04.08.2014
APU-Prozessoren
1. Teil: „Alles über Kaveri-Prozessoren von AMD“
Alles über Kaveri-Prozessoren von AMD
Autor: Mark Lubkowitz
Foto: AMD
AMDs Kaveri-Prozessoren kombinieren Haupt- und Grafikprozessor in einem Chip (APU). Die neue Generation ist leistungsfähiger und sparsamer als die Vorgänger.
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Kaveri: Die neue Generation heterogener Mehrkern-CPUs von AMD heißt Kaveri. Sie kombiniert einen Hauptprozessor mit einem Grafikprozessor.
Die wichtigsten Bauelemente der neuen Kaveri-Mainboards mit FM2+-Sockel zeigt Ihnen die Bilderstrecke des Profi-Wissen "AMD Kaveri - Die Accelerated Processing Unit". Der folgende Beitrag stellt Ihnen hingegen die Technik der Accelerated Processing Unit, die geplanten Kaveri-Prozessoren der neue Prozessor-Generation sowie die verfügbaren Mainboards für die neuen APUs vor.
Accelerated Processing Unit
Accelerated Processing Unit oder kurz APU, so nennt AMD seine heterogenen Mehrkernprozessoren. Das sind Hauptprozessoren, die neben den normalen CPU-Kernen noch spezialisierte Rechenkerne enthalten, etwa für Grafikberechnungen oder Videoenkodierung und -dekodierung. Diese spezialisierten Kerne sind in ihrem Aufgabengebiet dem Hauptprozessor deutlich überlegen und greifen den CPU-Kernen deshalb bei Grafik- oder Videoberechnungen unter die Arme. Deshalb hat AMD den Begriff APU, beschleunigte Recheneinheit, geprägt.
Bilderstrecke
Die Kombination von CPU und GPU nennt AMD Accelerated Processing Unit. Kaveri heißt die neue Generation dieser APUs - com! wirft einen Blick auf die Technologie der neuen AMD-Prozessoren.
Von Anfang an legte AMD bei seinen APUs besonderen Wert auf die Grafikrechenleistung und hat dies auch bei der neuen Generation so beibehalten. Sämtliche Kaveri-Prozessoren sind Accelerated Processing Units.
2. Teil: „Die verschiedenen Kaveri-Prozessoren im Detail“
Die verschiedenen Kaveri-Prozessoren im Detail
Um die Kaveri-Modelle eindeutig erkennen zu können, haben sie durchgängig eine 7000er-Modellnummer, etwa A10-7850K, A10-7700K oder A8-7600. Vorgänger sind die 6000er- und 5000er-Modellreihen, auch als Trinity und Richland bekannt.
Module statt Kerne
Vor einigen Jahren verschätzte sich AMD bei der Entwicklung seiner Prozessorarchitektur. Das Unternehmen spekulierte darauf, dass Programme immer mehr parallele Berechnungen durchführen würden, weshalb es seine Prozessoren dahingehend optimierte.
Das Ergebnis der Überlegungen: AMD verschmolz zwei Prozessorkerne zu einem Modul, in dem etwa die Rechenwerke doppelt beibehalten, der Second-Level-Cache aber nur einfach und nicht doppelt verbaut wurde. Der Second-Level-Cache ist ein großer Zwischenspeicher im Prozessor. Bis zu vier Module verband AMD zu einem Prozessor, der sich gegenüber dem Betriebssystem aber mit bis zu acht Kernen zu erkennen gibt, auch wenn es tatsächlich keine acht vollwertigen Kerne sind. Bulldozer nannte AMD diese Architektur.
Die erwartete starke Parallelisierung fand aber nicht statt, weshalb AMDs Plan nicht aufging und die Prozessoren meist in all jenen Fällen langsamer rechneten, in denen die Programme eben nicht für mehrere Kerne optimiert waren, sondern nur auf einem Prozessorkern ausgeführt wurden.
Single-Thread-Rechenleistung verbessert
Die Kaveri-Prozessoren bauen auf der neuen Steamroller-Architektur auf. Steamroller ist der direkte Nachfolger zu Piledriver und Bulldozer. Im Unterschied zur Piledriver-Architektur, auf der Trinity und Richland basieren, hat AMD den Fokus bei Steamroller von den parallelen Berechnungen etwas weggenommen und sich wieder stärker auf Einzelberechnungen konzentriert.
