Презентация третьего поколения энергоэффективных APU компании AMD: AMD Mullins и AMD Beema

«Кто покупает лишнее, в конце концов продает необходимое»
Б. Франклин

Многие пользователи при выборе компьютерных комплектующих ориентируются в первую очередь на «топовые» компоненты, стараясь получить максимальный уровень производительности. При этом для многих из них на первое место выходит приверженность к определенному бренду, продукция которого для них является предпочтительнее во всех случаях. Более опытные покупатели ориентируются в первую очередь на типичные задачи, для решения которых им и нужен компьютер. Также для них важную роль играют показатели стоимости и энергоэффективности конечного устройства. Такой подход, на наш взгляд, является более целесообразным, поскольку позволяет подобрать оптимальное решение для конкретной сферы применения. Например, категории оверклокерских, игровых, офисных или домашних мультимедийных систем требуют разных подходов в выборе комплектующих. Именно это позволило создать разные сегменты рынка, в которых продолжается ожесточенная борьба между конкурирующими компаниями. В результате данного противостояния создаются более эффективные устройства с оптимальным соотношением цены и возможностей, поэтому с точки зрения покупателей данная конкуренция является несомненным благом. Производителей же она стимулирует на постоянные поиски новых решений, давая взамен значительно больше, чем просто финансовое вознаграждение, а именно - цель. Ведь лишь она придает смысл нашим действиям, направляет наши усилия, позволяет прикоснуться к границам возможного и познать свои возможности.

Но отойдем от философии и возвратимся к реальности, где на нас ожидает презентация третьего поколения энергоэффективных APU компании AMD, которое представлено двумя разными линейками: AMD Mullins и AMD Beema. Серии этих мобильных решений нацелены на использование в устройствах начального и мейнстрим классов. Уже в ближайшем будущем на их основе будут представлены новые планшеты, неттопы, моноблоки и ноутбуки. Чем же они смогут порадовать нас? Какими инновационными преимуществами обладают? Что отличает их от конкурентных аналогов? На все эти вопросы постарались ответить представители компании AMD в ходе подготовленной презентации, с основными моментами которой вы сможете ознакомиться далее.

Началась она с краткого экскурса в историю развития линейки энергоэффективных APU компании AMD. Как известно, начало положили модели серии AMD Brazos, которые позволили переосмыслить саму концепцию мобильного компьютера начального уровня. Это были первые решения компании AMD, сочетавшие на одном кристалле ядра центрального и графического процессоров, а также контроллера оперативной памяти. Довольно успешным является и второе поколение - AMD Temash и AMD Kabini. В них впервые компания AMD реализовала дизайн SoC (добавив на кристалл контроллеры наиболее важных интерфейсов), а также интегрировала более производительную графическую микроархитектуру AMD GCN. Теперь эстафету принимает третье поколение, представленное решениями AMD Mullins и AMD Beema, которые обеспечивают более высокий уровень производительности при одновременном уменьшении теплового пакета.

Что же обещает нам компания AMD? Во-первых, лидерские позиции по уровню производительности в своем сегменте рынка. Во-вторых, захватывающее качество обработки видео. В-третьих, интеграцию специального ARM-ядра для повышения уровня безопасности, чем не может похвастать ни один другой x86-процессор на рынке. Звучит довольно впечатляюще, не правда ли?

Далее больше. Для реализации поставленных целей были использованы:

• 28-нм микроархитектура процессорных ядер AMD Puma+, которая является улучшенной версией AMD Jaguar;
• оптимизированная микроархитектура интегрированного графического адаптера (AMD GCN);
• дизайн System-Aware Power Management для оптимизации потребляемой мощности и уменьшения утечек энергии;
• Platform Security Processor (PSP) - интегрированный ARM-процессор для реализации системы безопасности на аппаратном уровне;
• улучшенный контроллер оперативной памяти, который поддерживает установку модулей вплоть до стандарта DDR3L-1866 МГц;
• более высокие тактовые частоты процессорных и графических ядер при более низком показателе TDP.

