Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/system-on-a-chip-fuer-notebooks-amds-carrizo-soll-ein-effizienzwunder-werden-1502-112513.html    Veröffentlicht: 24.02.2015 01:45    Kurz-URL: https://glm.io/112513

System-on-a-Chip für Notebooks

AMDs Carrizo soll ein Effizienzwunder werden

Doppelte Akkulaufzeit bei mehr Geschwindigkeit: Carrizo setzt auf verbesserte CPU-Module sowie eine sparsamere Grafikeinheit, integriert den Chipsatz und unterstützt Connected Standby.

AMD hat auf der International Solid State Circuits Conference 2015 (ISSCC) weitere Details zum kommenden Carrizo-Prozessor für Notebooks veröffentlicht. Der Fokus der neuen Accelerated Processing Unit liegt auf der Effizienz der Plattform, weshalb AMD alle Chip-Bestandteile auf Sparsamkeit getrimmt und ihren Platzbedarf auf dem Die verringert hat.

Eine der wichtigsten Verbesserungen für Carrizo ist Excavator: So bezeichnet AMD die dritte Ausbaustufe der Modul-Architektur. Excavator folgt auf Bulldozer, Piledriver sowie Steamroller und soll die Leistung pro Takt um etwa fünf Prozent steigern. Das liegt etwa an den Caches: Der L1-Daten-Puffer eines jeden Moduls fasst 32 KByte an Daten und damit doppelt so viele wie bisher.

Bei Steamroller hatte AMD den L1-Instruction-Cache verglichen mit Piledriver um 50 Prozent auf 96 KByte erweitert, da erscheint es nur logisch, auch den L1D zu vergrößern. An der Kapazität des L2-Puffers dürfte sich hingegen nichts ändern, zumindest interpretieren wir AMDs Präsentation so. Eine weitere denkbare Verbesserung abseits optimierter Caches ist wie so oft eine überarbeitete Sprungvorhersage; zudem beherrscht Excavator die 2013 von Intel mit Haswell eingeführte AVX2-Befehlssatzerweiterung.

Trotz der größeren L1-Data-Caches ist ein Excavator-Modul mit zwei Integer-Kernen kleiner als ein Steamroller-Modul, obwohl AMD weiterhin auf Globalfoundries' 28-nm-SHP-Fertigung (Super High Performance, bulk ohne SOI) setzt. Der Trick heißt High Density Library und stammt aus AMDs Grafikabteilung: Statt die einzelnen Funktionsblöcke eines Moduls weitestgehend manuell anzuordnen, erfolgt die Anpassung automatisch durch ausgefeilte Algorithmen - ähnlich wie bei Jaguar oder Puma.

Das führt zu enger beieinander sitzenden Funktionsblöcken, AMD spricht von einer 23 Prozent kleineren Fläche, ohne den L2 zu berücksichtigen. Der komplette Carrizo-Chip soll mit 250 mm² ein bisschen größer sein als Kaveri - statt 2,41 Milliarden Transistoren sind aber 3,1 Milliarden Transistoren integriert. Einige davon stecken im größeren L1D-Cache, die meisten aber in der Southbridge alias Fusion Controller Hub ("Chipsatz"). Carrizo ist also ein System-on-a-Chip, das neben USB 3.0 und Sata Schnittstellen für SD-Karten integriert.

Zurück zur High Density Library: Die kürzeren Signalwege bei Excavator sparen laut AMD 40 Prozent der Energie. Der Nachteil sind geringere maximale Frequenzen, was im mobilen Segment aber nicht allzu tragisch ist. Taktraten für Carrizo wollte AMD noch keine nennen. Wir tippen auf höhere Frequenzen im 17-Watt-Segment und leicht niedrigere im 35-Watt-Bereich, verglichen mit Kaveri für Notebooks. Zudem soll es Carrizos mit 12 Watt geben.



Sparsamere GPU, H.265-Unterstützung und angepasste Spannungen

Da AMD für die in Carrizo verbaute Grafikeinheit bereits eine High Density Library nutzt, hat sich die GPU-Abteilung bei den CPU-Kollegen kundig gemacht und die Implementierung der Transistoren genauer angeschaut. Transistoren mit hoher minimaler Schwellspannung (HVT - High Threshold Voltage) weisen vergleichsweise wenig parasitäre Leckströme auf. Solche mit geringer Schwellspannung (LVT - Low Threshold Voltage) haben dagegen mehr, bei zugleich schnellerer Schaltgeschwindigkeit. AMD hat versucht Transistoren für HVT und den Mittelweg (RVT - Regular Threshold Voltage) zu optimieren.

AMD will so die Leckströme um 18 Prozent reduziert haben, was entweder 10 Prozent höhere Frequenzen bei gleicher Leistungsaufnahme bedeutet oder den Energiekonsum bei identischer Geschwindigkeit um 20 Prozent verringert. Anders als bei Kaveri sind daher auch bei den 15-Watt-Modellen von Carrizo alle acht Compute Units der Grafikeinheit aktiv - und nicht nur vier oder sechs Blöcke. Somit bietet Carrizo durchgehend volle 512 Shader-Rechenwerke.

Die ALUs basieren weiterhin auf der GCN-Technik (Graphics Core Next), jedoch dürfte diese nun GNC 1.2 alias IP v8 und somit Tonga entsprechen (inklusive der überarbeiteten verlustfreien Farbkompression für effektiv mehr Datentransfer-Rate). Allerdings hat AMD für die Carrizo-Grafikeinheit den Unified Video Decoder (UVD) und die Video Codec Engine (VCE) aufgebohrt, diese können H.265-Material dekodieren wie enkodieren. Details, ob etwa das YUV-Videoformat mit 10 Bit Farbtiefe pro Kanal unterstützt wird, wollte AMD noch nicht bekanntgeben.

