AMD Temash, Kabini и Richland – какими должны быть APU

На протяжении последних трех лет AMD ежегодно проводит конференцию — Tech Day, на которой анонсирует новые платформы. Первый раз мероприятие проходило в Абу-Даби, где базировалось подразделение AMD, а ныне находится независимая производственная компания Global Foundries. Второй раз — в Остине, штат Техас, где располагается штаб-квартира всея AMD. Третий же раз — совсем недавно — Tech Day было решено провести в городе Торонто, округ Онтарио, Канада. Сам Торонто с AMD особо ничего не связывает, но в Онтарио находится очень важное для компании место — город Маркхэм, в котором расположен бывший центральный офис компании ATI, а ныне один из основных офисов AMD.

На самом деле, Tech Day – это краткое название. Полное длиннее на три буквы — APU Tech Day. В рамках первого из них свет увидели чипы Llano, на следующем были представлены Trinity... догадываетесь, что происходило на Tech Day в нынешнем году? Вот об этом и поговорим.

Помните, пару лет назад мы рисовали картинку с матрешками, которые соответствовали всяческим маркетинговым названиям — их AMD раздает своим архитектурам, процессорам и понятиям щедрой рукой создателя в огромных количествах. Рисовали мы ее не от хорошей жизни, а оттого, что разобраться в терминологии AMD без поллитрыкартинки было решительно невозможно. Vision? Fusion? Чем Husky отличается от Llano? «Матрешек» с грехом пополам хватило на два года: на второй год их можно растянуть, если Llano поменять на Trinity, а Husky – на Piledriver, ибо остальное толком не менялось. До этого дня. Теперь наших заслуженных матрешек однозначно пора отправлять на покой: AMD перевернула все позиционирование с ног на голову, выпустив три новых линейки APU.

Мы сейчас будем говорить только о мобильных устройствах. Но для того чтобы запутаться, достаточно их одних. Раньше позиционирование было сравнительно простым: для ноутбуков — Llano, а впоследствии — Trinity, для нетбуков — Zacate и Ontario (практически идентичные), для планшетов, которых мы толком и не видели, Desna. То есть для устройств разного типа — разные чипы. Теперь все немного не так.

В 2013 году выходят три семейства чипов: Temash, Kabini и Richland. Главная проблема для конечного пользователя во всем этом разнообразии такова: он вряд ли сможет быстро понять, что представляет собой процессор в интересующем его устройстве. Во-первых, архитектурно похожие между собой Temash и Kabini сильно отличаются от Richland. Во-вторых, по славной традиции в AMD перемешали семейства и модельные номера: в Temash встречаются APU с номерами, начинающимися на A4 и A6, в теоретически более мощном Kabini – они же, но к ним почему-то добавляются E1 и E2, которые раньше доставались только слабеньким чипам семейства Brazos... В общем, надо разбираться. Начнем разбираться издалека — с архитектуры.

⇡#Jaguar – новая архитектура ядер с низким энергопотреблением

Ядра Bobcat, встречавшиеся в процессорах Brazos, сослужили верную службу AMD, но не позволили ей пробиться в наиболее лакомый нынче сегмент рынка — в планшеты. Чтобы туда попасть, требовалось снизить энергопотребление, при этом не потеряв в производительности. Именно этой цели и служат ядра Jaguar.

Jaguar – процессорная архитектура, которая пришла на смену Bobcat. При создании новой архитектуры перед разработчиками стояли три основные цели. Во-первых, поднять производительность в рамках прежнего теплопакета. Во-вторых, привести ультрамобильные процессоры AMD к современному виду за счет добавления дополнительных наборов инструкций и специфических блоков. В-третьих, оптимизировать энергопотребление, чтобы мобильные устройства начали жить по-настоящему долго от одного заряда батареи.