Все это позволяет воплотить множество полезных технологий на аппаратном уровне. Например, технология AMD Quick Stream позволяет повышать приоритет онлайн-видеопотока, обеспечивая комфортный просмотр в интернете даже высококачественного контента. Технология AMD Perfect Picture with AMD Steady Video позволяет применять различные алгоритмы постобработки изображения для улучшения его качества в режиме реального времени.

Разработчики ПО могут использовать их возможности для реализации новых технологий управления, например, AMD Gesture Control и AMD Face Login. Первая позволяет управлять базовыми действиями с помощью жестовых команд, а вторая - использовать лицо пользователя для его авторизации в среде операционной системы и на любых онлайн-сайтах.

Дополнительно APU AMD оптимизированы для более производительной работы с виртуальной средой компании BlueStack для запуска Android-приложений в ОС Windows.

Не были голословными представители компании AMD и в вопросе лидерских позиций решений серий AMD Mullins и AMD Beema по уровню производительности. Из указанных результатов сравнительного тестирования особого внимания заслуживают показатели бенчмарков PCMark8 и 3DMark11. Результаты же Basemark CL хоть и являются очень красноречивыми, но при их анализе следует учитывать, что эта тестовая программа базируется на API OpenCL. Данный стандарт активно продвигается компанией AMD в среде разработчиков ПО, поскольку требует оптимизации программного кода под параллельное программирование. Иными словами, бенчмарк OpenCL показывает насколько возрастет производительность процессора при работе с оптимизированными под OpenCL приложениями. Список совместимых программ постоянно расширяется, однако множество популярных приложений все еще остается неоптимизированным.

Что же касается бенчмарков PCMark8 и 3DMark11, то первый позволяет оценить комплексный уровень производительности при работе с типичными повседневными задачами (работа с документами, просмотр мультимедийных файлов, поиск информации в интернете и т.д.). Второй же дает объективную оценку производительности графического ядра, используя в качестве основы популярный API DirectX 11.

Как видим, платформа AMD Mullins в лице APU AMD A4 Micro-6400T смогла полностью обойти конкурентное флагманское решение Intel Atom Z3770 (платформа Intel Bay Trail T). В свою очередь модели серии AMD Beema более чем успешно конкурируют не только с платформой Intel Bay Trail M, но и с начальными решениями серии Intel Haswell. То есть в сегменте устройств начального и мейнстрим уровней, ориентированных на выполнение типичных повседневных задач и воспроизведение нетребовательных игр, APU компании AMD смотрятся более чем достойно на фоне конкурентных аналогов.

Компания AMD подготовила три модели APU серии AMD Mullins: двухъядерную AMD E1 Micro-6200T и четырехъядерные AMD A4 Micro-6400T и AMD A10 Micro-6700T. Примечательно, что все они отлично вписываются в фирменную схему названий, которая существенно упрощает дифференциацию продуктов по уровню производительности. Используемое в них графическое ядро серии AMD Radeon R2 и Radeon R4 также сразу дает представление об уровне производительности в сравнении с другими фирменными продуктами.

Особого внимания заслуживает тот факт, что показатель TDP у них не превышает 4,5 Вт, а значение SDP (Scenario Design Power) находится на уровне 2,8 Вт. То есть новинки станут отличным вариантом для создания производительных и энергоэффективных планшетных компьютеров и ультратонких ноутбуков.

Их конкурентами выступает уже не платформа Intel Bay Trail T, а более дорогие решения серии Intel Haswell Y. Например, производительность процессора Intel Core i3-4010Y сопоставима с таковой у модели AMD A10 Micro-6700T (судя по результатам указанных бенчмарков), однако показатель его TDP составляет 11,5 Вт, а SDP - 6 Вт, что существенно превышает показатели APU. Рекомендованная же стоимость процессора компании Intel составляет $281. То есть APU AMD A10 Micro-6700T сможет эффективнее расходовать заряд аккумулятора, обеспечивая лишь немногим менее высокий уровень производительности, но, наверняка, стоя значительно меньше (к сожалению, рекомендованные цены новинок указаны не были).

