Презентація третього покоління енергоефективних APU компанії AMD: AMD Mullins і AMD Beema

«Хто купує зайве, зрештою продає необхідне»
 Б. Франклін

Багато користувачів при виборі комп'ютерних комплектуючих орієнтуються в першу чергу на «топові» компоненти, намагаючись одержати максимальний рівень продуктивності. При цьому для багатьох із них на перше місце виходить прихильність до певного бренду, продукція якого для них є переважнішою у всіх випадках. Більш досвідчені покупці орієнтуються в першу чергу на типові завдання, для вирішення яких їм і потрібний комп'ютер. Також для них важливу роль відіграють показники вартості та енергоефективності кінцевого пристрою. Такий підхід, на наш погляд, є більш доцільним, оскільки дозволяє підібрати оптимальне рішення для конкретної сфери застосування. Наприклад, категорії оверклокерських, ігрових, офісних або домашніх мультимедійних систем вимагають різних підходів у виборі комплектуючих. Саме це дозволило створити різні сегменти ринку, у яких триває запекла боротьба між конкуруючими компаніями. В результаті даного протистояння створюються більш ефективні пристрої з оптимальним співвідношенням ціни та можливостей, тому з погляду покупців дана конкуренція є безсумнівним благом. Виробників же вона стимулює на постійні пошуки нових рішень, даючи натомість значно більше, аніж просто фінансову винагороду, а саме - ціль. Адже лише вона надає зміст нашим діям, направляє наші зусилля, дозволяє доторкнутися до меж можливого та пізнати свої можливості.

Але відійдемо від філософії та повернемося до реальності, де на нас очікує презентація третього покоління енергоефективних APU компанії AMD, яке представлене двома різними лінійками: AMD Mullins і AMD Beema. Серії цих мобільних рішень націлені на використання в пристроях початкового та мейнстрім класів. Уже в найближчому майбутньому на їхній основі будуть представлені нові планшети, неттопи, моноблоки та ноутбуки. Чим же вони зможуть порадувати нас? Якими інноваційними перевагами наділені? Що відрізняє їх від конкурентних аналогів? На всі ці питання постаралися відповісти представники компанії AMD у ході підготовленої презентації, з основними моментами якої ви зможете ознайомитися далі.

Почалася вона з короткого екскурсу в історію розвитку лінійки енергоефективних APU компанії AMD. Як відомо, початок поклали моделі серії AMD Brazos, які дозволили переосмислити саму концепцію мобільного комп'ютера початкового рівня. Це були перші рішення компанії AMD, які поєднували на одному кристалі ядра центрального та графічного процесорів, а також контролера оперативної пам'яті. Досить успішним є й друге покоління - AMD Temash і AMD Kabini. У них вперше компанія AMD реалізувала дизайн SoC (додавши на кристал контролери найважливіших інтерфейсів), а також інтегрувала більш продуктивну графічну мікроархітектуру AMD GCN. Тепер естафету приймає третє покоління, представлене рішеннями AMD Mullins і AMD Beema, які забезпечують більш високий рівень продуктивності при одночасному зменшенні теплового пакету.

Що ж обіцяє нам компанія AMD? По-перше, лідерські позиції за рівнем продуктивності у своєму сегменті ринку. По-друге, захоплюючу якість обробки відео. По-третє, інтеграцію спеціального ARM-ядра для підвищення рівня безпеки, чим не може похвастати жоден інший x86-процесор на ринку. Звучить досить вражаюче, чи не так?

Далі більше. Для реалізації поставлених цілей були використані:

• 28-нм мікроархітектура процесорних ядер AMD Puma+, яка є поліпшеною версією AMD Jaguar;
• оптимізована мікроархітектура інтегрованого графічного адаптера (AMD GCN);
• дизайн System-Aware Power Management для оптимізації споживаної потужності та зменшення витоків енергії;
• Platform Security Processor (PSP) - інтегрований ARM-процесор для реалізації системи безпеки на апаратному рівні;
• поліпшений контролер оперативної пам'яті, який підтримує встановлення модулів аж до стандарту DDR3L-1866 МГц;
• більш високі тактові частоти процесорних і графічних ядер при більш низькому показнику TDP.

