能否撼动行业格局 三代AMD APU全面解析

小罗

    2011年初，AMD发布了全新的处理器——APU，它将CPU与GPU第一次整合在了一起，虽然当时的整合不能算是完美融合，但是也让CPU第一次具备了真正的图形处理能力，也就是相当于显卡的能力，这为之后处理器芯片的发展奠定了基础。

    APU即加速处理器单元，英文全称为Accelerated Processing Unit。而其实谈到APU，还要追溯到更早的2006年。

    在这一年7月24日，AMD突然在其官方网页上宣布收购世界第二大桌面独立图形芯片供应商ATI，消息一出震惊了整个世界。一家CPU厂商突然宣布收购GPU厂商，这无疑是有着战略意义的一次决策，因为在此之前，能够同时供应CPU与GPU以及主板芯片组的厂商仅有英特尔而已，AMD收购ATI的用意不言而喻。同时通过这次收购，AMD不仅再次获得了高性能主板芯片组的研发制造能力，更成为了世界上唯一一家能够同时供应独立显示芯片的CPU制造商。

    不过，AMD收购ATI背后付出的是54亿美元的代价，这让AMD在很长一段时间里都面临着翻船的危险，好在通过一些强有力的产品支持，帮助AMD度过了难关。而在彻底消化ATI之后，CPU+GPU融合的Fusion计划，也逐渐浮出了水面。

三代AMD APU全面解析

    时间再回到2011年，1月4日这一天，AMD正是公布了全新的融合型处理器产品——APU，而APU也正是Fusion计划的代言者，而Fusion计划，也成为了改变日后处理器发展方向、电脑行业发展方向的重要一环，也是最基础的一环。

    ·什么是Fusion计划？

    那么到底什么是Fusion计划呢？

    所谓的Fusion计划就是CPU与GPU的融合计划，对应的Fusion平台由一颗CPU和一颗支持DX11的GPU组成，这种架构表面上看起来并无特别之处，但与英特尔当年公布的Sandy Bridge架构相比，二者之间却有本质性的不同，这个不同就来自于CPU与GPU的融合层面上。

AMD Fusion第一次将CPU与GPU进行了真正的融合

    其实如果从可观的角度来看的话，AMD在硬件理念、硬件设计等方面，往往比竞争对手更早的进入到深层次的水平上。不论是以往MC引入还是通用共享式缓存的提出，甚至是在内核任务广播机制方面，AMD都处于领先地位，而这也为Fusion架构CPU+GPU融合积累了经验。

    相对于英特尔利用北桥进行连接的方式，AMD在Fusion中通过CossBar直接将CPU和GPU连接在了MC上。GPU本身无须具备独立的内存控制单元，它只需通过CrossBar直接使用CPU的MC即可，这不仅节约了在GPU体系中极为占用晶体管资源的内存管理机制，也彻底改变了GPU对本地显存的操作方式。而如今广泛的所谓“CPU+GPU真融合处理器”，也是得益于Fusion平台奠定下来的基础。

    ·第三代APU新品再续前缘

    从2011年到2014年，AMD虽然在主流PC市场，尤其是在主流笔记本市场里遇到越来越大的挑战，但是APU芯片的更新却从来也没有停止过。2014年5月15日，随着AMD第三代APU新品的正式发布，融合型处理器芯片也发展到了一个新的高度。

AMD发布第三代APU新品

    而与以往相比，AMD在本次新品中更加注重功能性的同时，也保持了低功耗与高性能的持续跟进，在Kabini、Temash逐渐被Beema、Mullins取代之后，第三代APU新品将会给我们呈现出怎样的不同呢？

小罗

    在谈第三代APU新品之前，不妨先让我们回到APU诞生的那个年代……

    ·初窥融合门径

    2011年首批Fusion计划（代号Llano）拥有三个系列，不同市场定位的APU产品：分别为单核心TDP 18W、双核心TDP 25W的适用于入门级主流笔记本电脑、一体电脑上的“Zacate”平台。

    TDP 9W的适用于轻薄便携笔记本产品中的“Ontario”平台，其内部一方面是基于“山猫”(Bobcat)新架构的x86 CPU部分，有单核心、双核心两种，官方称单核心功耗可低于1W，另一方面则是衍生自Evergreen Radeon HD 5000系列架构的DX11 GPU部分。

