AMD Kaveri - Światowa premiera nowych procesorów APU

Strona 1 - Wprowadzenie

Dziś debiutują najnowsze procesory AMD serii APU (Kaveri), jednak kolejka po nieliczne sample testowe jest tak długa, że na razie przybliżę wam z nadesłanych przez koncern materiałów całą "ideologię" tych układów i najważniejsze informacje o zmianach i usprawnieniach względem wcześniejszych serii wykonanych w architekturze rdzeni Llano.

Najnowsza generacja procesorów APU (Accelerated Processing Unit) firmy AMD, która dziś debiutuje, jest w praktyce pierwszym krokiem na polu prawdziwej unifikacji części procesorowej i graficznej. Dotychczas mieliśmy do czynienia z ewolucją sprzętową, która z każdym rokiem przynosiła postęp w fizycznej integracji sprzętu. Najpierw do procesora AMD przeniosło kontroler pamięci, następnie Intel wstawił pod pokrywę procesora (jednak niepołączoną w jednym mikroukładzie) układ graficzny, by w końcu to znów AMD zintegrowało całość w obrębie jednego układu scalonego. Tak powstałe modele zaczęto nazywać procesorami APU, jednak według idei inżynierów AMD, to nie było wyłącznie połączenie części CPU z GPU dla zaoszczędzenia energii, skomplikowania komputerów i pieniędzy. Im chodziło oto, by takie połączenie miało od początku współpracować ze sobą dla znaczącego poprawienia wydajności obliczeniowej. Nie było to takie proste, bo stworzenia samego procesora to jedno, a przekonanie partnerów i informatyków do korzystania z możliwości akceleracji graficznej, to drugie. Warto zaznaczyć, że w rok po premierze Llano procesory Intela też zaczęły spełniać definicję APU, choć z natury rzeczy producent ten nie posługiwał się tym określeniem. Co istotne, ewolucja "niebieskich" procesorów też wskazuje na to, że "akceleracja graficzna" to słuszny kierunek, przy czym uczciwie trzeba przyznać, że AMD obrało go wcześniej.

Układy Kaveri to jednak nowa era na polu tej unifikacji, ponieważ od teraz określanie procesora APU procesorem ze zintegrowaną kartą graficzną nie jest już właściwe. Procesory ze zintegrowanym GPU, to jednostki, w których już z samej nazwy przebija, że są to CPU z dodatkowym układem graficznym, który wspiera go w grach lub aplikacjach. Kluczowe jest jednak słowo "wspiera", ponieważ w Kaveri zarówno CPU jak i GPU postawiono ze sobą na równi i nie ma już mowy o odciążaniu, a jest pełna współpraca, w której jedna i druga część pełnią równorzędną rolę. Jeśli zaś obie te części mają ze sobą współdziałać, tym ważniejsze staje się to, żeby proporcje ich wydajności oraz możliwości były jak najlepiej ze sobą zestrojone.

Trochę to zawiłe? Otóż nie, bo teraz uproszczono całość pojęcia. Kluczem całej idei nowych APU ma być zbalansowanie pracy procesora, w którym żaden z komponentów nie dominuje nad drugim, lecz oba mają za zadanie funkcjonować w razem. Poza teoretycznymi korzyściami, gdzie jedna i druga część przejmują swoje zadania w sytuacjach, gdy mogą coś wykonać lepiej, chodzi tu również o efekt synergii, to znaczy że APU jest warte więcej niż suma części CPU i GPU. Co ważne, z materiałów AMD wynika, że nowa generacja procesorów APU technologicznie obliczona jest na znacznie dłuższe życie niż "zwykłe" procesory. W miarę jak oprogramowanie będzie zyskiwać nowe funkcje korzystające z zalet systemów heterogenicznych, nowe procesory będą otrzymywały nową dawkę witalnej energii. Wraz z programowym usprawnianiem działania posiadanego już zestawu komputerowego, rosnąć ma też jego wydajność i funkcjonalność bez konieczności ponoszenia dodatkowych wydatków. Tego nie ma w konkurencyjnych rozwiązaniach.