В линейке APU AMD Beema присутствуют четыре модели: одна двухъядерная (AMD E1-6010) и три четырехъядерные (AMD E2-6110, AMD A4-6210 и AMD A6-6310). Все они обеспечивают заметный уровень повышенной производительности по сравнению со своими предшественниками из серии AMD Kabini. Однако более существенную роль играет уменьшенный показатель TDP: с 25-ти до 15-ти Вт. Флагман также может похвастать поддержкой оперативной памяти стандарта DDR3L-1866 МГц, что особенно важно в работе интегрированного графического ядра.

Позиционируются же они против решений платформы Intel Bay Trail M и Intel Haswell U, обеспечивая при этом более высокие показатели в бенчмарках. Особенно впечатляющими выглядят результаты 3DMark11.

Следующая часть презентации APU AMD Mullins и AMD Beema была посвящена более подробному разбору микроархитектурных особенностей, которые и являются основой столь впечатляющих показателей производительности.

Однако для начала специалисты компании AMD поделились стратегией развития своей продукции. Если в 2013 году основными целями перед APU AMD Temash и AMD Kabini были сосредоточены вокруг перехода на новый техпроцесс (с 40-нм на 28-нм), новую микроархитектуру (AMD Jaguar для процессорных ядер и AMD GCN для графических) и новый дизайн (SoC), то в APU AMD Mullins и AMD Beema необходимо было повысить уровень безопасности, увеличить производительность и уменьшить энергопотребление. Именно эти цели и были достигнуты путем интеграции PSP, оптимизации потребляемой мощности ключевых блоков, повышения тактовых частот и применения инновационных технологий управления мощностью потребления.

Финальный вариант структуры APU AMD Mullins и AMD Beema выглядит подобным образом. Как видим, на одном кристалле он объединяет контроллер оперативной памяти, до четырех процессорных ядер с микроархитектурой Puma+ и 2-мя МБ кэш-памяти L2, графический адаптер с микроархитектурой AMD GCN, специальный процессор PSP, а также ряд контроллеров актуальных интерфейсов: PCI Express, HDMI, DisplayPort, VGA, SATA, USB, SD и других.

Довольно интересно выглядит литография самого процессора. Наибольше места требуют для себя графический адаптер, далее идут четыре процессорных ядра, 2 МБ кэш-памяти L2, микросхема чипсета и интерфейс DDR3L-памяти. Напомним, что интеграция всех этих компонентов на одном кристалле (дизайн SoC), среди прочего, позволяет упростить и удешевить разработку материнской платы, повысить скорость взаимодействия структурных блоков между собой, сократить потери энергии и снизить потребляемую мощность.

К сожалению, в данной презентации не были упомянуты технические подробности оптимизации микроархитектуры, однако их конечный результат довольно впечатляющий как для энергоэффективных устройств. В частности, максимальная тактовая частота процессорных ядер AMD Mullins возросла до 2,2 ГГц в сравнении с 1,4 ГГц в AMD Temash. Для AMD Beema и AMD Kabini соответствующие показатели составляют 2,4 и 2,0 ГГц. При этом утечки мощности удалось уменьшить на 19%.

Для графических процессоров повышение частот не столь значительное, но все равно заслуживает внимания: +100 МГц для AMD Mullins и +200 МГц для AMD Beema по сравнению с AMD Temash и AMD Kabini соответственно. Потери мощности удалось сократить на 38%.

Дополнительно 700 мВт мощности в работе новинок удалось сократить за счет интеграции контроллера энергоэффективной памяти DDR3L-1333 МГц и модуля Voltage-Mode Logic (VML) для подключения дисплея. А вот реализация поддержки оперативной памяти стандарта DDR3L-1866 МГц позволяет флагманскому APU AMD A6-6310 (AMD Beema) получить дополнительный бонус производительности. Бенчмарк 3DMark Cloud Gate оценил его в +5% по сравнению с производительностью памяти DDR3L-1600.

Конечно же, одна из наиболее интересных частей презентации была посвящена повышению уровня безопасности путем интеграции ARM-ядра, что является уникальным событием для всего класса х86-процессоров. Каков же принцип его функционирования и что же можно реализовать с его помощью?

