AMD透露高性能、高能效系統級芯片“Carrizo”架構細節

　　近日AMD公司在國際固態(tài)電路會(huì )議(ISSCC)上透露，即將推出的專(zhuān)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(lái)多項全新的領(lǐng)先電源管理技術(shù)，并通過(guò)全新“挖掘機”x86 CPU核心和新一代AMD Radeon GPU核心帶來(lái)大幅的性能提升。通過(guò)使用真正的系統級芯片(SoC)設計，AMD預計Carrizo x86核心的功耗將降低40%，同時(shí)CPU、顯卡以及多媒體性能將比上一代APU大幅提升，預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(huì )上AMD演講內容的共同撰寫(xiě)者Sam Naffziger表示：“作為AMD持續創(chuàng )造偉大產(chǎn)品的一部分，我們設計的擁有領(lǐng)先功效及優(yōu)化性能的Carrizo將帶來(lái)主流AMD APU有史以來(lái)最佳的性能功耗比。自現代微處理器誕生以來(lái)，計算性能和能效取得了顯著(zhù)進(jìn)步。然而，新的制程工藝為能效帶來(lái)提升的速度已經(jīng)放緩，因此有必要開(kāi)創(chuàng )一個(gè)通過(guò)其它方式來(lái)提高處理器性能和效率的時(shí)代。AMD一直奉行通過(guò)異構系統架構(HSA)和專(zhuān)有電源管理技術(shù)來(lái)推動(dòng)性能和效率繼續增長(cháng)。即將推出的CarrizoAPU是AMD向25x20節能目標邁出的重要一步，其包含了豐富的新功能，并將在今后AMD的全線(xiàn)產(chǎn)品中得到應用。”

　　在ISSCC上公開(kāi)的全新Carrizo細節包括：

　　與上代“Kaveri”晶片面積幾乎相同，但晶體管數量增加29%;

　　全新“挖掘機”x86核心的每時(shí)鐘周期指令數得到提升，功耗降低40%;

　　全新Radeon GPU核心配備專(zhuān)用電源;

　　專(zhuān)用的片上H.265視頻解碼;

　　高達百分比兩位數的性能和電池續航時(shí)間提升;

　　首次在A(yíng)MD高性能移動(dòng)式APU上集成南橋

　　AMD公司院士兼設計工程師Kathy Wilcox在ISSCC會(huì )議的AMD環(huán)節上發(fā)表題為“針對能效和面積效率進(jìn)行優(yōu)化的28nm x86 APU”的演講，內容涵蓋了CarrizoAPU的技術(shù)、實(shí)施和電源管理特性。

　　架構的演進(jìn)

　　新的高密度設計庫使AMD能夠將比上一代KaveriAPU多29%的晶體管(31億個(gè))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。硬件內置H.265將支持真正的4K分辨率，有助于延長(cháng)電池續航，并在觀(guān)看兼容視頻流時(shí)減少對帶寬的需求。

　　額外的晶體管也讓Carrizo成為業(yè)內第一款設計符合由HSA基金會(huì )開(kāi)發(fā)的HSA 1.0規范的處理器。HSA讓編程加速器(如GPU)變得更為簡(jiǎn)單，可以理想地以較低的功耗實(shí)現更高的應用性能。

　　HSA在設計上的最大優(yōu)勢是Carrizo內部的異構統一尋址(hUMA)。CPU和GPU可以通過(guò)hUMA實(shí)現內存共享，兩者均可訪(fǎng)問(wèn)所有平臺的內存，并將數據分配給系統內存空間的任意位置。這種存儲一致性架構大大減少了完成多項任務(wù)所需的指令數量，從而使性能和能效得到提升。

　　全新節能特性

　　多項全新節能技術(shù)首次在CarrizoAPU上應用。為了解決瞬變電壓下降問(wèn)題(也被稱(chēng)作下垂)，傳統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的電壓。但是從能耗的角度來(lái)講，過(guò)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(guò)電壓意味著(zhù)大約20%的電力浪費)。

　　AMD已經(jīng)研發(fā)了多項技術(shù)來(lái)優(yōu)化電壓。最新的處理器可在大約數納秒或十億分之一秒內對平均電壓和瞬變電壓下降進(jìn)行比較。從CarrizoAPU開(kāi)始，這項電壓自適應操作功能將在CPU和GPU上同時(shí)啟用。由于頻率的調整是在納秒內完成，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(chēng)作自適應電壓和頻率調節(AVFS)。除了傳統溫度傳感器和功率傳感器，這項技術(shù)還采用了獨特的專(zhuān)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(gè)APU可以適應其特定的硅特性、平臺行為和操作環(huán)境。通過(guò)針對這些參數進(jìn)行實(shí)時(shí)調整，AVFS可降低多達30%的功耗。

　　除了通過(guò)減少核心面積來(lái)幫助降低CPU的功耗之外，AMD優(yōu)化的28nm制程技術(shù)帶來(lái)更佳的電源效率，并調諧GPU執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%。結合以上創(chuàng )新，AMD能效創(chuàng )新的目標在于繼續以已定型的、成本優(yōu)化的28nm制程工藝，達到與提升制程工藝相似的節能效果。