AMD se planteó una nueva "visión" de querer combinar el CPU y GPU en el mismo silicio mediante los APUs (Accelerated Processing Units). Hacerlo posible no ha sido sencillo, pero tras una cruzada de 3 años, la compañía finalmente ha logrado dar el siguiente salto importante anunciando la 4ta generación de APUs A-Series "Kaveri" .
La importancia de los APUs "Kaveri" radica en que no son una simple actualización como ha ocurrido en generación previas (Trinity/Richland). Se trata de una evolución que nos acerca al concepto que se planteó originalmente de "fusión" donde el CPU y el GPU deben trabajar como un solo.
El viaje comienza a 28nm
Alcanzar este logro ha venido de la mano de cambios importantes; sin embargo, opuesto a lo que ha sucedido en generaciones anterior, los APUs Kaveri" no se definen precisamente por contar con un CPU y un GPU más potente sino por cómo es su comunicación.
Para conseguirlo, uno de los cambios fundamentales fue hacer una transición en el proceso de manufactura. Esto significó reemplazar el proceso HKG (High-K Metal Gate) a 32nm que se uso en APUs (Llano/Trinity/Richland) por el denominado "AMD optimizado" donde se utiliza el proceso SHP (Super High Performance) a 28nm, también fabricado por GlobalFoundries.
Lo interesante de esta transición, es que mientras que el proceso a 32nm se eligió para desarrollar chips de alto rendimiento con altas frecuencias, los APUs "Kaveri" se caracterizan por contar con una mayor cantidad de transistores.
El motivo de esta decisión se debe a que la prioridad para AMD fue integrar un GPU más potente sacrificando frecuencias. Aunque esto significa que los APUs "Kaveri" serán más lentos que "Trinity/Richland", se habla que las mejoras de 20% de rendimiento en el CPU lo compensarán.
Al final, hablamos que los APUs "Kaveri" cuentan con 2.41 mil millones de transistores en un área de die de 245mm2, o bien, que hay un 85% mayor densidad de transistores comparado con "Trinity/Richland" donde hay 1.303 mil millones de transistores en un área de 246mm2.
Un APU tiene Compute Cores
Cuando AMD introdujo su concepto de "fusión" con los APUs (Llano), por allá del 2011, una de las incongruencias más remarcadas fue que AMD no consiguió entregar un producto que verdaderamente combinará lo mejor de un CPU y un GPU. El resultado terminó siendo algo muy semejante a lo que Intel actualmente ofrece en sus procesadores donde un CPU tiene integrado un GPU. Con los APUs "Kaveri" es distinto.
Lo que hace especial a los APUs "Kaveri", es que ya cuentan con un diseño verdaderamente híbrido donde las funciones de un CPU y un GPU actúan como co-procesadores embebidos que son capaces de entenderse al compartir la misma información, y no que uno comande al otro en tareas específicas.
Esta diferencia es también el motivo por el cual AMD ha determinado que es momento de calificar los APUs "Kaveri" como una "verdadera" solución integrada (CPU/GPU) y no un chip donde hay un CPU y un GPU por separado. Por este motivo, AMD ha optado por nombrar la cantidad total que tiene un APU como Compute Cores.
En otras palabras, los APU "Kaveri" pueden tener hasta "12 Compute Cores" (APU A10-7850K) de los cuales 4 son del CPU y 8 del GPU y que varía dependiendo de las especificaciones de cada modelo (SKU) de APU A-Series 2014. Esto lo conoceremos un poco más adelante.
CPU
Para entender el diseño interno de los APUs "Kaveri" comencemos mencionando que tienen un CPU con núcleos x86-x64 basados en la arquitectura "Steamroller". También puede verse como la 3ra generación de Bulldozer" ya que no hay cambios importantes con respecto a los núcleos "Piledriver" (vistos en los procesadores AMD FX) solo hay hecho mejoras aquí y allá.
A grandes rasgos, la similitud más remarcable entre los núcleos "Steamroller" y los núcleos "Piledriver" es su arreglo de hasta 4 núcleos acomodados en módulos dual-core. También cuentan con dos unidades de cómputo entero que comparten una unidad de cómputo de punto flotante. De acuerdo a AMD, éstos núcleos prometen un mejora de hasta 25% de rendimiento en IPC (instrucciones por ciclo).
