AMD Carrizo – HSA v praxi aneb představuje AMD budoucnost mobilních procesorů?
26. 11. 2014 08:00 Rubrika: Technologie Autor: Jakub Pavlis
Přestože nástupce čipové řady Kaveri od AMD byl anoncován až na první čtvrtletí příštího roku, výrobce stihne první mobilní varianty dodat už na Vánoce. Carrizo by se měl pyšnit celou řadou novinek a úprav, takže minimálně ve filosofii a směřování by měl být nějaký ten krok napřed oproti mnohem konzervativnějšímu Intelu. Pojďme se na hlavní změny podívat blíže.
AMD se v současnosti soustředí především na práci na procesorech pro mobilní segment, přestože v něm má jen velice nízký tržní podíl a z určitého úhlu pohledu je dnes vlastně hlavním byznysem dřívější akvizice od ATI – výroba grafických procesorů. AMD však chce na trhu s výpočetními procesory zůstat stůj co stůj a tak se snaží – marketingově třeba důsledným používáním názvu APU (Accelerated Processing Unit), i když v praxi má Intel totéž, tedy blízce integrovaná výpočetní a grafická jádra. AMD chce však být o krok napřed, takže by bylo rádo, aby se místo „výpočetní a grafická“ používalo spíše „sériová (nebo pro odborníky lépe skalární) a paralelní“.
Jak se zjistilo už dávno, v dřevní době počítačových her, zpracování grafických dat je mnohem efektivnější a rychlejší, probíhá-li jiným způsobem, než u dat konvenčnějších. Dnes jsme tedy v situaci, kdy konvenční procesory mohou počítat grafiku, ovšem jejich síla leží v rychlých sériových výpočtech, a grafické karty běžně počítají řadu dalších úloh, pokud jsou potřeba jednodušší výpočty probíhající vysoce paralelně. Obě části si však často data musí vyměňovat, což znamená spoustu kopírování, přesunů mezi jádry a pamětí, někdy také transformaci, překlad těchto dat do podoby srozumitelné pro druhé jádro. To stojí spoustu času i energie.
AMD se tedy soustředilo na možnost dále integrovat výpočetní a grafické (sériové a paralelní) jádro a propojit je s jedinou společnou pamětí. Tento postup není výhradní doménou AMD, zaštiťuje ho HSA Foundation, neziskovka spojující celou řadu výrobců hardware i software a univerzit, které spolupracují na vytvoření otevřeného standardu pro heterogenní výpočetní prostředí.
V současné době AMD nabízí pro mobilní segment tři řady procesorů – výkonnější Kaveri s jádry Steamroller, nízkovýkonnou řadu Beema s TDP kolem 10 W a ultramobilní Mullins s TDP kolem 2 W, obě druhá jádra postavená na architektuře Puma. Benefity HSA prostředí se chlubilo už Kaveri, ovšem byly to právě jen „benefity“, nikoliv plná podpora. V nové architektuře by HSA 1.0 mělo být podporováno zcela. HSA (Heteronymous System Architekture) umožní softwaru lépe využít možností a výkonu hardwaru. Grafický čip se tak stává součástí procesoru – skalární i paralelní část má společnou univerzální paměť a čip dokáže automaticky přepínat mezi jednotlivými částmi podle konkrétní úlohy bez předchozího zásahu programátora. Všechny části tedy používají totožný adresový prostor (virtuální i fyzický) a akcelerace je možná v jazycích jako Java, C++ AMP a Python.
Za mobilní čipy Kaveri by měl v prvním čtvrtletí příštího roku přijít nástupce, který je stále rozvojem architektury Bulldozer (stejně jako Steamroller a Piledriver), ovšem s výraznými vylepšeními a jménem Excavator (volně přeložitelné jako bagr). Výroba bude stále 28nm procesem od Global Founderies a je téměř zázrak, co vše dokáží inženýři od AMD vykouzlit s tímto v podstatě zastaralým postupem. Hlavní pozornost je soustředěna na efektivitu, tedy poměr výpočetního výkonu a spotřebované energie, do závodu o hrubý výkon se AMD moc nezapojuje a obecně se neočekává jeho výrazné navýšení nebo zrychlení frekvencí, přínosem nové architektury by mělo být méně produkovaného tepla a menší příkon, tedy lepší výdrž na baterie a snazší chlazení.
APU Kaveri jsou určena pro rozsah TDP 15 – 95 W, Carrizo by si mělo vystačit s 12 – 65 W, počítá se s podporou DDR4 pamětí a instrukcí použitých v Intel Haswell generaci – AVX2 a BMI2, a RDRAND (už od Ivy Bridge). U DDR4 řadičů je ovšem pravděpodobné nasazení až pro některou z inovovaných verzí, dost možná až po tom, co se do nich pustí Intel, zatím jsou tyto paměti drahé a špatně dostupné.
Grafické jádro bude opět převzaté z Radeonů, půjde tedy o architekturu GCN s plnou podporou DirectX 12, schopností dekódovat až 18 Full HD streamů, případně komprimovat až 9 streamů. To by mělo bez problémů dostačovat pro práci s 4k videem, AMD však zatím neuvedlo, jak to bude s hardwarovou podporou kodeku H.265. APU by mělo podporovat až 3 obrazové výstupy, HDMI 2.0 i sběrnici PCI-Express 3.0.
Fyzicky by mělo jít o úplný SoC (Systém-on-Chip) s integrovaným jižním můstkem, čtyřmi skalárními jádry Excavator a osmi grafickými GNC jádry. Paměťová cache bude mít kapacitu 2 MB ve druhém stupni (L2). Je možné, že v nejvyšších modelech dojde i k integraci grafické paměti v podobě 20nm HBM (High Bandwidth Memory), vrstvené paměťové die na velmi rychlé sběrnici připojené přímo k hlavnímu čipu – JEDEC na ně již vyvinul specifikaci. Podobně funguje GPU od AMD používané v Xboxu 360.
Součástí čipu bude i ARM TrustZone část sloužící k výpočtů pro šifrování a zabezpečení výpočtů i komunikace.
Druhou představenou řadou je Carrizo-L, nejde však o low-voltage variantu, ale samostatnou řadu, které bude fungovat na stejných principech a dostane stejné technologie, ovšem skalární výpočty budou zajišťovat čtyři inovovaná jádra Puma+. TDP by mělo činit 10 – 25 W. Carrizo-L bude na trhu k dispozici už o Vánocích, ale i plnohodnotné Carrizo s jádry Excavator je už ve stádiu běžících výrobních vzorků.
AMD dokáže s téměř „předpotopními“ výrobními technologiemi kouzlit a někdy se zdá, jakoby dělala pro Intel „průzkum půdy“. Mně osobně vize AMD často přijdou mnohem zajímavější a zábavnější, Intel zase pracuje systematičtěji a dokáže na svém byznysu mnohem lépe vydělat. Ale pokud se poohlížíte po mobilním zařízení a nejvyšší možný výkon není vaší prioritou, stojí za to vzít APU od AMD do úvahy, i když vás netlačí cena, kterou koneckonců AMD bojuje nejčastěji.
