進入異構(gòu)加速時代

可樂

AMD Kaveri APU開創(chuàng)了AMD全新的異構(gòu)計算時代，為AMD未來的發(fā)展鋪平了道路。在硬件上，Kaveri APU在GPU和CPU部分都做出了重大改進，全新的壓路機CPU架構(gòu)和強大的GCN GPU架構(gòu)使得APU在性能上達到了一個巔峰。在軟件方面，借助于統(tǒng)一內(nèi)存尋址技術(shù)和HSA異構(gòu)加速的強大魅力，APU能夠以前所未有的態(tài)勢展現(xiàn)出其在應(yīng)用程序加速、并行計算等方面的獨特優(yōu)勢。

1 全新的CPU和GPU架構(gòu)

Kaveri APU在硬件上的優(yōu)勢在于全新的硬件架構(gòu)。它的CPU部分采用了AMD在推土機架構(gòu)上大幅度加強、重新調(diào)整設(shè)計的壓路機架構(gòu)。而GPU部分，桌面顯卡上流行的GCN架構(gòu)的加入，使得Kaveri APU成為史上圖形性能最強大的處理器產(chǎn)品。

壓路機架構(gòu)：IPC大幅度提升

AMD之前的的推土機架構(gòu)設(shè)計存在些許遺憾。而在Kaveri APU上，AMD經(jīng)過全新調(diào)整推出了壓路機架構(gòu)，總的來看，Kaveri APU的壓路機構(gòu)相比同檔次的推土機和打樁機架構(gòu)，綜合性能提升大約15%～20%。

根據(jù)AMD官方資料，壓路機架構(gòu)指令部分大幅度加強，指令緩存追蹤失敗幾率降低30%，分支預(yù)測失敗幾率降低20%，每個線程增加了25%的數(shù)據(jù)調(diào)度寬度，為每個整數(shù)單元配備了獨立的解碼單元。在執(zhí)行部分，壓路機增加了5%～10%的調(diào)度效能，提升了L1數(shù)據(jù)緩存的存儲性能。此外，壓路機還引入了動態(tài)調(diào)整大小的L2緩存、增加了微解碼操作隊列，提升了L1和L2緩存的接口，上述改進使得壓路機的性能相比之前的推土機有了明顯的提升，尤其是額外增加的整數(shù)解碼單元，使得壓路機的整數(shù)性能明顯提升，在執(zhí)行日常操作時性能表現(xiàn)更為出色。

GCN架構(gòu)：史上最強的融合GPU

AMD官方數(shù)據(jù)顯示，新的GCN架構(gòu)融合獨顯核心帶來了最多30%的GPU性能增加。Kaveri APU完美支持DirectX 11.2、Open GL 4.3等一些新技術(shù)，也支持AMD諸多特色技術(shù)，如Mantle、TureAudio、UVD等，堪稱史上規(guī)格最全面、性能最強悍。

Kaveri APU最多可以集成8個CU單元，每個CU單元有64個流處理單元， 最多擁有512個流處理單元，規(guī)格堪比目前桌面獨立顯卡。AMD宣稱Kaveri APU的頂級型號A10-7850K可以在1080P分辨率下以中等畫質(zhì)以每秒30～40幀的速度比較流暢地運行《戰(zhàn)地4》。此外，AMD還額外強調(diào)了兩個數(shù)據(jù)，856GFLOPS和47%的GPU面積。Kaveri APU的計算能力目前最高可達到856GFLOPS，與此相對應(yīng)的是上一代Richland APU的最高浮點計算能力為779GFLOPS。從數(shù)據(jù)來看，雖然Kaveri APU只想對Richland的絕對值提升了約10%，但是由于CPU和GPU架構(gòu)的改進以及統(tǒng)一內(nèi)存尋址、HSA等技術(shù)的引入，Kaveri APU在實際的計算能力上相比前代的Richland還是有更大幅度的進步的。此外，Kaveri APU中GPU部分的面積越來越大，目前已經(jīng)達到了47%（浮點計算貢獻能力約86%）。更大的GPU面積可以提供更強大的浮點計算能力，也能夠使得APU在運行圖形應(yīng)用以及有關(guān)并行計算時效能表現(xiàn)更為出色。

