第六代AMD APU——Carrizo技术详解
代号为“Carrizo”的第六代A系列APU被称作是有史以来最全能的笔记本电脑处理器，它比上一代产品电池续航时间提升高达2倍，而游戏性能是同类竞品的2倍。通过支持HEVC/H.265 硬件解码加速实现流畅的4K超高清视频。
文/一丁
在Computex 2015上，AMD正式推出了代号为“Carrizo”的第六代A系列处理器。而在此之前的技术沟通会上，来自AMD美国总部的多位技术专家，详细介绍了这块第六代APU的创新特性和架构细节。而随着产品的正式发布，这些技术细节也得到了公布。
代号为“Carrizo”的第六代A系列APU被称作是有史以来最全能的笔记本电脑处理器，它比上一代产品电池续航时间提升高达2倍，而游戏性能是同类竞品的2倍。通过支持HEVC/H.265 硬件解码加速实现流畅的4K超高清视频。
全新第六代APU特点概述
全球首款使用系统级芯片（SoC）设计的Carrizo高性能APU，拥有多项业界技术创新的第一：首款支持HEVC硬件解码的主流笔记本电脑高性能APU，也是首款支持异构系统架构HSA 1.0的高性能APU，还是首款支持ARM TrustZone的高性能APU。新一代Carrizo APU基于AMD“挖掘机”核心和第三代次世代图形核心（GCN）架构设计，提供多达12个计算核心（4个CPU + 8个GPU）。最高可达上一代产品两倍的电池续航时间，同时提供了最高可达竞品两倍的游戏性能，通过异构系统架构（HSA）实现创新计算体验，并且提供支持DirectX 12的高端Microsoft Windows 10体验。
卓越的流媒体娱乐体验
AMD第六代A系列处理器首次为笔记本电脑带来了HEVC/H.265，从而让消费者相较于传统的H.264视频享受到质量更高、更低带宽要求的流媒体视频播放体验。享受极佳的娱乐图像质量，包括通过基于视频稳定技术的AMD完美图像技术实现对超高清视频的支持。得益于高能效播放，单次充电即可提供几乎可达上一代产品两倍的观看时间。媒体转换更快，与仅仅使用CPU相比拥有高达五倍的加速编码性能。
流畅的网络游戏体验
AMD第六代A系列处理器拥有媲美独显的内置显卡，凭借AMD Radeon次世代图形核心（GCN）架构提供了最高可达竞品两倍的游戏性能。用户可以享受真正的高清笔记本游戏体验，可以畅玩的热门网络游戏包括《DOTA2》、《英雄联盟》、《反恐精英：全球攻势》等。在不接通电源的情况下可以畅玩数小时的最新电竞游戏，电池续航时间比上一代高出将近两倍。得益于AMD第六代笔记本电脑处理器与精选的AMD Radeon R7移动显卡组建的AMD双显卡交火，游戏帧数的提升最高达42%。凭借AMD FreeSync技术享受无卡顿、无撕裂的流畅游戏体验。
为未来做好了准备，支持DirectX 12、Vulcan、AMD Mantle等多线程API，使用旨在提升性能和视效保真的最先进游戏技术。
创新的计算体
AMD第六代A系列处理器超凡地提供了多达12个计算核心（4个CPU + 8个GPU），从而在计算密集型工作负载中提供了最高可达竞品解决方案两倍的性能。 AMD手势控制支持主流笔记本电脑，用户轻松挥挥手就能够浏览和控制他们11，而无需额外的成本。Carrizo还带来了最完整的微软Windows 10体验：AMD第六代A系列处理器凭借支持原生HEVC解码，在即将推出的Windows 10操作系统中可以加速视频播放，并通过首次在高性能APU应用AMD安全处理器，实现对安全引导和恢复、TPM2.0以及驱动密钥加密等最新的Windows 10特性的支持。
技术细节详细解析
挖掘机是AMD用于Carrizo产品上的新一代X86核心的代号。对比上一代压路机的核心硅片面积，挖掘机的硅片面积减少了很多。而一般来说，如果在不迈进下一个制程节点的情况下，实现面积减少，很可能就会降低性能，但实际上Carrizo性能并没有减少，反而增加了。这是由于AMD采用了更高密度的“晶体管库”形式的设计，减少核心面积。
通过工艺改造，能够把核心面积缩小约26%到35%。由于面积更小，所以这些晶体管之间的距离就更紧凑，如果能够提高每时钟周期指令数，在运算过程中就能够降低功耗。从图4可以看到，蓝色的是新一代Carrizo，紫线是Kaveri，比较主流的15W到25W笔记本APU的功耗段上，实现了大概10到12W的功耗降低。
而为了实现性能上的提升，Carrizo提升了缓存的性能，增加了一倍的一级数据缓存的面积，这曾是上一代设计方面的瓶颈。其次，Carrizo拥有更好的分支预测，能够在CPU核心上对于下一拨要来的数据量做智能化预测。通过这样的优化，能够减少CPU等待数据时间，提高整体性能。第三，Carrizo降低了二级缓存的延迟时间，从原来的19时钟周期降到了18时钟周期，大概提升一个时钟周期的延迟时间。此外，Carrizo还加强了分支预测的准确性，大家知道分支预测是影响功耗的重要因素。AMD希望分支预测更加理性，不会做大量的无用功去执行错误或无效的分支预测，在这个过程中，就能够提高性能。