Усе це дозволяє втілити багато корисних технологій на апаратному рівні. Наприклад, технологія AMD Quick Stream дозволяє підвищувати пріоритет онлайн-відеопотоку, забезпечуючи комфортний перегляд в інтернеті навіть високоякісного контенту. Технологія AMD Perfect Picture with AMD Steady Video дозволяє застосовувати різні алгоритми постобробки зображення для поліпшення його якості в режимі реального часу.

Розробники ПЗ можуть використовувати їхні можливості для реалізації нових технологій керування, наприклад, AMD Gesture Control і AMD Face Login. Перша дозволяє керувати базовими діями за допомогою жестових команд, а друга - використовувати особу користувача для його авторизації в середовищі операційної системи та на будь-яких онлайн-сайтах.

Додатково APU AMD оптимізовані для більш продуктивної роботи з віртуальним середовищем компанії BlueStack для запуску Android-програм в ОС Windows.

Не були голослівними представники компанії AMD і в питанні лідерських позицій рішень серій AMD Mullins і AMD Beema за рівнем продуктивності. Із зазначених результатів порівняльного тестування особливої уваги заслуговують показники бенчмарків PCMark8 і 3DMark11. Результати ж Basemark CL хоч і є дуже красномовними, але при їхньому аналізі варто враховувати, що ця тестова програма базується на API OpenCL. Даний стандарт активно просувається компанією AMD у середовищі розробників ПЗ, оскільки вимагає оптимізації програмного коду під паралельне програмування. Іншими словами, бенчмарк OpenCL показує, наскільки зросте продуктивність процесора при роботі з оптимізованими під OpenCL додатками. Список сумісних програм постійно розширюється, однак багато популярних додатків усе ще залишаються неоптимізованими.

Що ж стосується бенчмарків PCMark8 і 3DMark11, то перший дозволяє оцінити комплексний рівень продуктивності при роботі з типовими повсякденними завданнями (робота з документами, перегляд мультимедійних файлів, пошук інформації в інтернеті і т.д.). Другий же дає об'єктивну оцінку продуктивності графічного ядра, використовуючи в якості основи популярний API DirectX 11.

Як бачимо, платформа AMD Mullins в особі APU AMD A4 Micro-6400T змогла повністю обійти конкурентне флагманське рішення Intel Atom Z3770 (платформа Intel Bay Trail T). У свою чергу моделі серії AMD Beema більш ніж успішно конкурують не тільки з платформою Intel Bay Trail M, але й із початковими рішеннями серії Intel Haswell. Тобто в сегменті пристроїв початкового та мейнстрім рівнів, орієнтованих на виконання типових повсякденних завдань і відтворення невимогливих ігор, APU компанії AMD виглядають більш ніж гідно на тлі конкурентних аналогів.

Компанія AMD підготувала три моделі APU серії AMD Mullins: двоядерну AMD E1 Micro-6200T і чотирьохядерні AMD A4 Micro-6400T і AMD A10 Micro-6700T. Примітно, що всі вони відмінно вписуються у фірмову схему назв, яка суттєво спрощує диференціацію продуктів за рівнем продуктивності. Використовуване в них графічне ядро серії AMD Radeon R2 і Radeon R4 також відразу дає уявлення про рівень продуктивності в порівнянні з іншими фірмовими продуктами.

Особливої уваги заслуговує той факт, що показник TDP у них не перевищує 4,5 Вт, а значення SDP (Scenario Design Power) знаходиться на рівні 2,8 Вт. Тобто новинки стануть відмінним варіантом для створення продуктивних і енергоефективних планшетних комп'ютерів та ультратонких ноутбуків.

Їхніми конкурентами виступає вже не платформа Intel Bay Trail T, а більш дорогі рішення серії Intel Haswell Y. Наприклад, продуктивність процесора Intel Core i3-4010Y порівнянна з такою у моделі AMD A10 Micro-6700T (судячи з результатів зазначених бенчмарків), однак показник його TDP становить 11,5 Вт, а SDP - 6 Вт, що суттєво перевищує показники APU. Рекомендована ж вартість процесора компанії Intel становить $281. Тобто APU AMD A10 Micro-6700T зможе ефективніше витрачати заряд акумулятора, забезпечуючи лише трохи менший високий рівень продуктивності, але, напевно, коштуючи значно менше (на жаль, рекомендовані ціни новинок зазначені не були).

