10 фактов об APU AMD Carrizo

Если некоторые аналитики предсказывают AMD скорую погибель, то сама компания из Саннивейла хоронить себя явно не собирается. Да, архитектура Zen, разработанная практически с чистого листа, пока еще не готова, как и переход на 14-нм техпроцесс, однако и в рамках имеющихся технологий AMD способна на многое. В момент публикации этого материала на конференции Computex 2015 должна как раз проходить конференция AMD, на которой раскроют данные о новой графике Fiji и о новых APU Carrizo. И если о Fiji до нас ранее доходили только слухи, то Carrizo AMD решила посвятить полноценную конференцию, получившую название Carrzio Tech Day и прошедшую в Мюнхене, Германия, незадолго до официального анонса этих чипов. В свою очередь мы хотели бы поделиться подробностями о Carrizo с вами — что и сделаем в этом материале.

1. AMD Carrizo — это шестое поколение мобильных APU AMD. Шестое, поскольку Brazos представители AMD по каким-то причинам не хотят брать в расчет — дескать, это другое. Llano, Trinity, Kabini, Kaveri, Beema — и вот теперь Carrizo. На пиктограммах, которыми принято обклеивать ноутбуки изнутри, обязательно будет указано, что установленные внутри чипы принадлежат именно к шестому поколению — так AMD надеется не ввести покупателей в заблуждение. При этом обозначения A8 и A10 новые процессоры унаследуют от своих предшественников.

Переходим собственно к интересным фактам о новинках: Carrizo — это первые в мире APU производительного класса, полностью разместившиеся на одном кристалле, тогда как ранее в чипах такого класса графический чип или южный мост если и располагались на единой с процессором подложке, то в виде отдельного кристалла. Здесь же северный мост, Fusion Controller Hub (южный мост), графика и процессорные ядра уместились на одном кристалле, выращенном в рамках 28-нм техпроцесса Global Foundries.

2. Ядра общего назначения в Carrizo имеют архитектуру Excavator. Она представляет собой уже четвертую итерацию логического развития идей архитектуры Bulldozer: сначала был собственно Bulldozer, потом Piledriver, Steamroller и наконец Excavator. Согласно AMD, это также и последнее обновление данной архитектуры — дальше на смену не самому удачному дизайну придет темная лошадка Zen. В плане производительности на мегагерц Excavator не может предложить каких-либо сверъхестественных улучшений — по заявлениям самой AMD, показатель IPC (Instructions per Clock) в Excavator вырос на 4-15% по сравнению со Steamroller.

Роста удалось достигнуть за счет нескольких факторов. Во-первых, кеш-память первого уровня увеличена вдвое при сохранении прежнего уровня задержек, что позволило сделать предвыборку более эффективной. Во-вторых, сильно модернизирован блок предсказания ветвлений — объем буфера вырос на 50%, количество записей для отслеживаемых адресов перехода, соответственно, возросло с 512 до 768. Также ускорен сброс (flush-to-zero) блока вычислений с плавающей запятой. В-третьих, ядра Excavator поддерживают новые наборы инструкций — AVX2, MOVBE, SMEP, BMI версий 1 и 2, которые процессоры AMD ранее использовать не могли. Наконец, в-четвертых, добавлена поддержка современных состояний простоя, что позволяет экономить энергию при невысокой нагрузке. Но самое важное — то, что ядра Excavator стали намного меньше ядер Steamroller в рамках того же техпроцесса, что позволило значительно сократить их энергопотребление и – не столь значительно – повысить частоты. О том, как это получилось, расскажем чуть ниже. Ну а здесь отметим, что в чипах Carrizo будет использовано четыре ядра Excavator — два блока по два — с 2 Мбайт общего на каждый блок кеша L2.

3. Обновления получила и графическая часть — в Carrizo используется графика, которую сама AMD называет GCN третьего поколения. В третьем поколении архитектура претерпела некоторые изменения, с большей частью которых внимательные читатели уже знакомы — по сути, это поколение GCN было использовано в GPU Tonga (Radeon R9 285). Также встроенное графическое ядро получило 512 Кбайт собственной кеш-памяти второго уровня. Среди прочего заявлены поддержка DirectX 12 (Level 12), улучшенная производительность при работе с тесселяцией, цветовая компрессия без потерь, обновленный набор инструкций ISA, связность CPU- и GPU-кешей и высококачественный скейлер. В Carrizo графический контроллер Radeon R7 имеет 8 вычислительных кластеров, в то время как мобильные варианты Kaveri обладали лишь шестью такими блоками, то есть графическое ядро Carrizo располагает 512 потоковыми процессорами и способно выдавать пиковую производительность до 819 GFLOPS. Carrizo имеет три встроенных контроллера дисплеев и поддерживает вывод изображения с разрешением до 4K включительно.

4. Что касается 4K, то в Carrizo встроен видеодекодер UVD-6, позволяющий аппаратно декодировать 4K-видео в формате H.264 или H.265 (HEVC) с частотой 60 кадров в секунду. По заявлениям AMD, это первый в мире ноутбучный чип с полностью аппаратным декодированием H.265, что калифорнийцы постарались подкрепить практическим примером — в демозоне рядом стояли ноутбуки на чипах Carrizo и Broadwell, воспроизводившие 4K-видео HEVC. Ноутбук на Carrizo не загружал центральный процессор даже на треть и воспроизводил видео достаточно гладко, тогда как аппарат на Broadwell демонстрировал загрузку ЦП на 80-100 % и показывал слайд-шоу.

Помимо H.264 и H.265, Universal Video Decoder 6 способен декодировать 4K MJPEG, VC-1/WMV Profile D, MPEG-2, MVC, AVC/H.264 и MPEG4/DivX. Благодаря возросшей в четыре раза пропускной способности он может тратить во столько же раз меньше времени на обработку HD-кадра, а все остальное время пребывать в состоянии низкого энергопотребления. По заявлениям AMD, одна только эта способность позволяет увеличить время работы от батарейки при просмотре видео на полчаса.

