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AMD Carrizo: i segreti della nuova APU con core Excavator

Carrizo a nudo. La nuova APU di AMD prodotta a 28 nanometri, anticipata lo scorso novembre e indirizzata al settore dei notebook, è stata finalmente svelata in dettaglio.

AMD Carrizo

Carrizo offre un massimo di quattro core basati su architettura x86 Excavator ottimizzata per i bassi consumi (+5% nelle prestazioni per ciclo di clock, -40% nei consumi e -23% nell'area occupata rispetto ai core Steamroller) e una grafica Radeon di nuova generazione (DirectX 12, API Mantle e Dual Graphics).

AMD Carrizo schema

Secondo l'azienda le otto unità grafiche (CU, compute unit) consumano il 20% in meno rispetto alla GPU presente sui chip Kaveri. Con Carrizo AMD ha inoltre integrato su un singolo die sia l'APU che il Southbridge.

AMD Excavator librerie alta densità

Nel complesso la nuova APU ha il 29% di transistor in più di Kaveri (per un totale di 3,1 miliardi) ma occupa un'area simile. Com'è possibile? Il segreto sta principalmente in un design "high-density library" dei core x86 Excavator, che permette di avere una maggiore densità dei componenti all'interno delle stesse dimensioni strutturali.

AMD Carrizo dispersione

Carrizo, al pari dell'attuale Kaveri, integra anche un "AMD Secure Processor" con tecnologia ARM TrustZone, pensato per offrire più sicurezza in hardware. Con la nuova APU l'azienda mette a disposizione anche il supporto H.265 e prestazioni in transcodifica 3,5 volte superiori rispetto all'APU Kaveri.

Consumi GPU AMD Carrizo

Carrizo rappresenta inoltre il primo processore totalmente compatibile con HSA (Heterogeneous Systems Architecture) 1.0. I core dei processori e le unità grafiche lavorano meglio tra loro, grazie a una memoria condivisa e alla suddivisione dei compiti in base alle peculiarità. La GPU non si occupa più solo di grafica, ma anche di dati una volta riservati al processore, con il vantaggio che se si tratta di calcoli altamente parallelizzati, lo fa più rapidamente e consumando meno.

Già, i consumi. Sulla base dell'indirizzo di mercato AMD ha lavorato moltissimo anche sull'efficienza energetica. Processore e GPU sanno esattamente quanto stanno consumando e questo consente una gestione della richiesta energetica e un indirizzamento del carico migliori. Anche l'interfaccia di memoria condivisa tra CPU e GPU aiuta a ridurre i consumi.

AMD roadmap 2015 mobile

AMD Carrizo, roadmap mobile – clicca per ingrandire

Per quanto concerne il chip grafico integrato l'azienda di Sunnyvale è riuscita a ridurre la dispersione di energia del 18%. Questo, insieme ad altre modifiche, permette di avere una frequenza superiore del 10% con gli stessi consumi o fino al 20% di energia consumata in meno alla stessa frequenza.

Con Carrizo AMD ha anche lavorato per ridurre il rumore indesiderato della tensione che emerge nei prodotti ad alte prestazioni. Le variazioni che si verificano solitamente sono pari al 10% del valore nominale (il che significa che almeno il 20% dell'energia è sprecata per coprire le variazioni di tensione).

AMD A10-7850K AMD A10-7850K
AMD A8-5600K AMD A8-5600K

La tecnologia "Voltage Adaptive Operation", già presente in Kaveri ma in questo caso ulteriormente migliorata, recupera gran parte di quell'energia sprecata consentendo di operare a una tensione media e abbassando rapidamente la frequenza per brevi periodi quando la tensione si riduce. Applicando questa tecnologia sia alla CPU che alla GPU AMD ha ottenuto un risparmio energetico per le due unità rispettivamente del 19% e del 10%.

AMD Carrizo AVFS

La tecnologia AVFS (Adaptive Voltage and Frequency Scaling) è un altro tassello che permette un ulteriore miglioramento delle prestazioni per watt. Supponendo che le frequenze adattive siano inferiori a quelle globali, la frequenza di clock effettiva può essere manipolata con un semplice divisore di frequenza, impostando allo stesso tempo una tensione inferiore (Vdd).

Efficienza energetica AMD Carrizo

Questo divisore è in realtà solo un contatore, che conta i cicli di clock globali prima di innescare qualche evento. Tale cambiamento di stato può essere usato per scalare di conseguenza la tensione. Nel caso in cui però si verifichino grandi variazioni di carico e differenze di tensioni elevate, tutto diventa molto meno efficiente. Ed è qui che entra in gioco AVFS: piuttosto che operare una regolazione lineare, opera su differenti soglie differenti per modificare la frequenza e la tensione.

Nell'immagine sotto frequenza e tensioni sono abbassate quasi simultaneamente a un valore chiaramente definito. Seguendo il picco di carico, la soglia modificata porta ad avere una prestazione di frequenza più lineare, aumentando di conseguenza la frequenza di clock disponibile mediamente.

AMD Carrizo AVFS

Queste prestazioni più "lineari" sono però solo una parte dell'equazione. La regolazione richiede dati. Oltre ai classici sensori di temperatura e tensione, le informazioni arrivano anche da 10 moduli AVFS con un totale di 500 path "sensibili alla frequenza" che monitorano le rispettive sezioni. Questo permette di manipolare e gestire la frequenza e la tensione sulla APU in modo più preciso e localizzato.

AMD Carrizo AVFS

Infine AMD ha anche riposto attenzione nell'attivazione e disattivazione selettiva di parti del chip e funzionalità, che è cruciale per assicurare maggiore autonomia. L'azienda si è concentrata sullo stato di standby, noto come S3, offrendo qualcosa di ancora più preciso con lo stato S0i3. Questo permette a Carrizo di spegnere tutte le caratteristiche ritenute non necessarie senza sprecare tempo a interagire con il sistema operativo.

AMD S0i3

Secondo AMD l'insieme di questi interventi, sia a livello di densità che di efficienza energetica, consentono a Carrizo di assicurare un incremento a due cifre rispetto a Kaveri sia sul fronte prestazionale che quello dei consumi.

AMD novità APU

Le novità introdotte nelle APU da AMD negli anni e quelle che verranno

L'obiettivo ultimo della casa di Sunnyvale è produrre APU che siano 25 volte più efficienti entro il 2020 rispetto all'APU Kaveri. Il traguardo è ambizioso dato che l'azienda, tra il 2008 e il 2014, è riuscita a migliorare l'efficienza energetica dei propri prodotti di poco più di 10 volte.