Se la ponderata strategia di AMD presentata nel corso del 2015 Financial Analyst Day ha contribuito a incrementare curiosità e attese sul ritorno del chipmaker ai processori ad alte prestazioni con l’architettura “Zen”, oggi AMD è decisa a riconquistare un ben diverso segmento di mercato con la presentazione ufficiale delle sue nuove APU di sesta generazione “Carrizo”.
Stando ai dati riportati dalla compagnia in occasione del “AMD Tech Day”, il segmento mainstream dei notebook con prezzo compreso tra i $400 e i $700 è di fatto il più corposo in termini di volumi e fatturato nell’intero mercato dei PC. Non stupisce quindi che l’obiettivo di breve termine del chipmaker californiano sia quello di incrementare la sua presenza in questo settore.
Benché pensati per una fascia d’utenza intermedia, non si può negare che AMD abbia posto degli obiettivi decisamente ambiziosi per la sua più recente serie-A di processori.
Dal punto di vista delle prestazioni, i due requisiti che Carrizo punta a soddisfare sono gaming online fluido “out-of-the-box” con supporto a DirectX 12 e un’esperienza di streaming video ad altissima definizione senza compromessi. Tutto questo senza pagare dazio in termini di efficienza, anzi migliorando sostanzialmente l’autonomia di esercizio per la maggior parte degli scenari d’uso.
Benché popolari giochi online come DOTA 2 e League of Legends non rappresentino certo dei benchmark impegnativi per hardware attuale orientato al gaming, la loro popolarità e la possibilità di essere fluidamente giocabili tramite portatili mainstream dal form factor compatto è sicuramente un valore aggiunto che i chip AMD possono vantare senza necessità di GPU discrete aggiuntive.
Tuttavia la superiorità delle APU AMD in questa tipologia di applicazioni rispetto alla concorrente Intel e alle sue GPU integrate non rappresenta una novità, e in questo senso Carrizo non rappresenta un sostanziale passo in avanti quanto più un consolidamento in termini di pure prestazioni.
La vera novità rispetto alla precedente generazione di APU sarebbe invece nel sostanziale incremento di efficienza energetica, risultante in un’autonomia di gioco quasi raddoppiata. Se si tiene conto del fatto che per questa generazione di chip AMD manterrà il processo produttivo invariato a 28nm, risulta immediato apprezzare il lavoro svolto in termini di ottimizzazione dell’architettura.
Sul fronte dell’esperienza multimediale, la ricetta di Carrizo si mantiene simile a quanto visto per il comparto gaming, ma con una marcia in più. Se infatti i requisiti più “onerosi” in termini videoludici siano ancora di interesse più o meno esclusivo per una specifica nicchia di appassionati, la fruizione di contenuti multimediali a risoluzioni sempre più alte coinvolge potenzialmente tutti gli utenti: che si tratti di streaming online o di download digitali, sono sempre di più i contenuti video che vengono forniti in formati fino a 4K.
Con Carrizo, AMD propone la prima soluzione di decodifica hardware H.265/HEVC per notebook mainstream che promette una riproduzione di video Ultra HD a 60 fps. Le nuove APU dovrebbero quindi non solo essere in grado di riprodurre in maniera fluida e senza intoppi flussi video ad altissima risoluzione, ma garantire un’autonomia di playback più che raddoppiata grazie alle unità di decodifica dedicate. Questa feature della nuova serie-A AMD andrà in qualche modo a vantaggio anche di chi fa un uso “social” dei videogiochi, grazie all’accelerazione della codifica video real-time per il live streaming.
In aggiunta a questi elementi cardine dell’esperienza utente promessa da Carrizo, AMD promette un miglioramento delle prestazioni generalizzato per disparate tipologie di carico, incluse quelle graficamente più intense che tradizionalmente non assoceremmo al segmento mainstream. Ci riferiamo ad esempio alla partnership con Adobe e ai suoi prodotti di grafica professionali, per i quali moltissimi filtri sono stati ottimizzati per sfruttare appieno i 10/12 core di calcolo (4 della CPU, 6/8 della GPU a seconda della configurazione), ma anche al lavoro svolto con Microsoft al fine di garantire una migliore esperienza utente con l’ormai prossimo Windows 10.
Dal canto suo, AMD ha anche esteso il suo impegno nel comparto software confezionando Looking Glass, un’applicazione che si configura come unica soluzione consumer per la gestione di librerie video con catalogazione e ricerca visiva accelerata e completamente compatibile con HSA 1.0.