Zanim przejdziemy do konkretnych danych układów nowej generacji procesorów APU, przyjrzyjmy się kilku pojęciom, które będą w tych układach obowiązywały. Zacznijmy od słowa Heterogeniczny oznacza tyle co "niejednorodny" i odnosi się w przypadku procesorów do wszystkiego, co integruje różne rodzaje układów logicznych w jednym systemie. Nie jest to nic nowego, ponieważ takie są właśnie układy typu SoC (System-on-a-Chip), czyli układy integrujące w sobie różne procesory i mini-procesory. Najbardziej popularne są oczywiście SoCi w smartfonach i tabletach, ale występują one od dawna również w systemach wbudowanych (maszyny do gier, systemy wyświetlające reklamy i masa innych, nietypowych rozwiązań), a także... w zwykłych urządzeniach komputerowych z Windowsem - platformy Intel Atom "Clover Trail", "Bay Trail" czy AMD Temash i Kabini to właśnie SoC. Poza sekcjami procesorów i APU mają one zintegrowane również elementy z mostka południowego, czyli interfejsy SATA, USB itd. To co jednak w tym wszystki najważniejsze to fakt, że ktoś wpadł na pomysł, żeby zaprząc do działania każdą jednostkę obliczeniową, nie tylko procesor czy kartę graficzną. Tak narodziły się idea i fundacja HSA.

HSA, czyli Heterogeneous System Architecture oznacza po polsku Architekturę (dla) Systemów Heterogenicznych. To standard, za sprawą którego idea uwolnienia potencjału drzemiącego we wszystkich SoC ma zostać przekuta na rzeczywistość. Fundacja HSA opracowuje standardy, w ramach których ma to się stać możliwe zarówno na polu sprzętowym, jak i programowym. Kaveri jest pierwszym procesorem, który wykorzystuje te technologie w działaniu, przy czym należy pamiętać, że to dopiero początek drogi, którą wspierają poza AMD również takie tuzy jak Samsung, ARM, Qualcomm, VIA, MediaTek, Canonical, S3, Texas Instruments, Imagination Technologies, Oracle, LG, Broadcom, Huawei? W zasadzie na liście brakuje tylko dwóch firm, które od dawna inwestują głównie w technologie własnościowe - Intela i Nvidii. W całym przedsięwzięciu podstawowa zasada to otwarte rozwiązania, czyli dostępne dla wszystkich. Kaveri jest ich pełen.

Pierwszą techniką związaną opracowaną w ramach HSA, jaką zakomunikowano światu i znalazła się w nowej generacji procesorach APU, jest hUMA. AMD tłumaczy to jako równy dostęp do całej pamięci operacyjnej (również tej wirtualnej - do 32 GB) komputera dla procesora i karty graficznej. Oznacza to ni mniej ni więcej to, że w Kaveri całe APU ma dostęp do tego obszaru RAM i może z niego równocześnie korzystać. Dzięki temu, gdy dane obliczenia zostaną zrealizowane przez jedną część APU, druga może z tych wyników od razu skorzystać. Może też równocześnie odczytywać te same dane z tego samego adresu. Inne procesory wymagają podzielenia pamięci na dwa oddzielne obszary, przez co nawet gdy obliczenia są wykonywane na tych samych danych, to w pamięci muszą się one znaleźć dwukrotnie. Architektura Trinity i Richland, czyli APU poprzedniej generacji, miała tutaj pewne usprawnienia, ponieważ mogła dynamicznie przekazywać sobie te obszary pamięci, jednak nigdy nie było tak jak w Kaveri całkowicie wolnego, równego i sprawiedliwego dostępu. W ten sposób ograniczono też znacznie przestoje, w których jedna sekcja musiała czekać aż druga skończy korzystać z określonych danych.



Drugą techniką HSA, jaką integrują nowe APU, jest hQ, czyli heterogeneous Queuing - Heterogeniczne Kolejkowanie. To właśnie za sprawą tego rozwiązania zarówno CPU jak i GPU są prawdziwie równouprawnione. Od zawsze to procesor decydował o tym, kiedy każdy inny komponent mógł zacząć odgrywać swoją rolę. CPU wydawał rozkazy, CPU określał, co i w jakiej kolejności może być przetwarzane, a w końcu i CPU często niekoniecznie optymalnie sam przeliczał dane, które być może sprawniej mógł robić inny układ. Teraz może to robić także GPU, a to hQ determinuje jak to będzie realizowane. Obie części mogą nawzajem przekazywać sobie obciążenia i zadania, obie mogą wydawać sobie nawzajem rozkazy i obie mogą dołączyć do obliczeń na tym samym poziomie decyzji. W efekcie potok ma możliwość być znacznie szybciej przetwarzany, a oprogramowanie zyskuje znacznie łatwiej dostępne niż dotychczas zasoby do spożytkowania. Wystarczy przygotować aplikację w zgodzie z interfejsem opracowanym przez Fundację HSA i nie zastanawiać się nad tym, w którym momencie obliczenia są przerzucane między rdzeniami lub też, jak to AMD zaczęło określać, między jednostkami obliczeniowymi.