AMD gab auf der renommierten International Solid State Circuits Conference (ISSCC) bekannt, dass die kommende A-Series Accelerated Processing Unit (APU) mit dem Codenamen „Carrizo“ für Notebooks und Low-Power-Desktops eine Fülle neuer, fortschrittlicher Power-Management-Technologien bieten wird Erzielen einer beachtlichen Leistung durch neue x86-CPU-Kerne „Excavator“ und eine neue Generation von AMD Radeon-GPU-Kernen. AMD geht davon aus, dass Carrizo mithilfe eines echten System-on-Chip-Designs (SoC) den Stromverbrauch der x86-Kerne allein um 40 Prozent senken und gleichzeitig die Leistung von CPU, Grafik und Multimedia gegenüber der APU der vorherigen Generation erheblich steigern wird.

„Als Teil unseres kontinuierlichen Fokus auf die Entwicklung großartiger Produkte werden die fortschrittlichen Leistungs- und Leistungsoptimierungen, die wir für unsere kommende Carrizo-APU entwickelt haben, den größten Generationsgewinn pro Watt für eine Mainstream-AMD-APU aller Zeiten liefern.“ Sam Naffziger, AMD Corporate Fellow und Co-Autor der AMD-Präsentation auf der ISSCC.

„Seit der Geburt des modernen Mikroprozessors wurden bemerkenswerte Fortschritte bei Leistung und Energieeffizienz beim Rechnen erzielt. Die energiebezogenen Vorteile, die sich aus neuen Herstellungsprozessen ergeben, haben sich jedoch verlangsamt und eine Ära eingeläutet, in der alternative Wege zur Verbesserung der Prozessorleistung und -effizienz erforderlich sind. AMD verfolgt die heterogene Systemarchitektur (HSA) und proprietäre Energieverwaltungstechnologien, um weitere Gewinne zu erzielen. Die kommende 'Carrizo'-APU macht einen großen Schritt in Richtung des AMD 25 × 20-Energieeffizienzziels und enthält eine Fülle neuer Funktionen, die in Zukunft in unserer gesamten Produktlinie übernommen werden. “

Neue Carrizo-Angaben bei ISSCC:

  • 29% mehr Transistoren in nahezu gleicher Chipgröße wie sein Vorgänger „Kaveri“;
  • Neue x86-Kerne „Bagger“ bieten eine Steigerung der Anweisungen pro Takt bei 40% weniger Leistung.
  • Neue Radeon-GPU-Kerne mit dedizierter Stromversorgung;
  • Spezielle On-Chip-H.265-Videodecodierung;
  • Der zweistellige Prozentsatz erhöht sowohl die Leistung als auch die Akkulaufzeit.
  • Erstmals integrierte Southbridge auf einer AMD-Hochleistungs-APU.

Details werden heute auf der AMD ISSCC-Sitzung „A 28nm x86 APU Optimized for Power and Area Efficiency“ von AMD Fellow und Design Engineer Kathy Wilcox vorgestellt. Die Präsentation behandelt die Technologie-, Implementierungs- und Energieverwaltungsfunktionen der Carrizo-APU.

Architektonische Fortschritte

Dank neuer Designbibliotheken mit hoher Dichte konnte AMD 29 Prozent mehr Transistoren auf Carrizo - 3.1 Milliarden - in nahezu derselben Chipgröße wie die Kaveri APU der vorherigen Generation einbauen. Diese Erhöhung der Dichte hat einen größeren Bereich für Grafik, Multimedia-Offload und Integration des Systemcontrollers „Southbridge“ auf einem einzelnen Chip ermöglicht. Die verstärkte Unterstützung für Multimedia umfasst den neuen, leistungsstarken H.265-Videostandard und die doppelte Anzahl an Videokomprimierungs-Engines des Vorgängers. Die Aufnahme von H.265 in die Hardware unterstützt echte 4K-Auflösungen, verlängert die Akkulaufzeit und reduziert die Bandbreitenanforderungen beim Anzeigen kompatibler Videostreams.