Fusion彻底改变了CPU、GPU芯片的发展方向

    最后一个系列也是性能最强、集成更大规模DX11 GPU图形核心，并在CPU部分借鉴强大的Phenom II架构的“Llano”平台。

    第一代APU主要包括四种特性：超低功耗、全面支持DX11、提升高清硬解性能之后的UVD 3.0技术、以及对应如Office、IE9等软件的加速计算功能。

    其实现在回首来看第一代APU，它绝不仅仅是低功耗高集成度的廉价解决方案这么简单。当年很多朋友对APU支持DX11不以为意，毕竟在当时这种支持从表面来看仅仅是一种“噱头”，但是从深层次角度来看，其实在DX 11中，微软进行的最具革命性的创新就是引入Compute Shader。它是一种纯数学形式的代码，不仅可以结合延迟操作模式和树状结构方便的进行线程间的大并行度管理，实现跨指令的数据共享，快速的实现各种通用计算应用，同时还取消了代码形式上对几何过程的强制关联。

    简单地说就是，CPU与GPU透过Compute Shader被更加紧密的联系在了一起，这种联系在第一代APU中，绝不是表象的DX11支持，而是让CPU与GPU在Compute Shader代码支持下，成为平等的执行单元。而GPU与CPU用CrossBar连接起来，并让GPU直接使用CPU的MC，除了可以节约晶体管降低发热之外，也就是做到低功耗之外，还可以将CPU与GPU直接连接在一起，通过MC的统一控制直接完成数据的交换与共享。CPU与GPU在经过代码优化之后可以分别并行处理同一个任务，整体的运算效率会大大提升。

    可以说是，在“融合”二字的体现上，第一代APU做的比当时的Sandy Bridge更加出色。

    ·炉火纯青之后的锦上添花

    时间再回到2012年，经过一年时间的洗礼，第一代APU在产品端虽然说不上风生水起，但是融合理念逐渐得到OEM厂商与普通大众的认可。即便是竞争对手英特尔，也开始投入所谓“真融合”处理器芯片的研发当中。

    2012年10月份，AMD第二代APU逐渐公布，代号“Trinity”。对应APU型号分别为A4、A6、A8以及A10，依旧采用与第一代APU相同的32nm制程工艺，不过，在进一步控制功耗，降低功耗的基础上，第二代APU进行了全面的性能升级。而Trinity APU最大的变化，在于将具备双UTDP的Barts架构引入到了APU当中，同时进一步加深了GPU与CPU部分的联系，从而实现了显示输出与通用计算性能的同步提升。

第二代APU让融合更加完美（图片来自百度图库）

    此外，第二代APU最为重要的一个技术点，就在于Turbo CORE 3.0技术的支持，它与英特尔的睿频2.0技术相仿，也是根据实际的计算需求，动态的去提升或者降低CPU与GPU的工作频率，其幅度分别可达19%与20%。

    另外在GPU方面，第二代APU采用了与第一代完全不同的VLIW4体系，在流处理器有一定减少的情况下，SIMD阵列与最高频率都得到了提升，因此最终的效率得到显著提升。

    从第一代APU与第二代之间的差异来看，性能的提升是主要方向，Turbo CORE 3.0技术、最大主频提升、GPU体系的变更等等无一不是为APU性能提升而服务。但是从本质来看，这些差异也仅仅是锦上添花而已。

    那么即将发布的第三代APU新品到底与前两代有哪些不同呢？性能提升还是不是主要方向呢？

    ·功耗与性能的博弈

    时间来到现在，AMD终于正式发布了第三代APU新品，代号Richland，首发主要包括面向入门级PC、平板电脑的Beema与Mullins平台。再加上去年公布的首次实现x86四核系统级芯片（SoC）与次世代图形架构（GCN）性能的Temash与Kabini平台，以及面向499美元以下产品推出的Brazos平台，AMD第三代APU阵列已经全面成型。

低功耗、高性能、小体积始终是电脑硬件的核心追求（图片来自百度图库）

    而对于这三大类新平台而言，低功耗与每瓦性能提升依然是其倡导的主要理念。

    同时，我们还需要注意到的是第三代APU平台发布时期的行业背景。

    时下，电脑市场细分化越来越鲜明，界线越来越清晰。第一代与第二代APU发布的时候，所注重的依然是个人电脑市场，包括笔记本与台式机。而如今，平板电脑行业的兴旺，使得第三代APU平台不得不对这一领域给予更多的关注，而首发三大类平台中的Mullins平台，就是为此而来。