Entre las mejoras se encuentra que ahora cada unidad de cómputo entero cuenta con un decodificador de hardware. También cuentan con hasta 4MB de caché L2 (2MB por módulo), mientras que el caché L1 ha sido incrementado de 64KB a 96KB.
Adcionalmente, incluyen soporte a un nuevo juego de instrucciones incluyendo FMA4/3, AVX, AES, y XOP. Se ha mejorado la Tecnología AMD Turbo a la versión 3.0 con la cual el procesador puede incrementar y disminuir su frecuencia de manera más rápida y eficiente. Por si no fuera suficiente, también se ha integrado un controlador de memoria DDR3 que soporta frecuencias de 2400 MHz, además de que ha sido actualizado la interfaz PCIe al estándar 3.0, entre otras cosas.
GPU
Es conocido que el fuerte de los APUs no es el CPU sino el GPU. En los APUs "Kaveri" no puede descartarse las mejoras implementadas en los núcleos "Steamroller", sin embargo, su verdadero atractivo son sus capacidades gráfica. Tan solo el GPU ahora ocupa el 47% del área del die. Esto explica porque AMD sacrificó frecuencias por densidad de transistores.
La mejora más importante es el remplazo de la arquitectura VLIW5/VLIW4 a un GPU basado en núcleos GCN (Graphics Core Next). Lo interesante de esta transición da la posibilidad que un APU ofrezca prestaciones que encontraríamos en las Radeon HD 7000 Series ya que cuentan con un GPU Radeon con hasta 8 Compute Units (CUs) que varía dependiendo del SKU resultando entre 384 a 512 (Stream Processors).
Específicamente, hablamos que el GPU de los APUs "Kaveri" cuentan con hasta "8 Compute Cores" (o bien, 512 Stream Processors) y pueden trabajar a una frecuencia de hasta 720 MHz. Tiene soporte a métodos de filtrado 8xAA y 16xAF, soporte a APIs como DirectX 11.2 y Mantle, la Tecnología multi-monitor AMD EyeFinity y reproducción de contenido UHD (4K).
Adicionalmente, se han incluido funciones que encontraríamos en tarjetas AMD Radeon R9 920X "Hawaii" como un decodificador de audio AMD True Audio, un nuevo motor codificador de video VCE y un decodificador unificado de video UVC.
Entre las ventajas que incluyen es la posibilidad de escalamiento a super-resolución con lo cual se puede mejorar la calidad de video SD para que se pueda ver a resoluciones HD (720p), mientras que video FHD (1080p) en pantallas UHD (4K). También se pueden armar arreglos AMD Eyefinity usando las salidas de video HDMI, DVI y DisplayPort y VGA.
Otra de las características importantes es el soporte a la Tecnología Dual Graphics. El principio es muy semejante a los arreglos multi-GPU usando la Tecnología AMD CrossFireX, solo que ahora se combina el GPU integrado de los APUs con el GPU de una tarjeta de video discreta.
Su finalidad es dar la posibilidad de incrementar el rendimiento de los sistemas combinando dos GPUs. Evidentemente, las ganancias de rendimiento se verán reflejadas dependiendo del tipo de tarjeta (Radeon R7/R9) que sea instalada, pero más importante es que la tecnología está dirigida a beneficiar las prestaciones de sistemas de bajo rendimiento.
La idea aquí es que un usuario con un APU que busca incrementar rendimiento gráfico pero no quiere invertir demasiado en una tarjeta high-end (Radeon R9), solo tiene que comprar una tarjeta de baja baja o media (Radeon R7) y listo.
En pruebas internas de AMD, si una Radeon R7 240 puede entregar 20.4 FPS en Bioshock: Infinite y 19.4 FPS en Tomb Raider (2013), al usar Dual Graphics el rendimiento puede aumentar hasta 40.2 FPS y 38.1%, respectivamente, resultando en una mejora de hasta 95% simplemente con una tarjeta de $80.
La fórmula secreta: HSA + hUMA
En un principio comentaba que los APUs "Kaveri" son algo más que una simple actualización, pero si nos basamos en las mejoras vistas en el CPU y el GPU, ciertamente, no hay mucha diferencia con respecto a lo que se ha hecho en otras generación. Entonces ¿cuál es la diferencia?
