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CPU und GPU vereint: Wie die Fusion zu AMDs Zukunft wurde

Mit Lauchgemüse und Katzen-Kernen zu Playstation und Xbox: Wir blicken auf ein Jahrzehnt an Accelerated Processing Units (APUs) zurück.

Ein Bericht von veröffentlicht am
The Future is still Fusion!
The Future is still Fusion! (Bild: AMD)

Als AMD anno 2006 für 5,4 Milliarden US-Dollar den Grafikchip-Hersteller Ati aufkaufte, war das eine Wette auf die Zukunft: Die Fusion aus CPU und GPU in einem Design war das erklärte Ziel, es sollte aber noch viele Jahre dauern und auch keine Potara-Ohrringe benötigen, bis es erstmals erreicht wurde.

Heute hingegen sind Accelerated Processing Units (APUs) aus AMDs Portfolio nicht mehr wegzudenken - sie stecken in günstigen Notebooks, in Desktop-PCs und in multiplen Spielekonsolen von Microsoft sowie Sony. Tatsächlich begann die initiale APU-Entwicklung indirekt mit einem Xbox-Chip, unter der Federführung von Microsoft.

In der Xbox 360 steckten von Beginn an eine CPU von IBM, der Xenon, und eine dedizierte GPU von Ati, der Xenos. Seit 2005 produzierte Microsoft beide Prozessoren mit 90 nm, es folgten Versionen mit 65-nm-CPU (Falcon) und 65-nm-GPU (Jasper). 2010 erschien die Xbox 360 S (Valhalla), hier wurden beide Funktionsblöcke mit 45 nm in einem einzigen Chip kombiniert - der sogenannten XCGPU.

  • Schon 2006 gab es einen ersten Ausblick auf die APUs. (Bild: AMD)
  • 2009 kündigte AMD die ersten APUs an. (Bild: AMD)
  • Die Chips sollten CPU-Kerne und integrierte Grafik verbinden. (Bild: AMD)
  • Schon früh war klar, dass die iGPU leistungsstark ausfallen muss. (Bild: AMD)
  • Die Brazos-Plattform war 2010 der Start. (Bild: AMD)
  • Hierfür wurde mit Bobcat der erste Katzen-Kern entwickelt. (Bild: AMD)
  • Die beiden Chips hießen Ontario und Zacate. (Bild: AMD)
  • 2011 folgte mit Llano die erste Desktop-APU. (Bild: AMD)
  • Darin stecken überarbeitete K10-Kerne ... (Bild: AMD)
  • ... und eine VLIW5-Grafikeinheit. (Bild: AMD)
  • Mit Trinity erschien 2012 eine APU ... (Bild: AMD)
  • ... samt Bulldozer-/Piledriver-CPU-Modulen ... (Bild: AMD)
  • ... und einer iGPU auf VLIW4-Basis. (Bild: AMD)
  • Kaveri stellte 2014 einen wichtigen Schritt dar. (Bild: AMD)
  • Neben Bulldozer-/Steamroller-Modulen ... (Bild: AMD)
  • ... integrierte AMD eine GCN-basierte iGPU ... (Bild: AMD)
  • ... und schuf einen gemeinsamen Speicherbereich. (Bild: AMD)
  • Kabini war 2013 das erste SoC mit integrierter Southbridge. (Bild: AMD)
  • Die Katzen-Kerne (Bobcat) wurden als Jaguar in verbesserter Form aufgelegt. (Bild: AMD)
  • Der Graphics Core Next feierte bei Kabini seinen Einstand. (Bild: AMD)
  • Das SoC der Xbox One wurde gemeinsam mit AMD entwickelt. (Bild: Microsoft)
  • Es kombinierte acht Jaguar-Cores mit einer GCN-v2-Grafik und Embedded-DRAM. (Bild: Microsoft)
  • Auch die Playstation 4 ... (Bild: Sony)
  • ... setzte auf Jaguare als CPU-Kerne ... (Bild: Sony)
  • ... und GCN als Grafik, jedoch mit GDDR5-Speicher. (Bild: Sony)
  • Auch 2015 war Bulldozer beim Carrizo-SoC noch aktuell. (Bild: AMD)
  • Excavator stellte die letzte Ausbaustufe dar. (Bild: AMD)
  • Die Grafikeinheit wurde auf GCN v3 aktualisiert ... (Bild: AMD)
  • ... und bekam HEVC-Decoding spendiert. (Bild: AMD)
  • Das SoC der PS4 Pro enthielt bereits Vega-Funktionen wie schnelles FP16. (Bild: Sony)
  • Die Xbox One X wurde intern als Scorpio entwickelt. (Bild: Microsoft)
  • Statt eDRAM gibt es ein 384-Bit-Interface für GDDR5-Speicher. (Bild: Microsoft)
  • CPU-seitig bleibt es bei Jaguar. (Bild: Microsoft)
  • Raven Ridge erscheint 2017. (Bild: AMD)
  • Es ist die erste APU mit Zen-Kernen ... (Bild: AMD)
  • ... und 7-nm-Fertigung. (Bild: AMD)
  • Die Xbox Series X kombiniert acht Zen-Cores mit einer RDNA2-Grafikeinheit. (Bild: Microsoft)
  • Der GDDR6-Speicher ist in zwei Geschwindigkeitsstufen unterteilt. (Bild: Microsoft)
  • Die Playstation 5 setzt auf einheitlichen RAM. (Bild: iFixit)
  • Auf Renoir folgte 2021 noch Cezanne - hier nicht abgebildet. (Bild: AMD)
2009 kündigte AMD die ersten APUs an. (Bild: AMD)