AMD也更新了指令集和在ModernStandby方面做了优化。Modern Standby意思是能够缩短读取CPU核心的时间，能够让过程更快。最终，Carrizo在每时钟周期指令数方面的提升保持在了4%到15%之间，提升幅度取决于具体的工作负荷和运算的频率。
综合来看，Carrizo有一个非常巨大的综合能力提升，而且是专门针对主流15瓦功耗的笔记本设计，在关键行业软件基准测试超过上一代产品高达55%的性能提升。
Carrizo有8个第三代GCN核心，512KB的共享二级缓存，更优化的曲面细分性能。HSA能够让所有的运算单元共享虚拟的存储空间。在性能提升方面，增加了缓存的面积，可以更好地利用GCN核心。
在HSA架构中，把上下文转换引入到了GPU核心中。GPU有两类处理任务，一类图形，一类是图形计算。图形的上行下行数据是非常巨大的，存储需要很长时间，所以把这一部分任务空间释放，进行图形计算，它被称为“任务预抢占”。在图形计算方面，上下文转换的数据是比较小的，所以可以像在CPU核心中一样，把它们进行存储，让所有的GPU计算共享GPU的核心。
现在的系统设计一般是CPU有搭载非常大的内存，然后GPU非常小。在电影行业里面去编辑一部影片的时候有一个两难的境地，要么是选择其中的一个片断，一帧一帧的去做比较深度、细节的渲染。或者用比较低的不注重细节、细腻感的渲染方式去对比较长的片断来渲染。
而HSA的一个特点就是更扁平、更宽的寻址空间，所以每个任务可以调取这样的地址，能够让空间被打开。有了HSA可以不用损失掉细节，也不用只是一帧一帧地来做渲染。可以把原来想要达到的效果，通过机器就能够来实现，可以看到整个全局。有了HSA，可以让艺术家保持十分清楚的理念，对于整部影片能够按照自己的思路来做编辑。
工业设计方面，现在一般的做法就是用计算机辅助设计系统，首先画出草图，然后去选择材质。要把数据拿到大的计算机，比如说到服务器上去做进一步的分析，看做的设计是否合理。比如选择的金属材料是否合适，在设计里面的方方面面包括压力、温度指标是否能够达标。所以是分两步走的做法，要有设计的草图，然后去验证设计的合理性。
有了HSA，就可以在一台机器上实现。一方面可以在前台做3D图形的设计，在后台就可以对设计出来的草图去做合理性的验证和分析。比如说关于设计是否考虑周全，是否选择了合适的金属材料，这些在一台机器上都可以实现了。通过这种办法就能够让设计师有更加明确的目标感，同时在工作效率方面也可以提升。
在图形显示方面，将GPU图形核心的硬件设计理念，沿用到了显示核心方面，在此基础上，能够实现更优化的视频播放，并且功耗更低。因为在视频播放的时候，在后台会有一个额外的视频处理通道，确保视频播放能够更有效的执行，这个新的通道叫做底层支持。
根据整条的传输路径，从UVD到显卡，再由显卡到显示器，视频可以有两种不同的处理方式。可以把原始视频内容的分辨率进一步扩大，增大图像分辨率。也可以对原始视频进行压缩，降低图像的分辨率，这两种视频格式都可以输出。
Carrizo APU播放1080P的视频时，可以实现超过500mW的功率节省。
与前身相比，UVD 6.0也是侧重功效的提升，有更多的计算能力来处理4K内容。由于解码带宽的增加，CarrizoAPU在1080P的视频解码方面，所需要的时间只是上一代Kaveri APU的1/4，在帧与帧之间可以空余出更多的时间使机器处于闲置状态，从而降低功耗。
凭借在创新电路、固件和软件方面的工作，Carrizo能够充分利用帧与帧之间闲置的3/4的时间，使整个处理器、运算单元处于关停状态，将其转变为极大的功耗节省。这种动态的UVD电源门控、功耗管理，能够为视频播放再增加半小时的续航时间。
视频播放的电池续航时间大幅增加，Carrizo为高清视频实现了超过50%的平台功耗降低，其中有超过60%是来自于Si功率降低。
在实际的应用方面，AMD充分考虑用户需求，与中国领先的视频播放器厂商迅雷和暴风影音合作，基于支持HEVC/H.265硬件解码的Carrizo APU，开发出可以流畅播放4K高清视频的播放器。AMD图形性能方面的功力不仅体现在高清视频播放方面，在游戏的视觉效果方面同样能够为用户带来前所未有的感受。第六代A系列高性能移动加速处理器Carrizo率先实现HEVC/ H.265标准，可以在同样的带宽下为用户提供更高质量、更稳定的高清网络视频。同时，只相当于以往一半的视频解码功耗，为笔记本电脑的视频播放带来更长的电池续航时间。
总结：总的来说，全新的第六代APU——Carrizo，在能效方面的提升让人惊叹，在大幅降低功耗的同时，带来了全新高性能表现，同时在安全、视频播放等多个领域，有着独到的特色功能。