У лінійці APU AMD Beema присутні чотири моделі: одна двоядерна (AMD E1-6010) і три чотирьохядерні (AMD E2-6110, AMD A4-6210 і AMD A6-6310). Усі вони забезпечують помітний рівень підвищеної продуктивності в порівнянні зі своїми попередниками із серії AMD Kabini. Однак більш істотну роль відіграє зменшений показник TDP: з 25-ти до 15-ти Вт. Флагман також може похвалитися підтримкою оперативної пам'яті стандарту DDR3L-1866 МГц, що особливо важливо в роботі інтегрованого графічного ядра.

Позиціонуються ж вони проти рішень платформи Intel Bay Trail M і Intel Haswell U, забезпечуючи при цьому більш високі показники в бенчмарках. Особливо вражаючими виглядають результати 3DMark11.

Наступна частина презентації APU AMD Mullins і AMD Beema була присвячена більш докладному розбору мікроархітектурних особливостей, які і є основою настільки вражаючих показників продуктивності.

Однак для початку фахівці компанії AMD поділилися стратегією розвитку своєї продукції. Якщо в 2013 році основними цілями перед APU AMD Temash і AMD Kabini були зосереджені навколо переходу на новий техпроцес (з 40-нм на 28-нм), нову мікроархітектуру (AMD Jaguar для процесорних ядер і AMD GCN для графічних) і новий дизайн (SoC), то в APU AMD Mullins і AMD Beema необхідно було підвищити рівень безпеки, збільшити продуктивність і зменшити енергоспоживання. Саме ці цілі й були досягнуті шляхом інтеграції PSP, оптимізації споживаної потужності ключових блоків, підвищення тактових частот і застосування інноваційних технологій керування потужністю споживання.

Фінальний варіант структури APU AMD Mullins і AMD Beema виглядає подібним чином. Як бачимо, на одному кристалі він поєднує контролер оперативної пам'яті, до чотирьох процесорних ядер з мікроархітектурою Puma+ і 2-ма МБ кеш-пам'яті L2, графічний адаптер з мікроархітектурою AMD GCN, спеціальний процесор PSP, а також ряд контролерів актуальних інтерфейсів: PCI Express, HDMI, DisplayPort, VGA, SATA, USB, SD та інших.

Досить цікаво виглядає літографія самого процесора. Найбільше місця вимагають для себе графічний адаптер, далі йдуть чотири процесорні ядра, 2 МБ кеш-пам'яті L2, мікросхема чіпсету та інтерфейс DDR3L-пам'яті. Нагадаємо, що інтеграція всіх цих компонентів на одному кристалі (дизайн SoC), серед іншого, дозволяє спростити й здешевити розробку материнської плати, підвищити швидкість взаємодії структурних блоків між собою, скоротити втрати енергії та знизити споживану потужність.

На жаль, у даній презентації не були згадані технічні подробиці оптимізації мікроархітектури, однак їхній кінцевий результат досить вражаючий як для енергоефективних пристроїв. Зокрема, максимальна тактова частота процесорних ядер AMD Mullins зросла до 2,2 ГГц у порівнянні з 1,4 ГГц в AMD Temash. Для AMD Beema і AMD Kabini відповідні показники становлять 2,4 і 2,0 ГГц. При цьому витоки потужності вдалося зменшити на 19%.

Для графічних процесорів підвищення частот не настільки значне, але однаково заслуговує на увагу: +100 МГц для AMD Mullins і +200 МГц для AMD Beema у порівнянні з AMD Temash і AMD Kabini відповідно. Втрати потужності вдалося скоротити на 38%.

Додатково 700 мВт потужності в роботі новинок вдалося скоротити за рахунок інтеграції контролера енергоефективної пам'яті DDR3L-1333 МГц і модуля Voltage-Mode Logic (VML) для підключення дисплею. А от реалізація підтримки оперативної пам'яті стандарту DDR3L-1866 МГц дозволяє флагманському APU AMD A6-6310 (AMD Beema) одержати додатковий бонус продуктивності. Бенчмарк 3DMark Cloud Gate оцінив його в +5% у порівнянні із продуктивністю пам'яті DDR3L-1600.

Звичайно ж, одна з найцікавіших частин презентації була присвячена підвищенню рівня безпеки шляхом інтеграції ARM-ядра, що є унікальною подією для всього класу х86-процесорів. Який же принцип його функціонування й що ж можна реалізувати з його допомогою?