Похоже, все три цели удалось реализовать. Во-первых, при сохранении прежних напряжений удалось поднять тактовые частоты. Сделано это благодаря переходу на 28-нм техпроцесс и добавлению еще одного этапа декодирования — в Bobcat именно декодер был «бутылочным горлышком», ограничивающим максимальную частоту. К тому же повышена и удельная производительность — ядра Jaguar исполняют больше инструкций за такт. Добавились дополнительные планировщики, улучшенный аппаратный делитель, 128-битные блоки для работы с плавающей запятой, еще одна ступень в конвейере и многое другое, что непосредственным образом влияет на производительность.

Что действительно повлияло на прирост производительности ядер Jaguar, так это новый блок внеочередного исполнения инструкций и принципиально измененная работа с кешем. В процессорах с архитектурой Bobcat (напомним, максимум двухъядерных) кеш распределялся между ядрами предельно просто: по 32 Кбайт первого уровня и по 512 Кбайт второго уровня на ядро. Кеш был независимым, то есть своим для каждого ядра, и эксклюзивным, то есть записи из кеша L1 не дублировались в L2. У Jaguar общий объем кеша второго уровня достигает 2 Мбайт, при этом он общий для всех ядер и инклюзивный, что немного снижает его полезный объем, зато ускоряет работу. Общий кеш можно более рационально распределять между активными ядрами, а главное, он позволяет ядрам эффективнее взаимодействовать друг с другом.

Во-вторых, в Jaguar добавили просто огромное количество инструкций, которых не было в достаточно примитивных ядрах Bobcat. Появилась поддержка наборов SSE 4.1 и 4.2, AES и CLMUL, инструкции MOVBE для изменения порядка байтов (big end ↔ little end), добавился набор векторных команд AVX и инструкций Xsave и Xsaveopt, а также инструкции F16C для вычислений с плавающей запятой с половинной точностью. Ядра Jaguar умеют работать с 40-битными адресными пространствами, что потенциально расширяет максимальный объем оперативной памяти до терабайта. Плюс к этому усовершенствована работа с виртуализацией. В общем, произведено масштабное обновление.

В-третьих, значительно улучшены схемы Clock Gating, позволяющие не посылать тактовые импульсы на неиспользуемые узлы и блоки, тем самым снижая энергопотребление кристалла. Также весь дизайн ядра был перепланирован и упрощен с топологической точки зрения — все с той же целью уменьшения аппетита чипа. Заодно это позволит с меньшим количеством проблем переносить производство Jaguar между фабриками. Пусть с архитектурной точки зрения в Jaguar все еще осталось немало от Bobcat, из которого, собственно, он и вырос, но новое ядро очень во многом отличается.

Дизайн Jaguar заточен под 28-нм техпроцесс, в то время как ядра Bobcat, напомним, предназначались для производства в рамках 40-нм техпроцесса. Это еще одна веская причина для снижения энергопотребления и увеличения производительности. Площадь 40-нм ядра Bobcat составляла 4,9 мм², в то время как ядро Jaguar занимает всего 3,1 мм². Теперь, представляя себе, что такое Jaguar, можем переходить к самим новым APU.

⇡#Temash – для устройств с очень низким энергопотреблением

Temash – это семейство APU с TDP от 3,9 до 9 Вт, то есть с очень низким тепловыделением. Предназначено оно в первую очередь для планшетов, а также для устройств новых типов, которые, по мнению AMD, в ближайшем будущем наводнят рынок. К таковым принадлежат так называемые Performance tablets – мощные планшеты, маленькие ноутбуки с сенсорными экранами и уже знакомые многим гибриды — планшеты с отстегивающейся клавиатурной док-станцией. AMD относит Temash к «элитным APU», то есть устройства на таких чипах не будут совсем уж дешевыми.

Temash – это 2- или 4-ядерные APU на базе ядер Jaguar и со встроенным графическим ускорителем, построенным на архитектуре Graphics Core Next. Графический блок состоит из двух Compute Unit по 64 потоковых процессора в каждом. Частота процессорных ядер во всех трех представленных Temash составляет 1 ГГц, но в случае единственного четырехъядерника — A6-1450 – она может подниматься до 1,4 ГГц. Частота графики меняется от 225 МГц у младшего двухъядерника A4-1200 до 400 МГц у того же A6-1450.

