AMD透露高性能、高能效系統(tǒng)級芯片“Carrizo”架構(gòu)細節(jié)

　　近日AMD公司在國際固態(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(shè)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(lǐng)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(shè)計，AMD預(yù)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，預(yù)計年中搭載于筆記本和一體機推出。

　　AMD公司院士及此次ISSCC會上AMD演講內(nèi)容的共同撰寫者Sam Naffziger表示：“作為AMD持續(xù)創(chuàng)造偉大產(chǎn)品的一部分，我們設(shè)計的擁有領(lǐng)先功效及優(yōu)化性能的Carrizo將帶來主流AMD APU有史以來最佳的性能功耗比。自現(xiàn)代微處理器誕生以來，計算性能和能效取得了顯著進步。然而，新的制程工藝為能效帶來提升的速度已經(jīng)放緩，因此有必要開創(chuàng)一個通過其它方式來提高處理器性能和效率的時代。AMD一直奉行通過異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)(HSA)和專有電源管理技術(shù)來推動性能和效率繼續(xù)增長。即將推出的CarrizoAPU是AMD向25x20節(jié)能目標(biāo)邁出的重要一步，其包含了豐富的新功能，并將在今后AMD的全線產(chǎn)品中得到應(yīng)用。”

　　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(shè)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CarrizoAPU的技術(shù)、實施和電源管理特性。

　　架構(gòu)的演進

　　新的高密度設(shè)計庫使AMD能夠?qū)⒈壬弦淮鶮averiAPU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(biāo)準(zhǔn)，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(shè)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(yīng)用性能。

　　HSA在設(shè)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(wù)所需的指令數(shù)量，從而使性能和能效得到提升。

　　全新節(jié)能特性

　　多項全新節(jié)能技術(shù)首次在CarrizoAPU上應(yīng)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(shè)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(dāng)?shù)碾妷?。但是從能耗的角度來講，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 (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CarrizoAPU開始，這項電壓自適應(yīng)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(yīng)用的電源技術(shù)，被稱作自適應(yīng)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(yīng)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(biāo)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。