    由于新一代APU引入了AMD全新的功耗管理技术，如STAPM技术、智能启动控制技术等，再加上异构计算系统让CPU+GPU的融合得到更进一步完善，SDP功耗仅为2W左右的Mullins平台能够在超低功耗下实现性能的提升，这为APU发力平板电脑行业建立了极大的信心。

    而对于Beema平台来说，它更多的是面向入门级PC产品推出。从官方给出的数据来看，Beema平台在功耗方面的降幅多达20%，标准TDP控制在15W，包括双核与四核两类处理器芯片。旗下型号主要包括主流的A系列以及入门级的E系列，其中A系列包括A6-6310 APU，A4-6210 APU；E系列包括E2-6110以及E1-6010。GPU部分从低到高分别采用了R2、R3与R4显示核心。

    同时在内存支持方面，第三代APU也实现了突破，比如A系列最高端的A6-6310 APU，最高可以支持到DDR3-1866MHz内存，在这样的背景下，APU的并行计算能力将实现本质性的突破。

    因此，从第三代APU的整体情况来看，低功耗管理、高速内存支持、更加完善的异构计算系统（CPU+GPU协作计算）、以及更高效的图形处理能力，是其鲜明的特性所在。

    ·Jaguar升级PUMA+的蜕变

    AMD在2013年就公布了第三代APU平台，其主要目标是实现全新的CPU核心设计、次世代图形核心搭载并且集成控制中心。而2014年公布的第三代APU，则更加注重三个方面的塑造，包括安全性、低功耗以及性能提升。由此可见，虽然第三代产品更强调安全性与低功耗，但是性能提升依然是APU不可忽视的一步。

小罗

    ·CPU有哪些提升？

    从第三代APU新品来看，AMD已经完成了平台级安全处理器的构建，完成了CPU、GPU以及I/O功耗的优化，同时提升了APU的整体性能，并且在功耗控制方面融入了新的技术。

Mullins平台架构示意图

    而从架构方面来看，Mullins平台基于4个PUMA+核心，并且融合了次世代图形架构（GCN）Radeon R6核心，VCE与UVD视频编解码技术帮助Mullins平台实现更好的高清视频体验。

    说到这里，就不得不说说PUMA+核心了。2013年发布的Temash与Kabini基于Jaguar微架构，而今天推出的继任者Mullins与Beema平台则基于PUMA+微架构，二者的区别最直观的表现在新平台的性能方面。PUMA+微架构让Mullins与Beema平台的主频分别提升到2.2GHz与2.4GHz，而Jaguar微架构下的Kabini与Temash分别为2.0GHz与1.4GHz，虽然影响处理器性能的因素有很多，但归根结底，主频的高低与处理器性能的表现有直接联系，主频的提升，无疑使得新平台在基本性能的表现上超越了老平台。

    此外，PUMA+微架构为Beema和Mullins还带来了功耗的优化以及电流溢出率的降低，在性能与功能两个方面，PUMA+都比Jaguar要有更好的表现。

    ·GPU有哪些提升？

    APU是由CPU+GPU共同构成，因此我们接下来要说说新平台的GPU架构。

次世代图形架构示意图

    Kabini与Temash平台采用了全新的次世代图形架构，HD8000型显示核心分别为其带来了600MHz与400MHz的GPU核心频率，而第三代APU新平台Mullins与Beema的GPU核心频率则分别提升到了500MHz与800MHz，同时与CPU部分一样，不仅在功耗方面得到了优化，同时也将电流溢出率降低了38%。

    从去年的Kabini、Temash，到如今的Beema、Mullins，APU新平台利用更加先进的架构将平台功耗降低，同时又提升了基本的性能，这也是第三代APU新品的最大变化所在。

    安全与低功耗如何实现

·AMD依托ARM构建底层安全策略

    我们在关注第三代APU新品的时候也发现，除了在性能与功耗方面有所优化之外，Beema与Mullins平台在功能方面也进行了一些创新型的优化，通过更加先进的技术，使得新平台在安全性方面有了大幅度提升。

    AMD为什么要在APU芯片上强调安全性呢？其实道理很简单，时下的用户手中不仅仅只有一台传统的电脑，他们可能同时还拥有多种不同的设备，比如平板电脑、智能手机等等，在用户享受随时随地访问数据的便捷时，用户数据安全也受到了多方面的挑战，而在随时随地访问数据的前提下，如何能够做到随时随地保护数据，就是AMD APU新平台所看中的一环了。