Интересно то, что даже в самом младшем процессоре с TDP 3,9 Вт стоит графическая часть с тем же количеством потоковых процессоров, что и в остальных, — строго 128. AMD только понижала частоты по мере перехода к меньшим TDP. То есть скоро мы можем увидеть планшеты с очень неплохой игровой производительностью.

Прирост этой самой производительности у Temash по сравнению с предшественниками — Ontario и Zacate — по данным AMD может достигать 100-200%. Не в последнюю очередь за это стоит благодарить GPU: 128 потоковых процессоров с архитектурой GCN – это явно лучше, чем 80 построенных на архитектуре VLIW.

⇡#Kabini – для «обычных» ноутбуков

Если считать, что семейство Temash — это платформа для создания планшетов (и умеющих превращаться в планшеты ноутбуков), то Kabini созданы для более привычных массовому потребителю недорогих портативных компьютеров. Благодаря сравнительно небольшому энергопотреблению младшие модификации Kabini можно будет встретить не только в бюджетных ноутуках, но и, скорее всего, в некоторых планшетах а-ля Acer Iconia W700 .

Итак, Kabini – это 2- либо 4-ядерные APU с процессорными ядрами Jaguar и графикой GCN. Тепловой пакет этих чипов варьируется в зависимости от модели в пределах от 9 до 25 Вт. Частоты процессорных ядер укладываются в рамки от 1 до 2 ГГц, а графики — от 300 до 600 МГц.

Можно сказать, что, по сути, Kabini – это слегка разогнанные Temash с соответственно выросшим тепловыделением. И это будет действительно недалеко от правды, тем более что в этих семействах есть много общих наработок.

Например, в чипах Kabini и Temash использованы новые способы распределения тепла. Отныне производительность чипа определяется в первую очередь возможностями системы охлаждения: если тепло отводится хорошо, частота ядер будет выше. Большинство задач немалую часть времени задействуют лишь одно процессорное ядро. В этом случае оно работает на максимальной частоте, а остальные отключены — при этом они служат радиаторами для отвода тепла от активного ядра. Если требуется активировать второе ядро — они оба начинают работать на чуть заниженной частоте, а оставшиеся два все так же отводят тепло. Все четыре одновременно работают на еще меньшей частоте.

Для такой регулировки требуются более точные замеры температуры — в Kabini и в Temash температурные датчики есть в каждом процессорном ядре, в GPU, в блоке вывода изображения на дисплей и в южном мосту, который AMD называет Fusion Controller Hub. Информация с этих датчиков используется центральным контроллером для построения общей тепловой картины и определения тепловых нагрузок.

Здесь же имеет смысл упомянуть технологию AMD Turbo Dock, общую для Temash и Kabini. В AMD решили, что в док-станцию можно встроить не только батарею, клавиатуру и сколько-то портов, но и приличный кулер, который позволяет отводить от APU еще больше тепла. А раз возможности чипа определяются именно температурными условиями, то дополнительный вентилятор из Turbo Dock позволяет ему разогнаться до больших частот. По прикидкам инженеров, Turbo Dock может повысить TDP APU аж в два раза, а производительность — где-то на 40%

По сравнению с APU Brazos и Trinity чипы, пришедшие им на замену, демонстрируют вполне приличный прирост производительности, а вместе с ним — и снижение энергопотребления. То есть по производительности на ватт новое поколение APU на голову выше старого — а это действительно важно.

Пожалуй, тут стоит упомянуть еще один момент. Помимо Kabini и Temash, существует еще пара чипов, основанных на ядрах Jaguar и графике GCN: это SoC, установленные в Xbox One и PlayStation 4. В каждой из консолей стоит восьмиядерный процессор — блок из двух четырехъядерных чипов Jaguar.