In definitiva le APU Carrizo si prospettano come un prodotto completo destinato a un mercato mainstream che, stando alla posizione di AMD, può ottenere prestazioni maggiori su diversi fronti senza costi aggiuntivi e, cosa non trascurabile, con minori consumi.
Se da una parte non stupisce che l’ultima iterazione di questa generazione di APU prima del passaggio a Zen sia anche la più “matura”, sia sotto il profilo tecnico che in termini di puro target commerciale, il suo effettivo successo dipenderà inevitabilmente dalla capacità dei partner di portare sul mercato retail dispositivi che non sacrifichino caratteristiche essenziali per abbassare i costi andando a minare l’esperienza utente nel suo complesso.
Sotto questo aspetto AMD ha mostrato a più riprese una crescente consapevolezza della sua posizione e ha promesso un maggior impegno con i suoi partner (tra cui figurano tutti i grandi nomi dell’industria quali Asus, Acer, Lenovo, Toshiba e HP) per rendere disponibili configurazioni ottimali che permettano di esprimere al meglio l’esperienza utente “premium mainstream” promessa da Carrizo.
Le APU di ultima generazione “Carrizo” sviluppate da AMD per il segmento mobile mainstream si presentano come una serie di prodotti che consolidano i punti di forza delle soluzioni del chipmaker californiano estendendo i vantaggi ottenibili da un più esteso sfruttamento della GPU integrata e dell’accelerazione hardware per la transcodifica di flussi video. Questo aspetto, unito a un nuovo design a livello di architettura e a una serie di ottimizzazioni, contribuisce a quello che si presenta come un salto generazionale in termini di efficienza energetica per AMD, al punto da promettere un’autonomia pressoché raddoppiata in moltissimi scenari d’uso.
Considerando che Carrizo non può avvantaggiarsi di nessun potenziale benefit a costo zero che sarebbe stato possibile ottenere riducendo il processo produttivo (rimasto a 28nm), la “ricetta” che ha reso possibile questi risultati è particolarmente interessante e articolata.
Pur mantenendo le dimensioni del chip pressoché invariate rispetto alla precedente generazione “Kaveri”, i nuovi chip Carrizo sono caratterizzati da un incremento del 29% nel numero di transistor per un totale di 3.1 miliardi. Questo risultato notevole è stato ottenuto grazie all’adozione di un approccio ad alta densità per quanto riguarda le librerie delle CPU “Excavator”, ottenendo una riduzione della superficie pari al 23% (con conseguente abbassamento dei consumi) senza variare il processo produttivo.
La precedente architettura “Steamroller” era infatti caratterizzata da una collezione di blocchi di circuiti integrati disegnati e sviluppati appositamente per realizzare le funzioni di esercizio della CPU che AMD definisce “High Performance Library”. Le alte prestazioni pagavano tuttavia il costo di unità funzionali progettate individualmente e non ottimizzate per i consumi. Nel lungo processo di sviluppo di Excavator (3 anni), è stato quindi apportato un processo di ristrutturazione e sintesi delle librerie di Steamroller per mantenere intatte le funzionalità razionalizzando e comprimendo la circuiteria.
I cambiamenti che hanno portato all’attuale CPU Excavator però non finiscono qui. Un’altra sostanziale differenza rispetto a Steamroller è nelle cache di primo e secondo livello. Confrontando le caratteristiche delle due CPU salta subito all’occhio come la cache L2 sia stata dimezzata, passando da 4MB a 2MB. Benché questo cambiamento possa apparire come un passo indietro, occorre considerare che una riduzione di questa portata ha contribuito a diminuire sostanzialmente le dimensioni complessive del package.
Questo da solo non porterebbe tuttavia un vero vantaggio nei consumi: una cache più piccola significa incorrere in più cache miss, quindi potenzialmente molti più accessi a memoria con conseguente peggioramento di prestazioni e aumento dei consumi. Per ovviare a questo problema AMD ha raddoppiato la cache L1 integrando una serie di miglioramenti nel prefetching al fine di mantenere le latenze invariate. Questo, congiuntamente a un perfezionamento del clock gating e ad ulteriori accorgimenti, porterebbe complessivamente a un dimezzamento teorico dei consumi connessi alla gestione della cache.