Allerdings geht der nominell erste Prozessor mit integrierter Grafikeinheit nicht auf das Konto von Microsoft, sondern auf das von Intel - und nein, wir sprechen nicht vom längst eingestampften Timna: Ende 2009 wurde der Pineview-Atom vorgestellt, ein Chip mit zwei Bonnell-CPU-Kernen und integrierter Grafik (GMA 3150), der für die damals sehr populären Netbooks gedacht war.

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Seitens AMD gab es zu diesem Zeitpunkt noch keine APUs, wohl aber befanden sich diverse Designs in Entwicklung. So sprach AMD im Sommer 2007 von neuen CPU-Designs: Bobcat (Rotluchs) sollte im Low-Power-Segment überzeugen, Bulldozer hingegen im Desktop- und im Server-Bereich. Die Idee eines 45-nm-Designs musste AMD verwerfen, zu unterschiedlich waren die Anforderungen an Transistoren für CPU- und GPU-Kerne, auch blieb die Frage der Priorisierung lange ein internes Streitthema.

  • Schon 2006 gab es einen ersten Ausblick auf die APUs. (Bild: AMD)
  • 2009 kündigte AMD die ersten APUs an. (Bild: AMD)
  • Die Chips sollten CPU-Kerne und integrierte Grafik verbinden. (Bild: AMD)
  • Schon früh war klar, dass die iGPU leistungsstark ausfallen muss. (Bild: AMD)
  • Die Brazos-Plattform war 2010 der Start. (Bild: AMD)
  • Hierfür wurde mit Bobcat der erste Katzen-Kern entwickelt. (Bild: AMD)
  • Die beiden Chips hießen Ontario und Zacate. (Bild: AMD)
  • 2011 folgte mit Llano die erste Desktop-APU. (Bild: AMD)
  • Darin stecken überarbeitete K10-Kerne ... (Bild: AMD)
  • ... und eine VLIW5-Grafikeinheit. (Bild: AMD)
  • Mit Trinity erschien 2012 eine APU ... (Bild: AMD)
  • ... samt Bulldozer-/Piledriver-CPU-Modulen ... (Bild: AMD)
  • ... und einer iGPU auf VLIW4-Basis. (Bild: AMD)
  • Kaveri stellte 2014 einen wichtigen Schritt dar. (Bild: AMD)
  • Neben Bulldozer-/Steamroller-Modulen ... (Bild: AMD)
  • ... integrierte AMD eine GCN-basierte iGPU ... (Bild: AMD)
  • ... und schuf einen gemeinsamen Speicherbereich. (Bild: AMD)
  • Kabini war 2013 das erste SoC mit integrierter Southbridge. (Bild: AMD)
  • Die Katzen-Kerne (Bobcat) wurden als Jaguar in verbesserter Form aufgelegt. (Bild: AMD)
  • Der Graphics Core Next feierte bei Kabini seinen Einstand. (Bild: AMD)
  • Das SoC der Xbox One wurde gemeinsam mit AMD entwickelt. (Bild: Microsoft)
  • Es kombinierte acht Jaguar-Cores mit einer GCN-v2-Grafik und Embedded-DRAM. (Bild: Microsoft)
  • Auch die Playstation 4 ... (Bild: Sony)