⇡#Richland — для максимально производительных ноутбуков

Заметьте, в подзаголовке мы не сказали, ноутбуков какого размера. Потому что Richland предназначены как для геймерских «семнашек», так и для ультратонких, но мощных «тринашек». Чип Richland состоит из 2 или 4 ядер общего назначения Piledriver и сравнительно мощного видеоадаптера семейства Radeon HD 8000G. Можно сказать, что это Trinity, только обновленные и улучшенные: дополнительно оптимизировано энергопотребление, немного перенастроен техпроцесс и так далее. Сказалось это в первую очередь на времени автономной работы, но и на производительности — тоже.

Выпускаться чипы Richland будут по старому, 32-нм техпроцессу, из-за чего в AMD смогли лишь чуть-чуть поднять частоты. Самый мощный мобильный APU Trinity — A10-4600M – работал на базовой частоте 2,3 ГГц, а разгон за счет Turbo Core поднимал ее максимум до 3,3 ГГц. Наиболее продвинутый чип Richland — A10-5757M – трудится на частоте 2,5 ГГц, которая благодаря Turbo Core поднимается до 3,5 ГГц. То есть по частотам вся прибавка — 200 МГц. Более существенная в относительном масштабе прибавка досталась видеоускорителю — базовая частота графики выросла с 497 МГц в A10-4600M до 600 в A10-5757M, а максимальная — c 686 до 720 МГц. Ядер в ускорителе под именем Radeon HD 8650G все так же 384. TDP самого мощного Richland составляет стандартные 35 Вт.

Что примечательно, бывают также процессоры Richland с пониженным до 25 Вт теплопакетом, а бывают и сверхэкономичные — 17 или 19 Вт, такие AMD планирует ставить в ультратонкие ноутбуки. Особенно интересным среди них выглядит чип A8-5545M — единственный четырехъядерник с 19-Вт теплопакетом и графическим адаптером Radeon HD 8410G с полным набором (384 штуки) потоковых процессоров. Четырехъядерность тут совсем не лишняя: все-таки два ядра Piledriver — это, как вы помните, не совсем полноценные два ядра.

AMD постаралась, насколько могла, подтянуть все аспекты, в которых отставала от Intel. Например, в Richland предусмотрена технология AMD Start Now, благодаря которой ноутбуки с этими процессорами выходят из состояния сна максимально быстро — как заправские ультрабуки.

Процессоры Richland обросли всяческой дополнительной функциональностью — возможностью распознавания лица вместо ввода пароля, дублирования изображения по беспроводному каналу — причем с меньшими задержками, чем в случае Intel Wi-Di, — и так далее, и тому подобное. А в качестве приятного бонуса покупатели ноутбуков на базе самых мощных Richland (A10) получат набор игр — далеко не самых дешевых.

⇡#Заключение

Мы кратко рассмотрели три новых линейки APU AMD для мобильных устройств. Temash и Kabini, без сомнения, найдут свое место на рынке, ведь архитектура Jaguar – это чуть ли не лучшее, что случилось с техасско-канадской компанией за последние несколько лет: еще не успев выйти, она уже используется в двух очень массовых продуктах — консолях Sony и Microsoft. Судьба Richland кажется более туманной — теоретически в этом году должны выйти чипы Kaveri с новой процессорной архитектурой, лучше взаимодействующей со встроенной графикой. Возможно, производство чипов Richland свернут еще до того, как продукты на их основе начнут появляться на полках.

Напоследок — щепотка соли: какими бы хорошими ни были чипы AMD, однозначно предсказать их судьбу невозможно. Ее определяет не столько AMD, которая сделала все, что могла и не могла, сколько производители конечных устройств. А они чаще всего на базе чипов AMD делают откровенно бюджетные — в плохом смысле этого слова — продукты. То есть из дешевого, скрипучего пластика, с плохоньким дисплеем, на тяжелом, громоздком шасси. Ради чипов AMD не принято создавать интересные дизайны ноутбуков — и очень жаль. Будем надеяться, что Temash и Kabini удастся переломить сложившуюся тенденцию — все предпосылки к этому есть.

За сим позвольте откланяться и передать слово Алексею Дрожжину, который успел протестировать эталонный ноутбук на базе процессора Kabini A4-5000 и теперь делится полученными впечатлениями.