AMD安全技术构架解读

    于是，AMD发布全新的安全战略就显得非常自然了。从AMD官方公布的安全战略内容来看，主要包括以下几个要点：

    其一，计算领域的转折点要求行业转向基于硬件的安全性，而非以往单纯以软件为主导的安全保护措施。

    其二，AMD将基于ARM的微处理器作为平台级安全处理器，并且AMD已经获得许可集成ARM Cortex A5核心。

    其三，使用专用的协处理器支持密码编译加速，从而让数据安全得到最底层化的保护。

    最后，针对不同安全生态系统的多样化需求，做最基础的系统安全措施。

    此外，我们也了解到了AMD安全战略内容的服务方向，包括网络安全互动，即银行安全、网络购物、电子商务安全；同时提出了对数据和设备的双重保护原则，利用反恶意软件与数据保护，增强企业级安全层级；此外，还利用超越传统密码保护的基于计量生物学的安全可实现互通的协议，对认证安全加厚壁垒；同时还在底层基础系统安全方面，做出可信的执行环境、植入硬件的安全开机以及密码编译加速等模块，从而从下到上的达到用户数据的全面安全化保障。

平台级安全处理器（PSP）架构示意图

    除了在安全战略上提出针对性策略之外，AMD在安全技术方面也进行了突破。首先，AMD的安全战略基础是硬件，从上面的结构中我们可以清楚的看到AMD安全战略的构架，底层的平台级安全处理器（PSP），是集成在APU系统级芯片中的专用安全子系统，它基于ARM Cortex-A5核心打造，隔离芯片上的ROM与SRAM，同时集成了密码编译协同处理器、RSA、SHA、ECC、AES引擎，使得用户数据安全从最底层硬件上得到保证。

小罗

    ·低功耗已经成为AMD首要战略议程

    AMD在第三代APU新品中除了注重安全性的提升，还延续了低功耗战略。并且相对于性能、安全性等方面的提升，AMD更加看中低功耗战略的发展。那么，对于Beema与Mullins平台，AMD是如何做到功耗降低的呢？

智能化的动态调节功耗

    AMD在第三代APU新品中提到了“高级功耗管理”概念，这一概念是建立在多项创新设计基础上来实现的。在Beema与Mullins平台中，AMD引入了智能动态功耗管理方案，并且进一步整合了系统元器件，如南北桥与显卡，同时对电路功耗进行了优化，并且在制程方面进行了升级。通过这四个步骤，AMD第三代APU新品将功耗分别控制在了15W与2W级别，进一步提升了产品的节能特性。

    而相对于移动平台来说，AMD采用了STAMP技术，即动态表面温度感应功耗管理技术，简单的来说，就是根据移动设备，如平板电脑的工作状态，来智能化的去调节整体功耗，并且同时保证性能的最大化输出。在动态表面温度感应功耗管理技术下，可为关键工作负载带来高达63%的性能提升，同时还能够改善并延长电池的使用寿命，这对于经常使用的移动设备而言，无疑是极为有利的。

    ·第三代APU新老平台对比：

    最后，我们通过两张PPT截图，再来简单了解一下第三代APU新老平台之间的差异，

Temash对比Mullins

Kabini对比Beema

    小结：AMD在电脑行业里可以说是不少理念的先行者和倡导者，几年前的融合理念、异构计算理念，还是如今的平台级安全性理念，都对行业的发展有着直接而深远的影响。Fusion平台的推出，使得整个CPU、GPU芯片的发展走上了全新的道路，这才让我们在今天能够看到如此多的体积小巧，纤薄美观的电脑产品。

    即便在今天，融合理念已经逐渐淡出我们的视野，但这只是因为它成为了一种习惯，成为了一个标准，融合型处理器的出现，可以说是电脑发展史上最具里程碑意义的一次革新。

    话题回到第三代APU新品上来，坦白的说，从基本的性能角度来看，其定位偏向主流与入门级别，因此在性能方面并不一定能够符合用户的想象，但是动态功耗管理、平台安全性这些技术和理念的提出，似乎又能够成为下一个电脑行业发展的路标。

    第三代APU新品究竟能够在未来有怎样的表现呢？让我们拭目以待吧！