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Vorstoß ins Notebook: AMD bringt sparsame "Carrizo"-APUs

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amd fx apu 6thWirft man einen Blick in unseren Preisvergleich, stellt man fest, dass dort ein Großteil aller derzeit erhältlichen Notebooks mit einem Intel-Prozessor ausgerüstet ist. Das soll sich laut AMD in den nächsten Wochen aber endgültig ändern. Möglich werden soll dies mit den heute vorgestellten „Carrizo“-APUs, die erstmals High-End-Technologien ins Midrange-Segment bringen und vor allem in Sachen Leistung und Energieeffizienz einen großen Sprung im Vergleich zur Vorgänger-Generation machen sollen.

Ihren Fokus legt die US-amerikanische Chipschmiede auf Streaming hochauflösender Videos, Office-Arbeiten und Online-Games. AMD visiert mit „Carrizo“ eine Preisklasse bei Notebooks zwischen 400 und 700 US-Dollar an, einem Marktfeld, das eigenen Aussagen zufolge rund 63 Millionen potentielle Kunden umfasst. Über 38 % der Notebook-Käufer sollen sich für ein Gerät zwischen 400 und 700 US-Dollar entscheiden. Bis Ende des Jahres soll etwa jedes zweite von fünf Geräten in dieser Preisklasse verkauft werden.

Während man bei Intel im Mobile-Segment mit „Broadwell“ schon seit einiger Zeit auf den modernen 14-nm-Prozess zurückgreift, setzt man bei „Carrizo“ noch immer auf die 28-nm-Technik. Trotzdem aber will AMD die Effizienz seiner APUs nach „Llano“, „Trinity“, „Richland“, „Kaveri“ und „Beema“ mit der inzwischen schon sechsten Generation deutlich verbessert haben. „Carrizo“ soll die Leistungsaufnahme um bis zu 40 % drücken, dennoch aber bei der Performance um etwa 25 % zulegen. Zwar stieg die Anzahl der Transistoren mit nun 3,1 Milliarden noch einmal um rund 29 % an, trotzdem aber bringt es der Chip auf eine Fläche von weiterhin knapp 245 mm2.

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Carrizo soll in Notebooks mit der größten Zielgruppe zum Einsatz kommen

Stromsparender CPU-Part

Die neuen „Excavator“-Kerne wurden hierfür nach dem „High Density Library“-Layout neu angeordnet, sodass die Kerne insgesamt 23 % weniger Fläche bei gleichbleibendem Fertigungsverfahren für sich beanspruchen – die Packungsdichte wurde stark vergrößert. Den frei gewordenen Platz ließ AMD allerdings nicht ungenutzt und integrierte erstmals die gesamte Southbridge, weshalb man gerne auch vom ersten richtigen SoC spricht. Aber auch der L1-Cache beansprucht bei „Carizzo“ nun mehr Platz, seine Kapazität steigt je Kern von 16 auf 32 KB und wurde damit im Vergleich zu den „Steamroller“-Kernen verdoppelt und soll dank weiterer Optimierungen kürzere Latenzzeiten erreichen. Die Buffer-Größe für die Sprungvorhersage wurde um 50 % von 512 auf 768 Einträge vergrößert. Den L2-Cache hat man allerdings auf 2 MB halbiert; wie bislang fehlt ein L3-Cache.

Ein Großteil der Einsparungen bei der Leistungsaufnahme geht auf ein überarbeitetes Powermanagement zurück. AMD verwendet hier die sogenannten Voltage Adaptive Operation. Bislang wurde die Spannung aufgrund unvermeidlicher Schwankungen zu Stabilitätszwecken stets etwas höher angesetzt als dies eigentlich notwendig wäre. Bei „Carizzo“ ist dies nicht mehr der Fall. Stattdessen wird die durchschnittliche Spannung leicht reduziert und bei größeren Schwankungen der Kerntakt leicht abgesenkt. Große Leistungseinbußen sind laut AMD allerdings nicht zu befürchten, vielmehr aber lässt sich die Leistungsaufnahme so um 10 bis 20 % drücken. Die Änderung von Spannung und Frequenz findet im Nano-Sekunden bereich statt und wird kontinuierlich überwacht.

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Die neuen „Excavator“-Kerne bringen zahlreiche Verbesserungen mit sich

Jeder „Excavator“-Kern besitzt zehn sogenannte Adaptive Voltage-Frequenze Scaling Module (AVFS), die Spannung und Taktfrequenz innerhalb der verschiedenen Komponenten des Kerns automatisch anpassen. Dabei spielen auch weitere Faktoren, wie beispielsweise Temperatur und Chipgüte, mit hinein. Hinzukommt ein schnellerer Wechsel zwischen verschiedenen Betriebszuständen. Die neuen „Excavator“-Kerne können vom S0i3-Power-State, bei dem der Kern weniger als 50 mW aufnimmt, binnen weniger Millisekunden in die Volllast wechseln. Außerdem werden beim Soi3-PowerState Teile der APU komplett abgeschaltet.

Neue Stromsparmechanismen wie ein „Inter Frame Power Gating“ finden sich in den neuen „Carrizo“-APUs ebenso. Dabei wird die Grafikeinheit einige Zeit abgeschaltet, wenn der Frame-Buffer vollgelaufen ist. Ein Abschalten im Zeitraum von nur wenigen Millisekunden soll bereits einen erheblichen Teil der Leistungsaufnahme einsparen können. Insgesamt will AMD damit die Leistungsaufnahme im Leerlauf von bislang etwa 4,5 Watt auf nun 2,7 Watt gedrückt haben – die meisten Leistungseinsparen entfallen auf die APU und vor allem auf den Wegfall der Southbridge, schließlich muss der AMD Fusion Controller Hub (FCH) nicht mehr im 65- bzw. 45-nm-Verfahren gefertigt werden und findet nun direkt auf dem Chip der APU seinen Platz.