Ответы на эти вопросы заложены в стабильной тенденции массового роста числа мобильных устройств. Согласно проведенным исследованиям, 92% пользователей имеют в своем распоряжении более одного компьютера. Среднее же число вычислительных устройств (десктопные и мобильные компьютеры, смартфоны, планшеты и другие) на одного пользователя составляет 3,8. Таким образом, важные данные могут храниться не только на защищенном десктопном компьютере, но и на менее защищенных планшетах, смартфонах или других устройствах. К тому же многие работники подключают свои личные устройства к корпоративным сетям, открывая таким образом злоумышленникам доступ к важной бизнес-информации. Учитывая возрастающую популярность электронной коммерции и онлайн-покупок, в необходимости аппаратной защиты информации сомневаться не приходится.

Поэтому компания AMD решила интегрировать в свои APU технологию ARM TrustZone с экосистемой Trustonic на основе открытых индустриальных стандартов. Выбор не случаен, поскольку данная технология уже хорошо проверена в среде ARM-устройств. А экосистема Trustonic объединяет в себе более 100 миллионов подключенных устройств, что гарантирует высокую заинтересованность разработчиков ПО, сетевых операторов и других важных участников рынка в поддержке ее эффективной работы.

В основе технологии ARM TrustZone находится аппаратная поддержка трех компонентов: безопасная загрузка приложений и ОС, ускорение криптографических операций и поддержка среды Trusted Execution. Это позволяет реализовать на ее основе более эффективные методы аутентификации помимо традиционной комбинации логин / пароль, надежно защищать данные от вредоносного ПО и поддерживать технологию TPM 2.0, а также обезопасить обмен важной персональной информации в сети (онлайн-банкинг, электронные покупки и т.д.).

При этом технология ARM TrustZone эффективно интегрируется в среду операционной системы (Windows, Android и других), позволяя оперативно отделять стандартные действия от операций, требующих повышенной защиты. В результате такого подхода устройства, созданные на основе APU AMD Mullins и AMD Beema, будут обеспечивать более высокий уровень безопасности важной информации.

Сам же интегрированный модуль PSP включает в себя 32-битный микроконтроллер на основе ядра ARM Cortex A5, кэш-память инструкций и данных, дополнительный криптографический сопроцессор, блоки ROM и SRAM-памяти, а также интерфейс доступа к системной памяти и другим ресурсам. То есть это полнофункциональный процессор, единственной задачей которого является обеспечение повышенного уровня безопасности хранения и обмена пользовательскими данными на конечном устройстве, будь то ноутбук, планшет, неттоп или другой тип компьютера.

А теперь давайте более подробно рассмотрим инновации в сфере энергопотребления, которыми могут похвастать APU AMD Mullins и AMD Beema.

И для начала следует опять же напомнить ключевые цели данного аспекта. Они уже довольно хорошо известны:

• повышение производительности с одновременным уменьшением потребляемой мощности;
• увеличение времени работы в автономном режиме;
• уменьшение теплового пакета для снижения требований к системе охлаждения и реализации более тонких и компактных форматов устройств;
• снижение энергопотребления, показателя TCO и влияния на внешнюю экосистему.

Реализацию данных целей в моделях серий AMD Mullins и AMD Beema можно условно разделить на две категории: традиционные меры и инновационные технологии. К первой следует отнести дальнейшую оптимизацию микроархитектуры, уменьшение утечек энергии, переход на использование более энергоэффективных контроллеров (например, DDR3L вместо DDR3) и т.д. Все эти шаги являются довольно стандартными и применяются всеми разработчиками процессоров.

Вторая же категория мер более интересная, поскольку предполагает использование уникальных инновационных подходов. Одним из них в новинках стала технология AMD Skin Temperature Aware Power Management (AMD STAPM), ключевыми параметрами которой являются температура APU (T_j) и температура корпуса устройства (T_skin). Если предел первой составляет 70°С и больше (зависит от конкретной модели), то превышение вторым показателем отметки 40°С негативно отобразится на уровне комфорта работы с конечным устройством, например, с планшетом.