El punto angular de los APUs "Kaveri" que los distingue de todos los intentos previos y de su propia competencia, es la arquitectura HSA (Heterogeneous System Architecture). Se refiere a un juego de características por software y hardware que se encargan de que el CPU y el GPU tengan la misma jerarquía y que se apoyen de la misma manera. No solamente que el CPU sea quien controle al GPU.
El resultado es poder aprovechar las fortalezas del cómputo serial y cómputo paralelo de forma simultánea. La solución que plantea AMD es eliminar el tiempo de copiado que se produce cada vez que el CPU y el GPU procesan información. Así mismo, los APUs "Kaveri" utilizan la arquitectura hUMA de memoria unificada la cual permite que el CPU y el GPU compartan la memoria RAM física y virtual.
Según las estimaciones de AMD, mediante cómputo heterogéneo, los APUs "Kaveri" pueden entregar mejoras de rendimiento de hasta 115% y de 187% comparado con un Intel Core i5-4670K en aplicaciones como PCMark, 3DMark y Basemark CL. Hay que tener presente que son números de AMD y deben tomarse con cuidado.
En escenarios reales como juegos se habla que hUMA añade mejoras importantes en el procesamiento de cabello TressFX y procesamiento de cambio en Tomb Raider, Ambient Occlusion en Far Cray 3 y Bioshock Infinite.
Plataforma FM2+: AMD A-Series 2014 "Kaveri"
Y casi para terminar, hablemos de las especificaciones y modelos que componen la primera oleada de APUs "Kaveri" para escritorio. En primer instancia, éstos APUs estrenan un nuevo socket: el FM2+ que no es muy distinto al FM2 que se usa desde la primera generación, únicamente tiene dos sockes adicionales.
Afortunadamente, y no como sucede con las plataformas de Intel, las motherboards FM2+ ofrecen retro-compatibilidad con las APUs "Trinity" y "Richland". Esto da la posibilidad de poder extender el tiempo de vida de los APUs con socket FM2. Desafortunadamente, y por lo que ya se mencionó, las motherboards FM2 no soportan APUs con socket FM2+.
Cabe mencionar que la compatibilidad de los APUs "Kaveri" también está limitada dependiendo del Chipset de la motherboard. Esto significa que solo funcionan en motherboards FM2(+) que tengan Chipset AMD A55, A78 y el A88X. Las motherboards FM1 con Chipset A75 no son compatibles con APUs "Kaveri".
En lo que respecta a los modelos de APUs A-Series "Kaveri" para escritorio, AMD ha comenzado con dos versiones K-Series (o desbloqueados): el A10-7850K y A10-7700K. También se espera el AMD A8-7600 pero todavía no está disponible.
AMD A10-7850K
El modelo insignia tiene "12 Compute Cores" que se distribuyen en un CPU de 4 núcleos "Steamroller" con 4MB de caché L2 y frecuencias de 3.7 GHz hasta 4.0 GHz con Turbo, y en un GPU de 8 CUs (Compute Units). Este GPU está catalogado como una Radeon R7 que tiene 512 Stream Processors y puede trabajar a 654 Mhz y 720 MHz con Boost. El APU también soporta memoria DDR3-2133 MHz y tiene un TDP de 95W. Su precio recomendado es de $173 dólares.
AMD A10-7700K
Este modelo es prácticamente idéntico al anterior solo que ahora tiene "10 Compute Cores". El CPU sigue siendo un Quad-core pero ahora trabaja de 3.5 GHz hasta 3.8 GHz con Turbo, mientras que el GPU tiene 6 CUs que se traducen en 384 Stream Processors que trabaja a una frecuencia de hasta 720 Mhz. Este modelo también es de 95W pero su precio es $152 dólares.
AMD A8-7600
Finalmente, el tercer integrante es el A8-7600 que también tiene "10 Compute Cores" pero no cuenta con características para overclocking. Consta de un CPU de 4 núcleos que trabaja de 3.1 GHz a 3.8 GHz con Turbo, y el mismo GPU que sus hermanos mayores. En este caso es un modelo de 65W que tiene un precio de $119 dólares.
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