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AMD透露高性能、高能效系統級芯片“Carrizo”架構細節

2015-02-25 21:32:09 本站原創

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近日AMD公司（NASDAQ：AMD）在著名的國際固態電路會議（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先電源管理技術，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級芯片（SoC）設計，AMD預計Carrizox86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。

AMD公司院士及此次ISSCC會上AMD演講內容的共同撰寫者Sam Naffziger表示：“作為AMD持續創造偉大產品的一部分，我們設計的擁有領先功效及優化性能的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放緩，因此有必要開創一個通過其它方式來提高處理器性能和效率的時代。AMD一直奉行通過異構系統架構（HSA）和專有電源管理技術來推動性能和效率繼續增長。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的全線產品中得到應用。”

在ISSCC上公開的全新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核心的每時鐘周期指令數得到提升，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；
高達百分比兩位數的性能和電池續航時間提升；
首次在AMD高性能移動式APU上集成南橋

AMD公司院士兼設計工程師Kathy Wilcox在ISSCC會議的AMD環節上發表題為“針對能效和面積效率進行優化的28nm x86 APU”的演講，內容涵蓋了CarrizoAPU的技術、實施和電源管理特性。

架構的演進

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）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，有助于延長電池續航，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成為業內第一款設計符合由HSA基金會開發的HSA 1.0規范的處理器。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更高的應用性能。

HSA在設計上的最大優勢是Carrizo內部的異構統一尋址（hUMA）。CPU和GPU可以通過hUMA實現內存共享，兩者均可訪問所有平臺的內存，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

多項全新節能技術首次在CarrizoAPU上應用。為了解決瞬變電壓下降問題（也被稱作下垂），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^{^[1]}（即10%的過電壓意味著大約20%的電力浪費）。

AMD已經研發了多項技術來優化電壓。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行比較。從CarrizoAPU開始，這項電壓自適應操作功能將在CPU和GPU上同時啟用。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，被稱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，這項技術還采用了獨特的專利技術：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可以適應其特定的硅特性、平臺行為和操作環境。通過針對這些參數進行實時調整，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優化的28nm制程技術帶來更佳的電源效率，并調諧GPU執行以在功耗受限情況下達到最佳運行狀態。在相同頻率下，功耗比Kaveri顯卡降低多達20%。結合以上創新，AMD能效創新的目標在于繼續以已定型的、成本優化的28nm制程工藝，達到與提升制程工藝相似的節能效果。