Відповіді на ці питання закладені в стабільній тенденції масового росту кількості мобільних пристроїв. Згідно із проведеними дослідженнями, 92% користувачів мають у своєму розпорядженні більше одного комп'ютера. Середнє ж число обчислювальних пристроїв (десктопні та мобільні комп'ютери, смартфони, планшети й інші) на одного користувача становить 3,8. Таким чином, важливі дані можуть зберігатися не тільки на захищеному десктопному комп'ютері, але й на менш захищених планшетах, смартфонах або інших пристроях. До того ж багато працівників підключають свої особисті пристрої до корпоративних мереж, відкриваючи в такий спосіб зловмисникам доступ до важливої бізнес-інформації. Враховуючи зростаючу популярність електронної комерції й онлайн-покупок, у необхідності апаратного захисту інформації сумніватися не доводиться.

Тому компанія AMD вирішила інтегрувати у свої APU технологію ARM TrustZone з екосистемою Trustonic на основі відкритих індустріальних стандартів. Вибір не випадковий, оскільки дана технологія вже добре перевірена в середовищі ARM-пристроїв. А екосистема Trustonic поєднує в собі понад 100 мільйонів підключених пристроїв, що гарантує високу зацікавленість розробників ПЗ, мережевих операторів та інших важливих учасників ринку в підтримці її ефективної роботи.

В основі технології ARM TrustZone знаходиться апаратна підтримка трьох компонентів: безпечне завантаження додатків і ОС, прискорення криптографічних операцій і підтримка середовища Trusted Execution. Це дозволяє реалізувати на її основі більш ефективні методи аутентифікації крім традиційної комбінації логін / пароль, надійно захищати дані від шкідливого ПЗ та підтримувати технологію TPM 2.0, а також убезпечити обмін важливою персональною інформацією в мережі (онлайн-банкінг, електронні покупки і т.д.).

При цьому технологія ARM TrustZone ефективно інтегрується в середовище операційної системи (Windows, Android та інших), дозволяючи оперативно відокремлювати стандартні дії від операцій, що вимагають підвищеного захисту. У результаті такого підходу пристрої, створені на основі APU AMD Mullins і AMD Beema, будуть забезпечувати більш високий рівень безпеки важливої інформації.

Сам же інтегрований модуль PSP містить у собі 32-бітний мікроконтролер на основі ядра ARM Cortex A5, кеш-пам'ять інструкцій і даних, додатковий криптографічний співпроцесор, блоки ROM і SRAM-пам'яті, а також інтерфейс доступу до системної пам'яті та інших ресурсів. Тобто це повнофункціональний процесор, єдиним завданням якого є забезпечення підвищеного рівня безпеки зберігання й обміну користувацькими даними на кінцевому пристрої, будь то ноутбук, планшет, неттоп або інший тип комп'ютера.

А тепер давайте більш докладно розглянемо інновації в сфері енергоспоживання, якими можуть похвалитися APU AMD Mullins і AMD Beema.

І для початку слід знову ж нагадати ключові цілі даного аспекту. Вони вже досить добре відомі:

• підвищення продуктивності з одночасним зменшенням споживаної потужності;
• збільшення часу роботи в автономному режимі;
• зменшення теплового пакету для зниження вимог до системи охолодження та реалізації більш тонких і компактних форматів пристроїв;
• зниження енергоспоживання, показника TCO і впливу на зовнішню екосистему.

Реалізацію даних цілей у моделях серій AMD Mullins і AMD Beema можна умовно розділити на дві категорії: традиційні заходи та інноваційні технології. До першої слід віднести подальшу оптимізацію мікроархітектури, зменшення витоків енергії, перехід на використання більш енергоефективних контролерів (наприклад, DDR3L замість DDR3) і т.д. Усі ці кроки є досить стандартними та застосовуються усіма розробниками процесорів.

Друга ж категорія заходів більш цікава, оскільки передбачає використання унікальних інноваційних підходів. Одним із них у новинках стала технологія AMD Skin Temperature Aware Power Management (AMD STAPM), ключовими параметрами якої є температура APU (T_j) і температура корпусу пристрою (T_skin). Якщо межа першої становить 70°С і більше (залежить від конкретної моделі), то перевищення другим показником позначки 40°С негативно відобразиться на рівні комфорту роботи з кінцевим пристроєм, наприклад, із планшетом.

