AMD終極APU深度解析：為省電拼了

2025-03-13 16:22:37 1

在日前的國際固態電路會議ISSCC 2015上，AMD又一次公布了下一代APU Carrizo的一些技術細節，但是不同於Intel大談最擅長的半導體工藝，AMD在能效、功耗的優化方面做得很拼。

【AMD APU融合夢終成真】

我們知道，Carrizo是AMD融合戰略四步走的最後一步。經過了Llano物理整合、Trinity/Richland互聯增強、Kaveri統一尋址的持續鋪墊之後，Carrizo將最終在架構、作業系統、加速計算等各個方面做到CPU/GPU的真正融合與異構計算，完整支持HSA 1.0異構系統架構標準。

簡單地說，經過四年多的發展，AMD的融合之夢終於要實現了。

在這個大框架之下，Carrizo的各個模塊都做到了極致。CPU架構升級到「挖掘機」(Excavator)，還是最多四模塊八核心。它是「推土機」架構大家族的第四代、也是終極一代。雖然這種模塊化架構設計理念在實際應用中的效果並不是十分理想，但是經過推土機、打樁機、壓路機一路走來，AMD也榨乾了它的每一分潛力，明年就將是全新的「Zen」了。

GPU架構是最新版的GCN，可以叫做GCN 1.2，重點針對HSA異構計算進行優化，特別是無損Delta色彩壓縮算法，可以有效提升內存帶寬受限時的性能，這無疑是APU的福音。

Carrizo還整合了南橋晶片，第一次在主流領域實現了SoC單晶片，提升了集成度，有利於降低系統複雜度和成本。

這一系列的變化會在性能上帶來多少提升還得等待實際產品，但是從目前的跡象看，AMD把更多的精力放在了能效、功耗方面，無論架構設計還是工藝製程都在為此服務。

【Carrizo APU的能效優化之旅】

AMD表示，APU這種設計體系本身就十分有利於節能降耗，CPU、GPU、多媒體加速、輸入輸出等諸多單元都整合在了單一晶片上，再加上高效精細的電源管理、高速通信、共享內存接口，都大大節省了能耗支出，還可以在不同單元之間靈活分配。

HSA異構計算不但能夠提升系統性能，讓編程更靈活，在節能方面同樣也有很大的意義。相比於獨立的CPU、GPU，它能夠更加高效地分配計算任務和資源，每次操作的功耗更低。Carrizo第一個完全實現了HSA，自然更上一個臺階。

AMD的推土機家族是長流水線、高頻率架構，但是最新的挖掘機通過高密度庫設計(high-density library)，在工藝不變的前提下，電晶體數量增加了29％(31億個)，同時還讓CPU部分的面積減小了23％，部分模塊甚至減小了30％以上，與此同時頻率提高了，但功耗更低了，能效自然大大提升。

挖掘機CPU還在現有功率和溫度傳感器的基礎上，加入了十個適應性電壓與頻率感應模塊(AVFS)，包含大約500個頻率感應路徑，能針對特定的性能、功耗設定最精確、最合適的優化運行點，在整個允許的電壓和溫度範圍內全面優化能效。

GPU方面，經過高密度功耗優化，漏電率得以降低18％，再結合其他改進，可以做到同等功耗下頻率提升10％，或者同等頻率下功耗降低20％。

電源管理方面，AMD提出了電壓自適應運行。電壓波動一直是行業挑戰，通常會在正常值上下10％範圍內，這就會導致20％的能耗浪費(功耗與電壓的二次方成正比)，AMD則通過在平均電壓運行、降壓時快速降低頻率，可以避免絕大部分這種浪費。

AMD宣稱，自適應電壓能讓Carrizo CPU、GPU部分分別節省最多19％、10％的功耗。

Carrizo還新增了S0i3待機狀態，此時會關閉幾乎全部運算單元，只保留部分輸入輸出和喚醒功能，功耗不足50毫瓦，而傳統的S3待機狀態只能做到1.5W以下。

AMD還重申了此前提出的「25X20」計劃：到2020年的時候，APU處理器的能效(性能功耗比)將會比現在提高25倍！

為此，AMD將持續在電源管理、能效優化方面研發並啟用新的技術，每一代新品都會加入一批。

【Carrizo前景幾何？】

作為融合大計的收官之作，Carrizo有著承上啟下的作用，既在軟硬體層面徹底實現HSA異構計算，又將為APU的未來發展奠定基礎，其重要性不言而喻。

而在這關鍵的節點上，AMD並沒有突出Carrizo的性能多麼強大、功能多麼齊全，而是大談特談能效、功耗。

這是為何呢？一方面，Carrizo APU是重點針對筆記本、變形本等行動裝置設計的，自然更需要高能效、低功耗；另一方面，節能減排是當今社會的大趨勢，半導體產品也都在向這個方向努力；還有就是，APU本身定位主流和低端市場，並不刻意強調高性能，現在性能過剩的地方也很多，這一塊自然不再是首要的。

當然了，工藝是AMD的一個痛楚。由於已經變成無工廠晶片設計企業，工藝製程不在AMD自己的把握之中了，得看代工夥伴GlobalFoundries的臉色行事。目前，GlobalFoundries 20nm工藝還是不成熟，14nm工藝還得等一段時間，Carrizo APU只能繼續沿用28nm工藝，在這一前提下優化能效、功耗的難度可想而知，不過從上述一系列介紹來看，Carrizo已經做到了能做的一切，還是值得讚許的。