  • ... setzte auf Jaguare als CPU-Kerne ... (Bild: Sony)
  • ... und GCN als Grafik, jedoch mit GDDR5-Speicher. (Bild: Sony)
  • Auch 2015 war Bulldozer beim Carrizo-SoC noch aktuell. (Bild: AMD)
  • Excavator stellte die letzte Ausbaustufe dar. (Bild: AMD)
  • Die Grafikeinheit wurde auf GCN v3 aktualisiert ... (Bild: AMD)
  • ... und bekam HEVC-Decoding spendiert. (Bild: AMD)
  • Das SoC der PS4 Pro enthielt bereits Vega-Funktionen wie schnelles FP16. (Bild: Sony)
  • Die Xbox One X wurde intern als Scorpio entwickelt. (Bild: Microsoft)
  • Statt eDRAM gibt es ein 384-Bit-Interface für GDDR5-Speicher. (Bild: Microsoft)
  • CPU-seitig bleibt es bei Jaguar. (Bild: Microsoft)
  • Raven Ridge erscheint 2017. (Bild: AMD)
  • Es ist die erste APU mit Zen-Kernen ... (Bild: AMD)
  • ... und 7-nm-Fertigung. (Bild: AMD)
  • Die Xbox Series X kombiniert acht Zen-Cores mit einer RDNA2-Grafikeinheit. (Bild: Microsoft)
  • Der GDDR6-Speicher ist in zwei Geschwindigkeitsstufen unterteilt. (Bild: Microsoft)
  • Die Playstation 5 setzt auf einheitlichen RAM. (Bild: iFixit)
  • Auf Renoir folgte 2021 noch Cezanne - hier nicht abgebildet. (Bild: AMD)
Die Brazos-Plattform war 2010 der Start. (Bild: AMD)
AMD-Prozessoren

Folgerichtig musste sich AMD auf TSMCs 40 nm und Globalfoundries' 32 nm konzentrieren, weshalb die erste APU überhaupt ein sparsamer Chip für günstige Notebooks wurde: Im Januar 2011 erschien die Brazos-Plattform mit Ontario (9 Watt) und Zacate (18 Watt), welche zwei Bobcat-Cores mit einer Terascale-2-/VLIW5-Grafikeinheit kombinierten. Verglichen zu Intels damaligen Atoms schnitten die Prozessoren sehr gut ab.

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Gemeinsamer Speicher-Pool für CPU und iGPU 
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Crass Spektakel 12. Feb 2021 / Themenstart

Das ist so nicht ganz korrekt. Die strikte Trennung zwischen CPU-Memory-Map und GPU...

Crass Spektakel 12. Feb 2021 / Themenstart

Ich fand damals Bobcat genial. Erst wenige Jahre zuvor hatte ich mir ein Netbook mit Atom...

ms (Golem.de) 15. Jan 2021 / Themenstart

Das lohnt sich im Desktop-Markt offenbar nicht, sonst hätte AMD es längst getan, die...

yumiko 14. Jan 2021 / Themenstart

Also ohne GPU wird es knapp mit dem Bild. Die APU gibt faktisch viel GPU-Leistung für...

thecrew 13. Jan 2021 / Themenstart

Ich denke die Verträge mit Sony und Microsoft im Konsolen Segment verhindern dies. wenn...

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