Wenige Änderungen bei der Grafik

Auf Seiten der Grafikeinheit gibt es hingegen nur wenige architektonische Veränderungen. Sie wurde allerdings durch weitere Optimierungen ebenfalls auf eine höhere Effizienz getrimmt. Der GFX-L2-Cache beträgt nun 512 KB, hinzukommt ein überarbeitetes ISA-Instruction-Set und die GCN-Architektur bekam ein neues Dot-Update spendiert und liegt damit mit „Tonga“ gleichauf und wurde stärker auf HSA optimiert. Volle DirectX12-Unterstützung gibt es ebenso wie weiterhin acht Compute-Cores, welche gelichzeitig die kleinste Einheit bilden.

Eine Compute-Unit besteht aus vier SIMDs mit je 16 ALUs. Im Vollausbau bietet „Carrizo“ wie „Kaveri“ weiterhin 512 Shader-Prozessoren (8 CUs x 4 SIMDs x 16 ALUs). Da an jeden Shadercluster vier Textureinheiten angeschlossen sind, stehen in der Summe 32 TMUs zur Verfügung. Das Speicherinterface weist eine Breite von 128 Bit auf. Ihren Speicher zwackt die Grafiklösung vom Hauptspeicher ab. Der Speichercontroller von „Carrizo“ kommt weiterhin mit 2.133 MHz schnellen DDR3-Speicher im Dual-Channel-Modus zurecht. Laut AMD soll der Chip auch schon DDR4 unterstützen, die Plattform ist darauf allerdings noch nicht ausgelegt.

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"Carrizo" hat einen schnellen und sparsamen Video-Decoder

Dazu gibt es den neuen Unified Video Decoder in Version 6, welcher nun auch mit HEVC/H.265 sowie mit 4K-Content zurechtkommt und etwa 3,5 Mal schneller arbeiten soll als die Vorgänger-Version. Ein passendes Handbrake-Tool will AMD im Übrigen noch im Laufe des Jahres veröffentlichen, intern teste man bereits eine Beta-Version.

Sicherheit ist wichtig

Als Alternative zu Intels Trusted Execution-Technologie integrierte AMD in „Carrizo“ wieder seine TrustZone-Technologie, bei der ein AMD Secure Prozeessor in Form eines ARM-Cortex-A5-Chip zum Einsatz kommt. Aber auch HSA 1.0 wird vollends unterstützt. Vor allem immer wieder hervorgehoben werden zwei Funktionen: „Shared System Memory“ und „Heterogeneous Queuing“. Erstere Technologie schafft einen Speicher, der sowohl von den CPU- wie auch von den GPU-Kernen genutzt werden kann, womit beide Funktionseinheiten immer auf dem neuesten Stand bleiben und ihre Informationen direkt miteinander austauschen können. Ein langwieriges Kopieren der Daten entfällt.

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HSA ist auch bei Carizzo ein großes Thema

Dieser gemeinsame Speicherbereich „hUMA“ ist Grundvoraussetzung für hQ. Bislang galt die CPU als Master-Einheit und war für den kompletten Programmablauf zuständig. Nun soll auch die GPU die CPU direkt mit Jobs füttern können, was beide Funktionseinheiten gleichstellt, sie aber auch unterschiedliche Aufgaben übernehmen lässt. Während sich CPUs besser für serielle Aufgaben eignen, liegen die Stärken einer GPU auf parallelen Rechenaufgaben. Durch die Verteilung dieser verspricht sich AMD eine höhere Effizienz. In Zahlen ausgedrückt: Die neuen „Steamroller“-Kerne sollen eine bis zu 20 % höhere Leistung abliefern als die Vorgänger-Generation. In der Aufgabenteilung zwischen CPU und GPU sowie dem Auslagern parallelisierbarer Prozesse und damit in HSA sieht AMD die Zukunft mit viel Potential.

Die Modellvielfalt von „Carrizo“

Die schnellsten Modelle von Carrizo werden wie schon die Vorgänger-Generation über 12 Compute-Cores verfügen, wobei vier davon dem CPU- und acht den GPU-Part zugeschrieben werden. Ihren Platz werden die neuen APUs im FP4-Package nehmen, auf maximal 512 GCN-Einheiten der dritten Generation zurückgreifen können und einen Speichercontroller für DDR3-Speicher mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2.133 MHz im Dual-Channel-Betrieb zur Seite gestellt bekommen. Anschlussseitig sollen die neuen APUs mit drei Displays umgehen können, True-Audio-Support, HSA-1.0-Unterstützung und den oben genannten Security-Features aufwarten können. Wer als Notebook-Hersteller eine diskrete Grafiösung zusätzlich zur Seite stellen möchte, für den bietet "Carrizo" bis bis zu acht PCI-Express-3.0-Lanes.

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Carrizo ermöglicht unterschiedlcihe TDP-Stufen

Die Leistungsaufnahme, dann aber auch die Performance, kann bei den Topmodellen über das BIOS aber von den Notebookherstellern limitiert werden, was auch der Akkulaufzeit zugute kommt – ähnlich wie das beispielweise auch schon beim AMD A10-7800 der Fall war. "Carrizo" gibt es zum Start mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 35 Watt und geht bis runter von 15 Watt. Die neuen APUs sollen als AMD-FX-, A10- und A8-Modelle auf den Markt kommen. Nähere Angaben zu den einzelnen Taktraten und Unterschiede nannte AMD noch nicht.

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