Eine weitere Verbesserung zugunsten der Effizienz sind angepasste Frequenzen bei einem Spannungsabfall (Vdrop) für die Excavator-Kerne und die Grafikeinheit. AMD hatte diese Technik schon bei Steamroller für Kaveri integriert. Hintergrund dazu: Sobald die CPU-Module oder die GPU zu rechnen beginnen oder von einem niedrigen P-State in einen höheren wechseln, steigt die Leistungsaufnahme urplötzlich an - dieser Lastwechsel provoziert einen Vdrop. Dagegen wollen die Hersteller vorgehen, da bei zu geringer Spannung die Transistoren nicht mehr schalten.

Meist wird der Takt niedriger angesetzt, die Spannung erhöht, oder es werden Glättungskondensatoren verbaut. All das verringert aber die Geschwindigkeit und steigert die Leistungsaufnahme oder die Kosten. AMD nutzt für Carrizo eine Technik, bei welcher der Chip seinen Takt im Moment des Spannungsabfalls gerade so weit absenkt, dass die Transistoren noch schalten.

Für Nanosekunden ist die Frequenz zwar fünf Prozent geringer, das Einsparungspotenzial aber liegt bei bis zu 10 (CPU-Module) und bis zu 19 (Grafikeinheit) Prozent. Dadurch sind absolut höhere Taktraten bei gleicher Leistungsaufnahme möglich, wodurch die kurzzeitig geringere Frequenz zumindest im Mittel kompensiert wird.

In den Excavator-CPU-Modulen stecken zudem neue Sensoren für AVFS (Adaptive Voltage and Frequency Scaling): Neben solchen, welche die Leistungsaufnahme und die Temperaturen messen, prüfen weitere die Frequenzen und Spannungen innerhalb der Kerne. Damit erhält AMD bessere Möglichkeiten, die Geschwindigkeit der einzelnen Carrizo-Chips und Modelle an die Auslastung (workload) anzupassen.



Lange Laufzeit trotz lahmem Aufwachen aus dem Connected Standby

Apropos Geschwindigkeit: Bisher unterstützen nur Beema und Mullins den Connected Standby alias Instant Go, Carrizo ist die erste große Accelerated Processing Unit, welche diese Technik ebenfalls beherrscht. Intel spricht von S0i3, AMD übernimmt diese Bezeichnung für den Tiefschlafmodus.

Hierbei schaltet die Power Control Unit alle Chipteile wie Grafikeinheit, CPU-Kerne, Taktgeber oder Speichercontroller ab - einzig die PCU selbst und die integrierte Southbridge bleiben zusammen mit ein wenig I/O aktiv.

An diese sind das Ethernet sowie das WLAN angeschlossen, die in einem Low-Power-Zustand Daten wie Mails oder Skype-Nachrichten empfangen, kurz die CPU-Kerne wecken und dann wieder in den S0i3 schicken. Ein Carrizo-System soll innerhalb von 500 Millisekunden aufwachen und wieder einschlafen, Intels Broadwell-U schafft das allerdings in unter 4 Millisekunden.

AMD gibt eine Leistungsaufnahme im Connected Standby von weniger als 50 Milliwatt für ein Carrizo-SoC an, Intels Broadwell-U benötigt laut Hersteller 18 Milliwatt. Ob AMDs neuer Chip die Schlafmodi Devsleep für per Sata-Interface angebundene SSDs (die dann nur noch unter 5 Milliwatt an Leistung aufnehmen) oder den L1.2 für PCIe-SSDs (unter 2 Milliwatt) unterstützt, wissen wir noch nicht - wir gehen aber aufgrund des Connected Standby davon aus.

Neben Carrizo arbeitet AMD noch an der kleineren Variante Carrizo-L. Die nutzt zwar ebenfalls eine GCN-Grafikeinheit, basiert aber auf bis zu vier Kernen vom Typ Puma+, und das Speicherinterface ist nur 64 statt 128 Bit breit - also Singlechannel. Carrizo und Carrizo-L sind Pin-kompatibel und werden auf den gleichen BGA-Sockel namens FP4 gelötet, was für OEM-Hersteller die Entwicklung von Mainboards einfacher und günstiger macht.

Ersteindruck

AMD hat Carrizo den bisher vorgelegten Informationen zufolge sehr stark auf Effizienz optimiert - die Leistung dürfte daher verglichen mit Kaveri im 15- bis 35-Watt-Segment deutlich steigen. Das alleine verlängert die Akkulaufzeit eines Carrizo-Notebooks schon deutlich, der Connected Standby hilft zusätzlich.

Im Sommer sollen Geräte mit Carrizo erscheinen, wir erwarten erste Ankündigungen auf der Computex-Messe im Juni 2015. Bei allen guten und sinnvollen Verbesserungen gilt es aber zu bedenken, dass die OEMs bisher mit AMD-Chips selten richtig gute Notebooks gebaut haben. Im Fazit von Kaveri fragten wir uns, ob sich das ändert - die Antwort lautet Nein.

Schlanke 14-Zöller mit einem 19-Watt-Chip samt flotter SSD, 8 GByte Speicher und gutem Display als Konkurrenz zu Intels Ultrabooks gibt es nicht - stattdessen finden sich diverse günstige 15,6-Zoll-Klopper mit wenig RAM in Form von nur einem Modul und einer Festplatte statt SSD bei den Händlern.

Ja, die werden sicherlich auch gekauft, aber solange die OEMs nicht mitspielen, hat AMD kaum eine Chance im Mobile-Markt. Schade.  (ms)


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