AMD presenta, in occasione dell’ISSCC (International Solid State Circuits Conference), maggiori dettagli sulla nuova generazione di APU A-Series, nome in codice “Carrizo”, progettata per notebook e PC desktop a basso consumo e caratterizzata da una serie di nuove ed evolute tecnologie per la gestione dei consumi e da sostanziali incrementi prestazionali resi possibili dai nuovi core CPU x86 “Excavator” e dalla nuova generazione di core GPU AMD Radeon™. Progettato fin dall’inizio come System-on-Chip (SoC), AMD prevede una riduzione del consumo dei core x86 pari al 40%, a fronte di sostanziali miglioramenti relativi alle prestazioni di calcolo, grafiche e multimediali rispetto alla generazione di APU precedente.

“A fronte del nostro continuo impegno di realizzare prodotti innovativi, le migliorie in termini di potenza e prestazioni che abbiamo progettato per le nuove APU ‘Carrizo’ permetteranno di ottenere il più elevato incremento nel rapporto performance-per-watt mai registrato nelle nostre APU mainstream”, spiega Sam Naffziger, AMD Corporate Fellow e coautore della presentazione di AMD in occasione dell’ISSCC. “Dalla nascita dei moderni microprocessori, abbiamo assistito a importanti miglioramenti in termini di prestazioni e di efficienza energetica. Tuttavia, i benefici derivanti dai miglioramenti nel processo produttivo hanno subito un rallentamento, dando inizio a un’era in cui sono necessari modi alternativi per migliorare le prestazioni e l’efficienza. AMD ha sostenuto lo sviluppo dell’architettura HSA (Heterogeneous System Architecture) e di tecnologie proprietarie per la gestione dei consumi, in modo da permettere miglioramenti prestazionali continuativi. Le APU ‘Carrizo’ rappresentano un grande passo in avanti nel raggiungimento dell’obiettivo di efficienza energetica 25x20 fissato da AMD, e includono una serie di nuove caratteristiche che verranno in futuro estese alla nostra intera linea di prodotti”.

Le principali caratteristiche di “Carrizo” illustrate nel corso dell’ISSCC comprendono:

•         29% di transistor in più all’interno di un die di dimensioni simili a quelle del suo precedessore, “Kaveri”;
•         nuovi core x86 “Excavator” che offrono un incremento in termini di istruzioni-per-clock a fronte di consumi del 40% inferiori;
•         nuovi core GPU Radeon con alimentazione dedicata;
•         decoder video H.265 integrato e dedicato;
•         incrementi prestazionali e di autonomia misurabili nell’ordine della doppia cifra;
•         Southbridge integrato (per la prima volta in un’APU ad alte prestazioni di AMD).

Maggiori dettagli verranno offerti nel corso della sessione “A 28nm x86 APU Optimized for Power and Area Efficiency”, a cura di Kathy Wilcox, AMD Fellow and Design Engineer, che si tiene in occasione dell’ISSCC. La presentazione sarà dedicata alla tecnologia, all’implementazione e alle tecnologie per la gestione dei consumi energetici che caratterizzano le APU Carrizo.

Miglioramenti architetturali

La disponibilità di nuove librerie ad alta densità ha permesso a AMD di inserire il 29% di transistor in più all’interno di Carrizo, arrivando a un totale di 3,1 miliardi, mantenendo all’incirca le stesse dimensioni delle APU della generazione precedente (“Kaveri”). Questo incremento in termini di densità ha permesso di riservare un’area maggiore per la gestione della grafica, dei contenuti multimediali e per l’integrazione del controller “Southbridge” sullo stesso chip. Il miglioramento del supporto multimediale include inoltre il nuovo standard video H.265 ad alte prestazioni e raddoppia il numero di motori dedicati alla compressione video rispetto al suo precedessore. L’inclusione di H.265 nell’hardware permetterà di supportare realmente la risoluzione 4K, incrementare l’autonomia e ridurre le richieste di bandwidth durante lo streaming dei contenuti video compatibili.

La disponibilità aggiuntiva di transistor permette inoltre a Carrizo di diventare il primo processore progettato per rispettare le specifiche HSA 1.0 sviluppate dall’HSA Foundation. HSA semplifica sensibilmente la programmazione di acceleratori come la GPU, aprendo la via a maggiori prestazioni a fronte di consumi energetici più contenuti.

Il principale vantaggio di progettazione che riguarda Carrizo è tuttavia legato al supporto alla tecnologia hUMA (heterogeneous Unified Memory Access). Grazie a hUMA, la CPU e la GPU condividono la stessa memoria indirizzabile. Entrambe possono infatti accedere a tutta la memoria e allocare i dati in qualsiasi punto all’interno dello spazio disponibile. Questa architettura permette quindi di ridurre in modo sensibile il numero di istruzioni richiesto per completare un singolo compito, incrementando sia le prestazioni che l’efficienza energetica.

Nuove caratteristiche per l’efficienza energetica

La nuova APU Carrizo vede il debutto di diverse nuove tecnologie pensate per ottenere una maggiore efficienza energetica. Per far fronte a eventuali cali di tensione, i processori forniscono tradizionalmente un voltaggio nell’ordine del 10-15% superiore, in modo da assicurare che il processore disponga sempre del voltaggio corretto. Un eccessivo voltaggio è tuttavia costoso in termini di consumo energetico, in una proporzione che corrisponde al doppio dell’incremento percentuale dell’aumento di voltaggio ^[1] (il 10% di sovra-voltaggio corrisponde a uno spreco del 20% circa).

AMD ha quindi sviluppato una serie di tecnologie per ottimizzare la gestione del voltaggio. I processori più recenti mettono infatti a confronto il voltaggio medio con gli eventuali cali (droops) con una frequenza nell’ordine dei nanosecondi o miliardesimi di secondo. A partire dall’APU Carrizo, questa funzione adattiva di voltaggio è operativa sia sulla CPU che sulla GPU e, dal momento che le regolazioni vengono effettuate nell’ordine dei nanosecondi, non vi è praticamente alcun compromesso in termini di prestazioni di elaborazione, mentre il consumo energetico è ridotto fino al 10% nella GPU e fino al 19% nella CPU.

Un’altra tecnologia che fa il suo debutto con Carrizo è AVFS (adaptive voltage and frequency scaling), e riguarda l’implementazione di sensori brevettati in silicio che rilevano la velocità e il voltaggio, insieme a quelli tradizionali dedicati alla temperatura e ai consumi. I sensori di velocità e voltaggio permettono quindi a ogni APU di adattarsi alle caratteristiche specifiche del proprio silicio, al comportamento della piattaforma e all’ambiente operativo. Grazie alla possibilità di adattarsi in tempo reale a questi parametri, la tecnologia AVFS può portare a un risparmio energetico fino al 30%.

Infine, oltre alla riduzione della dimensione dei core CPU allo scopo di contenere i consumi, AMD ha lavorato sull’ottimizzazione del processo produttivo a 28nm per ottenere una maggiore efficienza energetica e regolato l’implementazione della GPU per un funzionamento ottimale nei casi in cui l’energia a disposizione è limitata. Il risultato, a parità di frequenza, è una riduzione dei consumi del 20% rispetto a Kaveri. Nel complesso, le innovazioni di AMD per il miglioramento dell’efficienza energetica sono state progettate per permettere una riduzione dei consumi insieme a un miglioramento del processo produttivo, ottimizzando quindi i costi relativi al processo a 28nm che viene comunque conservato.