Das soll die Rechenleistung bei allen Programmen verbessern, die nicht für parallele Berechnungen ausgelegt sind, etwa iTunes. Bei Kaveri schnürt AMD maximal zwei Module, also vier Kerne, zu einem Prozessor.
3. Teil: „Kaveri-Chipsätze und der neue AMD-Sockel FM2+“
Kaveri-Chipsätze und der neue AMD-Sockel FM2+
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Sockel FM2+: Kaveri-Prozessoren setzen einen Sockel FM2+ voraus. Dort passen aber auch Richland- und Trinity-Prozessoren hinein.
Passender Chipsatz ist Voraussetzung
Auch an den Chipsatz stellt Kaveri sehr genaue Ansprüche. Zu Kaveri kompatibel sind die Chipsätze A55, A78 und A88X. Voraussetzung ist aber, dass Mainboards mit diesen Chipsätzen auch einen Sockel FM2+ haben. Vor allem beim A55-Chipsatz sollten Sie deshalb achtgeben, weil es diesen auch mit dem Sockel FM1 und FM2 gibt, die für Kaveri-Prozessoren nicht geeignet sind.
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Beinchen: Kaveri-Prozessoren haben zwei zusätzliche Beinchen für die Verbindung zum Mainboard erhalten. Deshalb passen sie ausschließlich in den Sockel FM2+.
Spezielle 28-Nanometer-Fertigung
Die Fläche des Dies – das ist das aus Silizium bestehende Element, das die Schaltkreise des Prozessors beherbergt – bleibt bei Kaveri im Vergleich zum Vorgänger nahezu gleich. Bei Kaveri ist der Die jetzt 245 Quadratmillimeter groß, bei Trinity waren es 236 Quadratmillimeter, der Zuwachs beträgt also nur 9 Quadratmillimeter. Kaveri setzt auf einen 28 Nanometer feinen Fertigungsprozess. Der Vorgänger Trinity basierte noch auf einem 32-Nanometer-Fertigungsprozess.
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Anschlüsse: Wer Wert auf USB 3.0 legt, der sollte bei der Wahl des Mainboards auf die Chipsätze A78 und A88X achten.
Der Grund ist, dass der 32-Nanometer-Fertigungsprozess von Trinity auf hohe Taktraten ausgelegt war. Die Transistoren konnten deshalb nicht sehr eng angeordnet werden. Der neue, speziell für Kaveri entwickelte 28-Nanometer-Prozess ist hingegen weniger auf hohe Taktraten ausgelegt und erlaubt es, die Transistoren auf der gleichen Fläche deutlich näher zusammenzurücken.
4. Teil: „Leistung und Grafik der neuen Kaveri-APUs“
Leistung und Grafik der neuen Kaveri-APUs
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Die-Shot: Diese Großaufnahme ist künstlich eingefärbt und zeigt den Prozessor-Die. Der orangefarbene Teil kennzeichnet den Grafikprozessor.
47 Prozent der Fläche für Grafikprozessor
Machte die GPU in den heterogenen Mehrkernprozessoren anfangs nur einen kleinen Teil der Gesamtfläche aus, belegt der Grafikprozessor bei Kaveri mittlerweile 47 Prozent der Prozessorfläche. Beim Vorgänger Trinity waren es nur 42 Prozent – bei insgesamt deutlich weniger Transistoren. Somit konnte die Shader-Zahl von 384 auf 512 Einheiten erhöht werden. Shader sind programmierbare Rechenwerke, die für verschiedenste Grafikeffekte in Spielen verantwortlich sind.
Im Grafikprozessor der heterogenen Mehrkernprozessoren steckt mittlerweile die gleiche Technik wie sie AMD auch in den neuen Grafikkarten der R5-, R7- und R9-Reihe einsetzt. Das bedeutet, dass die Kaveri-Prozessoren etwa auch AMDs hauseigene Grafikschnittstelle Mantle unterstützen und mit diskreten Grafikkarten von AMD dank Crossfire gekoppelt werden können.
Mantle, DirectX 11.2, True Audio
Mantle ist ein Pendant zu DirectX, erlaubt aber einen direkteren Zugriff auf die Hardware und führt deshalb bei Spielen zu deutlich höheren Framerates. Im Vergleich zu DirectX soll Mantle auf einer Kaveri-CPU dreimal so schnell sein. Das setzt allerdings voraus, dass das Spiel Mantle auch tatsächlich einsetzt. Das ist bislang lediglich bei den beiden Spielen Battlefield 4 und Thief der Fall. Ansonsten wird DirectX bis Version 11.2 vollständig unterstützt.