Тому фахівці компанії AMD заміряли наскільки швидке підвищення T_j приводить до досягнення критичного значення параметра T_skin. Результат склав 15-20 хвилин. Після цього необхідно було зменшувати T_j до прийнятного рівня шляхом зниження робочої тактової частоти, щоб температура поверхні пристрою не перевищила комфортного показника. Саме цим і займається технологія AMD STAPM. У спрощеному вигляді суть її роботи полягає в обмеженні тактових частот при досягненні T_skin показників, близьких до закладеного критичного значення.

При цьому було помічено, що максимальна обчислювальна потужність потрібна не постійно, а лише в певні моменти роботи конкретного додатка. Як приклад розглянемо операцію пошуку інформації в інтернеті. Для обробки користувацького запиту та завантаження потрібної веб-сторінки потрібні більш значні обчислювальні можливості, аніж при подальшому відображенні її на екрані планшета протягом кількох хвилин, поки користувач буде ознайомлюватися з отриманою інформацією. Тобто після пікового навантаження на початку обробки запиту зазвичай наступає більш тривалий етап ознайомлення з отриманою відповіддю, який вимагає мінімум системних ресурсів. Саме цей дисбаланс часу й дозволяє більш ефективно використовувати потужність енергоефективних APU, не перевищуючи при цьому комфортного значення температури поверхні кінцевого пристрою.

Ще однією важливою технологією енергозбереження є AMD Intelligent Boost Control. Не секрет, що кожна конкретна програма по-різному реагує на підвищення тактової частоти роботи процесора: одні суттєво жвавішають, а інші демонструють незначний або взагалі нульовий приріст. Тому компанія AMD розробила спеціальний мікроконтролер, який у режимі реального часу відслідковує залежність програм від підвищення частоти процесора, щоб віднести її до однієї із двох категорій. При подальшому запуску даного додатка система вже знатиме його «реакцію» на підвищення частоти й на основі вбудованих алгоритмів буде визначати, чи виправдано витрачати ресурси на прискорення роботи процесора.

Комбінація цих технологій дозволила досягнути не тільки підвищення рівня продуктивності, але й істотного зменшення споживаної потужності. Це підтверджує й бенчмарк 3DMark Energy Consumed and Scores. Як бачимо, у випадку порівняння APU AMD A6-6310 (AMD Beema) з аналогічною 15-ватною 4-ядерною моделлю серії AMD Kabini споживана потужність скоротилася з 6600 Дж до орієнтовно 6000 Дж. У той же час рівень продуктивності зріс орієнтовно з 500 до майже 800 балів.

Більше того, компанія AMD обіцяє, що представлені технології й оптимізації в сфері економії енергоспоживання - це лише вершина айсберга. У наступних поколіннях мобільних енергоефективних APU дані аспекти будуть поліпшені, а до них додадуться нові технології. Зокрема, планується інтегрувати модуль керування напругою живлення безпосередньо на кристал процесора та додати технологію Intel-frame power gating.

На завершення презентації компанія AMD вирішила продемонструвати кілька «референсних» дизайнів планшетів, які були створені в рамках внутрішнього проекту Discovery на основі енергоефективних APU AMD Mullins. Вони стали можливі завдяки відмінному поєднанню продуктивності процесорних і графічних ядер з можливістю пасивного охолодження самого APU.

Перший із них (AMD Game Cradle) являє собою планшет з інтегрованим ігровим контролером, який дозволить більш комфортно насолоджуватися ігровим процесом. Другий використовує док-станцію для більш зручного перегляду контенту та підключення різної периферії. Третій (AMD Project Nano) являє собою один із найменших у світі десктопних комп'ютерів з веб-камерою на передній панелі. На його задній стінці є роз’єм для підключення док-станції з додатковими портами. Розміри ж даного пристрою порівнянні з великими смартфонами.

Відзначимо, що дані прототипи були створені фахівцями компанії AMD у рамках презентації можливостей APU AMD Mullins для партнерів. Цілком можливо, що вони ніколи так і не потраплять у масовий продаж. Якщо ж дані процесори зацікавлять партнерів компанії AMD, то ми можемо побачити не тільки дані варіанти, але ще й ряд інших дизайнів.

Автор: Сергій Буділовський
Переклад: Олесь Пахолок