2 新工藝提升能耗比

在這一代新的Kaveri APU上，AMD采用了全新的28nmSHP工藝。全新的工藝擁有超高的晶體管密度。之前的Richland APU的晶體管數(shù)量有13億個，核心面積為246平方毫米，但是在Kaveri APU上使用了GlobalFoundries新的“半代工藝”后，擁有高達24.1億晶體管，但是核心面積卻只有245平方毫米，晶體管密度幾乎提升一倍。

更小的核心面積有助于降低產(chǎn)品的成本。不僅如此，Kaveri APU借助于全新的28nm SHP工藝，功耗表現(xiàn)也非常令人滿意，最高功耗僅有95W，最低功耗甚至只有15W。更低的功耗加上更強悍的性能，大幅度提升了APU的性能功耗比，擴展了APU的市場范圍。現(xiàn)在AMD可以提供高性能、低功耗以及超低功耗等多個版本的APU產(chǎn)品，各個類型的用戶都可以得到自己想要的選擇。

3 異構(gòu)計算魔力初現(xiàn)

對Kaveri APU而言，硬件架構(gòu)的進步只能說是常規(guī)性的。而Kaveri APU對統(tǒng)一內(nèi)存尋址（Heterogeneous Uniform Memory Access，簡稱為hUMA）的支持，則完全可以堪稱對整個業(yè)界尤其是異構(gòu)計算發(fā)展的革命性推動。Kaveri APU是目前全球首款能夠支持CPU和GPU統(tǒng)一尋址的處理器，也是AMD未來發(fā)展HSA（Heterogeneous System Architecture，異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)）的核心產(chǎn)品。

在傳統(tǒng)的理念中，由于巨大的結(jié)構(gòu)差異，CPU和GPU各有所長，將它們?nèi)诤显谝黄疬M行智能調(diào)度并發(fā)揮各自的優(yōu)勢，一直都極為困難。傳統(tǒng)的CPU+GPU的分離式架構(gòu)通過PCI-E總線調(diào)配CPU和GPU中的數(shù)據(jù)，并且CPU和GPU各自有擁有本地存儲，這樣就造成了兩者之間數(shù)據(jù)的共享和傳輸存在瓶頸，還給編程人員和程序編譯帶來了巨大的困難。

為了解決這樣的問題，AMD在Kaveri APU上支持hUMA，使得CPU和GPU能夠使用統(tǒng)一的內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)存放于CPU和GPU公共的空間中，可以被CPU和GPU同時調(diào)用和讀取，完全沒有任何帶寬和數(shù)據(jù)存儲上的阻隔，效率相比傳統(tǒng)的CPU+GPU分離式設(shè)計有了翻天覆地般的提升，同時為異構(gòu)計算本身的發(fā)展打開了大門。為了更進一步發(fā)展Kaveri APU統(tǒng)一內(nèi)存尋址的強大潛力，AMD還專門組建了HSA聯(lián)盟，并從軟件開發(fā)和硬件底層兩方面下手支持HSA異構(gòu)計算的發(fā)展。根據(jù)AMD展示的一些例子，在HSA的支持下，Kaveri APU相比傳統(tǒng)CPU，在JPEG解碼速度上的提升高達87.3%。此外還有諸如人臉識別、圖形加速等強大的功能，在HSA和Kaveri APU的加持下都能獲得極為明顯的性能提升。

4 奏響APU最強音

從硬件、軟件以及架構(gòu)設(shè)計和規(guī)格來看，Kaveri APU不愧是目前AMD最強的APU產(chǎn)品。借助于全新的打樁機架構(gòu)、GCN融合顯卡，Kaveri APU實現(xiàn)了性能的飛躍。在軟件方面，HSA架構(gòu)以及相關(guān)軟件的配合，使得Kaveri APU開啟了一扇通向未來異構(gòu)計算的大門。這也是AMD布局多年后希望得到的結(jié)果?？偟膩碚f，Kaveri APU是AMD未來發(fā)展的核心，也是AMD未來進化的基礎(chǔ)。