные блоки Excavator и графические ядра архитектуры GCN 1.2. Энергоэффективная серия Carrizo-L будет оснащаться процессорными ядрами Puma+ и графикой предыдущего поколения GCN 1.1.

Схема APU Carrizo (изображение: amd.com).
Схема APU Carrizo (изображение: amd.com).

Архитектура GCN (Graphics Core Next) v.1.2 была впервые реализована в чипе R9 285 семейства Volcanic Islands. В ней используется встроенный аппаратный декодер H.265, улучшена тесселяция, адаптировано дельта-сжатие данных о цвете без потерь (для снижения использования полосы пропускания памяти) и применяются новые алгоритмы масштабирования кадра. Поддерживается DirectX 12 и собственный API AMD Mantle.

Флагманом новой линейки APU Carrizo станет чип FX-8800P, содержащий 4 ядра Excavator и 8 вычислительных блоков GPU (512 потоковых процессоров) с собственной подсистемой питания. В режиме «турбо» чип будет работать на частоте 2,1 ГГц, при этом обеспечивая за счёт архитектурных отличий выполнение на 5% большего числа инструкций за такт, чем аналогичные по частотам решения предыдущего поколения.

Сравнение AMD APU разных поколений (изображение: techpowerup.com).
Сравнение AMD APU разных поколений (изображение: techpowerup.com).

Старшие модели APU Carrizo будут поддерживать память DDR3 2133 МГц, интерфейс PCI Express 3.0 (12 линий в режиме x8+x4), USB 3.0 (4 порта), SATA III (2 разъёма), HDMI v.2.0 (до трёх устройств) и оснащаться криптографическим модулем AMD Secure с поддержкой технологии ARM Trustzone.

Традиционно наборы системной логики разделялись на две группы: северный и южный мост, соединяющие шину процессора с шиной периферийных устройств. Первый обслуживал быстрые компоненты (ЦП, ОЗУ, ГП), а второй отвечал за поддержку «медленных» устройств (дисковые контроллеры, шины и периферия). AMD Carrizo стал первым APU со встроенным южным мостом. Это позволило упростить подсистему питания и оптимизировать шину HyperTransport.

Серия AMD Carrizo ориентирована преимущественно на мобильный рынок и решения в классе до $500, но старшие модели могут найти применение в моноблоках, неттопах и других стационарных решениях. К лету этого года будет представлено как минимум восемь вариантов, включающих APU с ядрами Excavator и экономичные версии Carrizo-L.