AMD揭露高效能省電系統單晶片「Carrizo」架構細節

AMD（NASDAQ：AMD）於國際固態電路會議中（International Solid-State Circuits Conference；ISSCC），揭露即將推出的新款A系列APU。先前代號為「Carrizo」的A系列APU，專為筆記型電腦和低功耗桌上型電腦設計，不僅將帶來多項嶄新的先進電源管理技術，更藉由搭載全新「Excavator」x86 CPU核心，與新一代AMD Radeon™ GPU核心，發揮卓越效能。採用真正的系統單晶片（SoC）設計，AMD預計Carrizo x86核心功耗將降低40%，同時CPU、繪圖與多媒體效能表現較前一代APU大幅提升。

AMD院士同時也是本次ISSCC會議中AMD演講的共同作者Sam Naffziger表示，AMD持續開發頂尖產品，即將推出的Carrizo APU擁有先進電源和優化效能設計，為主流級AMD APU打造有史以來最佳的性價比。自現代微處理器誕生以來，運算效能和能源效率已取得顯著的進步。然而，新製程演進所帶來的節能優勢提升速度減緩，未來勢必將尋求其他方式以提高處理器性能和效率。AMD持續透過異質運算架構（HSA）和專門電源管理技術以提升效能。即將推出的Carrizo APU象徵著AMD向「25×20」計畫邁出重要一步，除擁有豐富的嶄新功能外，未來也將應用於AMD全系列產品線。

在ISSCC上公開的全新Carrizo細節包括：

·               與前一代「Kaveri」幾乎相同的晶片面積，其電晶體數量增加29%；

·               全新「Excavator」x86核心架構，功耗降低40%，每時脈週期指令數（instructions-per-clock）提升

·               配有專屬電源供應的新款Radeon GPU核心；

·               建置於晶片上的專屬H.265高效率視訊解碼功能；

·               效能與電池續航力皆有高達兩位數百分比的提升；

·               首次將南橋晶片整合在AMD的高效能APU內。

今日在ISSCC會議中AMD議程中揭露許多細節，AMD院士暨設計工程師Kathy Wilcox發表主題為「專為效能與使用面積優化的28nm製程x86核心APU」演講，闡述Carrizo APU的嶄新技術、應用和電源管理功能。

新款高密度設計元件庫，讓AMD能於Carrizo上放置多出29%的電晶體（數量約31億個），且晶片尺寸幾乎和前一代Kaveri APU相同。密度提高後，便能騰出更多的晶片區域來分擔繪圖與多媒體方面的處理作業，甚至還有多餘的空間納入南橋控制器，整合成單一晶片。強化的多媒體支援，包括全新高效能H.265視訊標準，視訊壓縮引擎數量也增加至前一代的兩倍。整合至硬體層級的H.265壓縮功能可支援真正4K解析度，不僅有助延長電池續航力，在觀看高解析串流影片時也能減少對頻寬的需求。

另外，額外的電晶體額度使Carrizo成為業界首款符合HSA異質系統架構基金會（HSA Foundation）HSA 1.0規範的處理器。HSA可大幅簡化業界為GPU這類加速器編寫程式的工作負載，在低功耗模式下也能發揮更佳的應用效能。

HSA在設計上最大的優勢，就是Carrizo採用的異質性統合記憶體存取（hUMA）。藉由hUMA技術，CPU與GPU可以共用記憶體位址空間，兩者不僅能存取所有平台記憶體，還能將資料分配至系統記憶體空間的任何位置。這種一致性記憶體架構大幅降低達成工作所需的指令數量，有助於提升效能與能源效率。

Carrizo APU納入許多業界首創的新電源效率技術。為解決電晶體的電壓降問題，傳統的微處理器設計是額外供應10%至15%的超額電壓，以確保處理器可維持在適當的電壓下，但此種作法不利於省電設計，因為浪費的電力會和電壓增量的平方成正比註1（例如10%的超額電壓意味著約20%的電力浪費）。

為此AMD研發許多技術來優化電壓，其最新處理器會在數奈秒或十億之一秒中，持續比對平均電壓與電壓降。從Carrizo APU開始，這種電壓調適運作功能會整合在CPU與GPU內。由於頻率調整作業於奈秒內完成，運算效能幾乎毫無減損，其GPU可減少高達10%的電力耗損，CPU部分更是減少19%。

Carrizo首創的另一項電源技術名為調適性電壓與頻率調整（Adaptive Voltage and Frequency Scaling；AVFS），除了傳統的溫度與電源感測器外，它還納入獨特的專利矽晶片速度能力感測器與電壓感測器。速度與電壓感測器讓每個APU能針對矽元件特性、平台行為及運作環境進行調適。藉由這些參數進行即時調適，AVFS可協助省下高達30%的電力。

除了透過縮小核心區域降低CPU耗電，AMD還著手優化28奈米製程技術的省電效率，另外也藉由調校GPU，讓GPU可在電源有限的情況下發揮最佳的運作。結果是在相同時脈頻率下，耗電比前一代Kaveri繪圖核心減少20%。綜合以上，所有AMD在能源效率的創新，皆是為了在持續微縮的製程技術發展上不斷地提升省電效率，並在規劃完善且成本優化的28奈米製程中延續這樣的優勢。

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