AMD终极APU深度解析：为省电拼了

    在日前的国际固态电路会议ISSCC 2015上，AMD又一次公布了下一代APU Carrizo的一些技术细节，但是不同于Intel大谈最擅长的半导体工艺，AMD在能效、功耗的优化方面做得很拼。

    【AMD APU融合梦终成真】

    我们知道，Carrizo是AMD融合战略四步走的最后一步。经过了Llano物理整合、Trinity/Richland互联增强、Kaveri统一寻址的持续铺垫之后，Carrizo将最终在架构、操作系统、加速计算等各个方面做到CPU/GPU的真正融合与异构计算，完整支持HSA 1.0异构系统架构标准。

    简单地说，经过四年多的发展，AMD的融合之梦终于要实现了。

    在这个大框架之下，Carrizo的各个模块都做到了极致。CPU架构升级到“挖掘机”(Excavator)，还是最多四模块八核心。它是“推土机”架构大家族的第四代、也是终极一代。虽然这种模块化架构设计理念在实际应用中的效果并不是十分理想，但是经过推土机、打桩机、压路机一路走来，AMD也榨干了它的每一分潜力，明年就将是全新的“Zen”了。

    GPU架构是最新版的GCN，可以叫做GCN 1.2，重点针对HSA异构计算进行优化，特别是无损Delta色彩压缩算法，可以有效提升内存带宽受限时的性能，这无疑是APU的福音。

    Carrizo还整合了南桥芯片，第一次在主流领域实现了SoC单芯片，提升了集成度，有利于降低系统复杂度和成本。

    这一系列的变化会在性能上带来多少提升还得等待实际产品，但是从目前的迹象看，AMD把更多的精力放在了能效、功耗方面，无论架构设计还是工艺制程都在为此服务。

    【Carrizo APU的能效优化之旅】

    AMD表示，APU这种设计体系本身就十分有利于节能降耗，CPU、GPU、多媒体加速、输入输出等诸多单元都整合在了单一芯片上，再加上高效精细的电源管理、高速通信、共享内存接口，都大大节省了能耗支出，还可以在不同单元之间灵活分配。

    HSA异构计算不但能够提升系统性能，让编程更灵活，在节能方面同样也有很大的意义。相比于独立的CPU、GPU，它能够更加高效地分配计算任务和资源，每次操作的功耗更低。Carrizo第一个完全实现了HSA，自然更上一个台阶。

    AMD的推土机家族是长流水线、高频率架构，但是最新的挖掘机通过高密度库设计(high-density library)，在工艺不变的前提下，晶体管数量增加了29％(31亿个)，同时还让CPU部分的面积减小了23％，部分模块甚至减小了30％以上，与此同时频率提高了，但功耗更低了，能效自然大大提升。

    挖掘机CPU还在现有功率和温度传感器的基础上，加入了十个适应性电压与频率感应模块(AVFS)，包含大约500个频率感应路径，能针对特定的性能、功耗设定最精确、最合适的优化运行点，在整个允许的电压和温度范围内全面优化能效。

    GPU方面，经过高密度功耗优化，漏电率得以降低18％，再结合其他改进，可以做到同等功耗下频率提升10％，或者同等频率下功耗降低20％。

    电源管理方面，AMD提出了电压自适应运行。电压波动一直是行业挑战，通常会在正常值上下10％范围内，这就会导致20％的能耗浪费(功耗与电压的二次方成正比)，AMD则通过在平均电压运行、降压时快速降低频率，可以避免绝大部分这种浪费。

    AMD宣称，自适应电压能让Carrizo CPU、GPU部分分别节省最多19％、10％的功耗。

    Carrizo还新增了S0i3待机状态，此时会关闭几乎全部运算单元，只保留部分输入输出和唤醒功能，功耗不足50毫瓦，而传统的S3待机状态只能做到1.5W以下。

    AMD还重申了此前提出的“25X20”计划：到2020年的时候，APU处理器的能效(性能功耗比)将会比现在提高25倍！

    为此，AMD将持续在电源管理、能效优化方面研发并启用新的技术，每一代新品都会加入一批。

    【Carrizo前景几何？】

    作为融合大计的收官之作，Carrizo有着承上启下的作用，既在软硬件层面彻底实现HSA异构计算，又将为APU的未来发展奠定基础，其重要性不言而喻。

    而在这关键的节点上，AMD并没有突出Carrizo的性能多么强大、功能多么齐全，而是大谈特谈能效、功耗。

    这是为何呢？一方面，Carrizo APU是重点针对笔记本、变形本等移动设备设计的，自然更需要高能效、低功耗；另一方面，节能减排是当今社会的大趋势，半导体产品也都在向这个方向努力；还有就是，APU本身定位主流和低端市场，并不刻意强调高性能，现在性能过剩的地方也很多，这一块自然不再是首要的。

    当然了，工艺是AMD的一个痛楚。由于已经变成无工厂芯片设计企业，工艺制程不在AMD自己的把握之中了，得看代工伙伴GlobalFoundries的脸色行事。目前，GlobalFoundries 20nm工艺还是不成熟，14nm工艺还得等一段时间，Carrizo APU只能继续沿用28nm工艺，在这一前提下优化能效、功耗的难度可想而知，不过从上述一系列介绍来看，Carrizo已经做到了能做的一切，还是值得赞许的。

    在PC行业整体的大趋势下，从Carrizo的定位看，AMD今年专攻移动市场(明年再出桌面版)，包括传统笔记本、轻薄本、变形本等等。当前市场条件下，这无疑是个明智的选择，近年来的APU也都得到了众多笔记本厂商的青睐，相信今年能看到更多的Carrizo本本上市。

    另外，Carrizo还有个更低功耗的衍生版本Carrizo-L，CPU架构是专为超低功耗领域设计的，整体更加节能，而且和Carrizo共享一个接口。二者联手，能更好地满足移动市场的需求，应用。升级也将会更加方便。■