Auch True Audio beherrschen die Kaveri-Prozessoren. Sie sollen deshalb für ein besonders gutes Klangerlebnis in Spielen sorgen. Dank Eyefinity lassen sich zudem bis zu vier Bildschirme gleichzeitig an einen Rechner anschließen und nutzen.
Das Problem der Mikroruckler, das bei einem Crossfire-Verbund zwischen älteren APU-Generationen und diskreten Grafikkarten auftrat, hat AMD eigenen Aussagen zufolge mittlerweile in den Griff bekommen – dank des Einsatzes von Frame Pacing. Frame Pacing sorgt dafür, dass die Frames in konstanten Intervallen an den Monitor geschickt werden. Der Eindruck von Aussetzern oder Mikrorucklern vermindert sich dadurch.
5. Teil: „Die heterogene Systemarchitektur des AMD Kaveri“
Die heterogene Systemarchitektur des AMD Kaveri
Ein Problem der heterogenen Mehrkernprozessoren ist, dass der Grafikprozessor im Gegensatz zu einer diskreten Grafikkarte keinen eigenen Grafikspeicher hat. Stattdessen muss der Grafikprozessor einer Kaveri-CPU auf den normalen Arbeitsspeicher zurückgreifen und die Berechnungsdaten und Texturen dort auslagern.
Der Heterogeneous Uniform Memory Access, kurz HUMA, der neuen Kaveri-Prozessoren sorgt dafür, dass der Grafikprozessor vollen und gleichberechtigten Zugriff auf den Arbeitsspeicher erhält. Daten für Grafikberechnungen müssen somit nicht zwischen verschiedenen Teilbereichen des RAMs hin und her kopiert werden. Bis zu 32 GByte Arbeitsspeicher lassen sich von Kaveri verwalten.
Bilderstrecke
AMDs Kaveri-Prozessoren kombinieren Haupt- und Grafikprozessor in einem Chip (APU). In unserer Marktübersicht sehen Sie eine Auswahl an aktuellen Mainboards für den FM2+-Sockel.
Unterstützen Programme zudem die heterogene Systemarchitektur direkt, dann kann eine APU ihre Leistung erst richtig entfalten. Ein Beispiel dafür ist Adobe Photoshop. Es lagert die Grafikberechnungen auf den Grafikteil des Prozessors aus und wird somit bei der Berechnung erheblich beschleunigt.
Andererseits kann der Grafikprozessor auch für normale Berechnungen eingesetzt werden, die sonst ausschließlich vom CPU-Teil übernommen werden.
6. Teil: „Arbeitsspeicher und TDP der Kaveri-Generation“
Arbeitsspeicher und TDP der Kaveri-Generation
Je schneller der Arbeitsspeicher ist, desto schneller kann der Grafikprozessor rechnen. Kaveri-Prozessoren unterstützen DDR3-Arbeitsspeicher bis zu einem Takt von 2400 MHz. Zwar darf der Arbeitsspeicher ruhig auch für höhere Taktraten ausgelegt sein, die werden dann aber nicht ausgereizt.
65 und 95 Watt
Die Thermal Design Power, kurz TDP, rangiert bei AMD Kaveri derzeit bei 65 und 95 Watt. Je geringer die TDP, desto weniger Energie benötigt der Prozessor, desto schwächer kann die Kühlung ausfallen, aber desto geringer ist auch die effektive Rechenleistung.
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Derzeit ist noch nicht viel zum Kaveri-Line-up bekannt. Lediglich zu sechs Prozessoren gibt es bislang Details und nur zwei der Prozessoren sind überhaupt auf dem Markt erhältlich, der A10-7700K und der A10-7850K. Der maximale Grundtakt der Kaveri-Prozessoren liegt bei 3,7 GHz, der maximale Turbotakt bei 4 GHz. Im Vergleich zum Vorgänger Trinity sind das 400 MHz weniger.
Notebooks kommen erst später
Noch gibt es im Handel nur zwei Kaveri-CPUs zu kaufen, die beide für den Desktop-Einsatz gedacht sind. Erst später im Jahr sollen Notebooks folgen. Durch die Steigerung der Pro-MHz-Leistung und der Reduzierung des Prozessortakts im Vergleich zu Trinity dürfte Kaveri die Akkulaufzeit noch einmal deutlich verlängern.
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