5. Carrizo — это первый APU, полностью удовлетворяющий спецификации HSA 1.0, установленной HSA Foundation. Это значит, что процессорные и графические ядра равноправны и имеют абсолютно одинаковый доступ ко всей оперативной памяти (AMD называет это hUMA — heterogeneous uniform memory). Соответственно, AMD предпочитает говорить не о 4 процессорных и 8 графических ядрах, а о 12 вычислительных. Задачи могут быстро передаваться между процессорами, а сами процессоры могут быстро сохранять свои состояния, переключаться на другую нагрузку и также быстро возвращаться к сохраненным состояниям позже, что позволяет выполнять параллельно больше разнородных задач. К тому же Carrizo поддерживает аппаратное ускорение обработки кода на Java, Python и C++ AMP.

К сожалению, на данном этапе очень мало реальных приложений позволяют использовать HSA, так что для демонстрации возможностей этой технологии AMD приходится с переменным успехом писать софт самой. Однако Carrizo также отлично работает с OpenCL 2.0, что позволяет ускорять работу в таких популярных приложениях, как Adobe Photoshop CC, Adobe Premiere и Libre Office.

6. AMD заявляет, что “Carrizo создан, чтобы ускорять Windows 10”. На деле это значит, что Windows Meida Player умеет пользоваться HEVC-декодером, который также можно использовать для стриминга видео через Skype for Business или стриминга изображения с Xbox One на PC. Также Carrizo поддерживает такие возможности Windows 10, как SECURE boot, InstantGo, TPM, bitlocker и приложения ARM Trustzone.

Референсный ноутбук AMD с запущенной игрой DiRT Rally, использующей DirectX 12

7. В чипах Carrizo установлено одно ядро ARM Cortex-A5, которое, собственно, и отвечает за работу ARM Trustzone. Ему также выделено некоторое количество изолированной постоянной памяти и статической памяти с произвольным доступом. Ядро Cortex-A5 дополнено криптографическим сопроцессором, который позволяет работать с алгоритмами RSA, Sha и AES, использовать Zlib и RDRAND.

8. Дизайн кристалла Carrizo спроектирован с использованием технологических библиотек с высокой плотностью транзисторов. Этот подход к проектированию полупроводникового кристалла процессорное подразделение переняло у ATI — на его внедрение ушло немало времени, зато результат налицо. Спроектированный по лекалам, применяемым при создании графических чипов, кристалл Carrizo насчитывает 3,1 млрд транзисторов против 2,4 млрд у Kaveri (больше на 29 %), при этом по площади новый чип на 23 % меньше своего предшественника. Отдельные блоки удалось уменьшить еще эффективнее: скажем, планировщик блока работы с плавающей запятой сжался на 38 %, блок операций FMAC — на 35 %, контроллер кеша инструкций также “похудел” на 35 %.

Напомним еще раз: все перечисленное произошло в рамках одного и того же 28-нм техпроцесса. Это – в сочетании с архитектурными изменениями – позволило снизить энергопотребление при простое с 4,5 Вт у референсных ноутбуков на базе Kaveri до 2,7 Вт у устройств на базе Carrizo (правда, здесь AMD учитывает не 100 %-й КПД блока питания, потери энергии на котором пропорциональны общему энергопотреблению системы). В идеальном же случае энергопотребление систем на базе Carrizo оказывается почти в 2 раза ниже, чем у аналогов на Kaveri, а производительность — в 1,5 раза выше, что дает 2,4-кратный рост производительности на ватт.

9. TDP Carrizo составляет 15 Вт. Именно при таком уровне энергопотребления лучше всего раскрывает себя дизайн высокой плотности. Более того, уменьшенные транзисторы характеризуются меньшими токами утечки, что позволяет дополнительно поднять частоту. По исследованиям AMD, высокоплотный дизайн (high density) выигрывает у классического высокопроизводительного (high performance — этот дизайн лежит в основе ядер предыдущего поколения Steamroller) при TDP менее 20 Вт. Однако следует понимать, что высокоплотный дизайн не даёт возможности выпускать классические десктопные процессоры со сравнительно высокой частотой, не загнанные в рамки низкого TDP. Именно поэтому десктопных вариантов Carrizo мы не увидим.

10. Ноутбуки на основе APU Carrizo готовят все основные производители мобильных компьютеров — Acer, ASUS, Dell, HP, Lenovo и Toshiba. На Tech Day можно было наблюдать только референсные ноутбуки, изготовленные по заказу самой AMD. К сожалению, на тестирование их не предоставляли.

⇡#Заключение

Приведенные выше 10 фактов позволят составить общее представление об APU Carrizo. Мы подробнее рассмотрим архитектуру этих чипов, когда перейдем к их практическому изучению. По планам AMD, это должно произойти примерно в августе-сентябре этого года. Пока же можно заключить, что Carrizo — это эволюционное развитие Kaveri, от которого не стоит ожидать значительных улучшений производительности (по данным наших источников, прирост в среднем составляет 10-15 %). Однако вместе с тем переход от Kaveri к Carrizo обещает весьма ощутимый рост времени автономной работы устройств на основе этих чипов (по словам тех же источников, вполне можно рассчитывать на увеличение времени работы от батареи примерно в полтора раза). Основное предназначение Carrizo — универсальные мультимедийные ноутбуки, на которых можно и поработать, и в онлайн-игры поиграть, и кино посмотреть. Будем надеяться, что партнеры AMD выпустят действительно интересные модели, не попытавшись сэкономить на том, на чем экономить не нужно.