Поэтому специалисты компании AMD замерили насколько быстро повышение T_j приводит к достижению критического значения параметра T_skin. Результат составил 15-20 минут. После этого необходимо было уменьшать T_j до приемлемого уровня путем снижения рабочей тактовой частоты, чтобы температура поверхности устройства не превысила комфортного показателя. Именно этим и занимается технология AMD STAPM. В упрощенном виде суть ее работы состоит в ограничении тактовых частот при достижении T_skin показателей, близких к заложенному критическому значению.

При этом было замечено, что максимальная вычислительная мощность требуется не постоянно, а лишь в определенные моменты работы конкретного приложения. В качестве примера рассмотрим операцию поиска информации в интернете. Для обработки пользовательского запроса и загрузки нужной веб-страницы требуются более значительные вычислительные возможности, чем при последующем отображении ее на экране планшета в течение нескольких минут, пока пользователь будет знакомиться с полученной информацией. То есть после пиковой нагрузки в начале обработки запроса обычно наступает более длительный этап ознакомления с полученным ответом, требующий минимум системных ресурсов. Именно этот дисбаланс времени и позволяет более эффективно использовать мощность энергоэффективных APU, не превышая при этом комфортного значения температуры поверхности конечного устройства.

Еще одной важной технологией энергосбережения является AMD Intelligent Boost Control. Не секрет, что каждая конкретная программа по-разному реагирует на повышение тактовой частоты работы процессора: одни существенно прибавляют, а другие демонстрируют незначительный или вообще нулевой прирост. Поэтому компания AMD разработала специальный микроконтроллер, который в режиме реального времени отслеживает зависимость программ от повышения частоты процессора, чтобы отнести ее к одной из двух категорий. При последующем запуске данного приложения система уже будет знать его «реакцию» на повышение частоты и на основе встроенных алгоритмов будет определять, оправдано ли тратить ресурсы на ускорение работы процессора.

Комбинация этих технологий позволила достичь не только повышения уровня производительности, но и существенного уменьшения потребляемой мощности. Это подтверждает и бенчмарк 3DMark Energy Consumed and Scores. Как видим, в случае сравнения APU AMD A6-6310 (AMD Beema) с аналогичной 15-ватной 4-ядерной моделью серии AMD Kabini потребляемая мощность сократилась с 6600 Дж до ориентировочно 6000 Дж. В то же время уровень производительности возрос ориентировочно с 500 до почти 800 баллов.

Более того, компания AMD обещает, что представленные технологии и оптимизации в сфере экономии энергопотребления - это лишь вершина айсберга. В следующих поколениях мобильных энергоэффективных APU данные аспекты будут улучшены, а к их числу добавятся новые технологии. В частности, планируется интегрировать модуль управления напряжением питания непосредственно на кристалл процессора и добавить технологию Intel-frame power gating.

В завершение презентации компания AMD решила продемонстрировать несколько «референсных» дизайнов планшетов, которые были созданы в рамках внутреннего проекта Discovery на основе энергоэффективных APU AMD Mullins. Они стали возможны благодаря отличному сочетанию производительности процессорных и графических ядер с возможностью пассивного охлаждения самого APU.

Первый из них (AMD Game Cradle) представляет собой планшет с интегрированным игровым контроллером, который позволит более комфортно наслаждаться игровым процессом. Второй использует док-станцию для более удобного просмотра контента и подключения различной периферии. Третий (AMD Project Nano) представляет собой один из наименьших в мире десктопных компьютеров с веб-камерой на передней панели. На его задней стенке имеется разъем для подключения док-станции с дополнительными портами. Размеры же данного устройства сопоставимы с большими смартфонами.

Отметим, что данные прототипы были созданы специалистами компании AMD в рамках презентации возможностей APU AMD Mullins для партнеров. Вполне возможно, что они никогда так и не попадут в массовую продажу. Если же данные процессоры заинтересуют партнеров компании AMD, то мы можем увидеть не только данные варианты, но еще и ряд других дизайнов.

Автор: Сергей Будиловский