A tutto questo si aggiungono dei miglioramenti nella predizione di diramazioni (branch prediction) e il supporto alle nuove modalità di standby a basso consumo che garantiscono un incremento complessivo di 4-15% istruzioni per clock nonostante le riduzioni di superficie e assorbimento.
Considerando come l’esperienza utente nella fruizione di contenuti multimediali rappresenti uno degli obiettivi centrali di Carrizo, non c’è da sorprendersi se anche questa area sia stata oggetto di ottimizzazioni a livello di efficienza.
La modifica di maggior impatto consiste probabilmente nell’integrazione di funzionalità di rescaling e image processing direttamente nella display control engine. Questo “semplice” accorgimento permette di accorciare sostanzialmente il percorso che il flusso dati deve effettuare evitando il passaggio per la GPU e quindi risparmiando due accessi a memoria (lettura del flusso preprocessato, scrittura del flusso elaborato).
Poiché lo Unified Video Decoder (UVD) 6 è stato progettato con una banda di decodifica 4 volte superiore rispetto al predecessore per supportare flussi 4K, un ulteriore opportunità di ottimizzazione è stata sfruttata minimizzando il peso dei “tempi morti” nella decodifica di flussi HD grazie al power gating dinamico della DRAM: completando un frame 1080p in 1/4 della durata di un frame (considerando una frequenza di 30 fps), Carrizo è in grado di portare la DRAM nello stato di assorbimento minimo fino al momento in cui sarà richiesto il rendering del successivo frame.
Queste migliorie hardware e firmware unite all’integrazione dell’FCH sul die risulterebbero in un risparmio energetico complessivo di oltre il 50% nella riproduzione di video HD.
Per quanto riguarda più strettamente il comparto grafico, la terza generazione di Radeon Graphic Core Next (GCN) include un numero di migliorie evolutive tra cui l’integrazione fino a 8 core GCN (contro i 6 di Kaveri), il pieno supporto a DirectX 12, l’integrazione di un sistema di compressione lossless delle informazioni cromatiche dei fotogrammi per un migliore sfruttamento di banda della memoria DRAM, e il componente di rescaling implementato a livello hardware accennato in precedenza.
Adottando un sistema di “isole di voltaggio” controllate indipendentemente per ottimizzare i consumi nell’utilizzo per grafica 3D, AMD sostiene inoltre di aver ridotto le dispersioni elettriche del 18% rispetto all’iterazione precedente permettendo quindi un incremento delle frequenze di lavoro del 10% a parità di potenza assorbita, o una riduzione del 20% nell’assorbimento a parità di frequenza.
Ottimizzando il design di Carrizo intorno alla potenza nominale di 15W, i dati che ci vengono forniti parlano di un incremento prestazionale del 65% nel benchmark sintetico 3DMark 11-P.
Spostando l’attenzione ad un livello architetturale più generale, Carrizo rappresenta il primo SoC completamente conforme allo standard HSA (Heterogeneous System Architecture) 1.0. Ciò significa che a partire da questa generazione di chip le componenti CPU e GPU potranno essere sfruttate utilizzando un modello di programmazione unificato grazie all’utilizzo di uno spazio di indirizzamento (virtuale e fisico) comune e all’estensione della coerenza multicore alla GPU.
In altri termini, dal punto di vista delle risorse computazionali i “core” delle APU Carrizo possono essere utilizzati in maniera del tutto flessibile permettendo agli sviluppatori di sfruttare la tipologia di core più adeguata al carico e garantendo l’accesso a tutta la memoria in coerenza (quindi evitando tutte le latenze indotte dalla necessità di trasferire dati da CPU a GPU in configurazioni “tradizionali” di memoria non condivisa).
È ragionevole concludere che per quanto questa tecnologia sia estremamente promettente, con Carrizo AMD sta gettando le fondamenta per qualcosa che potrà sostanziarsi più avanti con il supporto software adeguato alla tecnologia e con l’avvento di architetture ad alte prestazioni in grado di offrire workstation mobili (e non) di nuova generazione.
Infine vale la pena menzionare come nonostante la sesta generazione di APU serie-A di AMD abbia un target prettamente mainstream, strizzi l’occhio anche a possibili ambiti di adozione più prettamente “corporate” grazie all’integrazione di un sottosistema dedicato alla sicurezza basato su architettura ARM Cortex-A5 dotato anche di un co-processore crittografico con supporto alla gran parte degli standard attuali in termini di encryption/decryption, hashing e generazione di numeri pseudocasuali.