Das zusätzliche Transistorbudget ermöglicht es Carrizo außerdem, der erste Prozessor in der Branche zu werden, der die von der HSA Foundation entwickelte HSA 1.0-Spezifikation erfüllt. HSA vereinfacht die Programmierung von Beschleunigern wie der GPU erheblich und führt im Idealfall zu einer höheren Anwendungsleistung bei geringem Stromverbrauch.

Zu den wichtigsten Designvorteilen von HSA gehört der heterogene Unified Memory Access (hUMA) in Carrizo. Bei hUMA teilen sich CPU und GPU den gleichen Speicheradressraum. Beide können auf den gesamten Speicher der Plattform zugreifen und Daten an einem beliebigen Ort im Speicher des Systems zuordnen. Diese kohärente Speicherarchitektur reduziert die Anzahl der Anweisungen, die zum Ausführen vieler Aufgaben erforderlich sind, erheblich und trägt so zur Verbesserung der Leistung und der Energieeffizienz bei.

Neue energieeffiziente Funktionen

Auf der Carrizo APU debütieren mehrere neue stromsparende Technologien. Um vorübergehende Spannungsabfälle zu bewältigen, die als Statik bezeichnet werden, liefern herkömmliche Mikroprozessorkonstruktionen eine Überspannung in der Größenordnung von zehn bis fünfzehn Prozent, um sicherzustellen, dass der Prozessor immer die richtige Spannung hat. Überspannung ist jedoch energieintensiv, da sie Strom mit einer Rate verschwendet, die proportional zum Quadrat des Spannungsanstiegs ist. (dh 10% Überspannung bedeutet etwa 20% Energieverschwendung).

AMD hat eine Reihe von Technologien zur Spannungsoptimierung entwickelt. Die neuesten Prozessoren vergleichen die durchschnittliche Spannung mit einem Abfall in der Größenordnung von Nanosekunden oder Milliardstel Sekunden. Beginnend mit der Carrizo-APU funktioniert dieser spannungsadaptive Betrieb sowohl in der CPU als auch in der GPU. Da die Frequenzanpassungen im Nanosekundenbereich erfolgen, gibt es fast keine Kompromisse bei der Rechenleistung, während die Leistung der GPU um bis zu 10 Prozent und der CPU um bis zu 19 Prozent reduziert wird.

Eine weitere in Carrizo eingeführte Energietechnologie heißt Adaptive Voltage and Frequency Scaling (AVFS). Diese Technologie beinhaltet die Implementierung einzigartiger, patentierter Silizium-Geschwindigkeitssensoren und Spannungssensoren zusätzlich zu herkömmlichen Temperatur- und Leistungssensoren. Die Geschwindigkeits- und Spannungssensoren ermöglichen es jeder einzelnen APU, sich an ihre besonderen Siliziumeigenschaften, ihr Plattformverhalten und ihre Betriebsumgebung anzupassen. Durch die Anpassung in Echtzeit an diese Parameter kann AVFS zu einer Energieeinsparung von bis zu 30 Prozent führen.

AMD trug nicht nur dazu bei, den Stromverbrauch der CPU zu reduzieren, indem der Kernbereich verkleinert wurde, sondern optimierte auch die 28-nm-Technologie für die Energieeffizienz und optimierte die GPU-Implementierung für einen optimalen Betrieb in Szenarien mit begrenzter Leistung. Dies ermöglicht eine Leistungsreduzierung von bis zu 20% gegenüber der Kaveri-Grafik bei gleicher Frequenz. Zusammengenommen zielen die Energieeffizienzinnovationen von AMD darauf ab, Energieeinsparungen in der Größenordnung eines Schrumpfens der Fertigungstechnologie zu erzielen und gleichzeitig in einem gut charakterisierten, kostenoptimierten 28-nm-Prozess zu bleiben.