CPU + GPU = APU Fusion

El porqué de Fusion

Hubo un tiempo en que a todos nos pareció alarmante el rumbo que tomaba el mercado computacional, rumbo que necesitaba de un chip en específico, con su empaque propio y circuitería de apoyo para cumplir con funciones tan triviales como ver alguna imagen en la pantalla. Para los que conocen del tema saben que no es trivial hacer esto (llevar imagen al monitor), pero para el común de los mortales que la imagen aparezca es algo que no se discute, simplemente es así. El tiempo paso, diferentes tecnologías llegaron a las vitrinas mundiales y los fabricantes comenzaron a notar que su avance fue tan frenético que llegaron rápidamente al límite superior de la tecnología que explotaron constantemente, ya no era económicamente factible reducir el tamaño de los transistores a paso tan agigantados y de forma tan periódica, ahora era necesario reducir el costo del producto gracias a la integración, que comenzó tímidamente con los controladores de memoria, luego siguieron los de los puertos PCIe para llegar al día de hoy donde casi toda la circuitería de mayor importancia que hay en nuestras plataformas se condensa en un solo encapsulado monolítico, siendo lo más destacable que aparte de reducir todo a un solo trozo de silicio, el consumo final del nuevo producto no es la suma de los consumos de piezas similares por separado. AMD pasó de ser eficaz a ser eficiente, algo difícil de comprender a groso modo, pero que en el tiempo se comienza a ver con productos como Fusion.

Como nadie se quiere quedar fuera de la bonanza de un nuevo producto impacto, son muchos los que se suman a estos nuevos beneficios que arrastra la nueva tecnología y son estos mismos partners los que producen software compatible con la nueva tecnología, de forma de engrandecer el valor agregado que el fabricante inicial, AMD, espera darle a sus nuevos productos.

Aparte de ser conveniente para un usuario común, el diseño de los productos se dice verde porque no consume tanto como otros, no porque lo hagan con hojas o raíces, aunque de todas formas sigue consumiendo energía y el proceso de fabricación liberó gases de efecto invernadero, en fin.

Posicionamiento en el mercado

Aparte de saber que la estrategia de encoger y encoger no daría los resultados esperados llegado cierto momento, se analizan también las tendencias del mercado, para donde apunta el futuro consumidor y es así como se ve que las ventas de equipos portátiles de entre USD$300-399 y sub USD$100 para plataformas de escritorio son las que mejor crecimiento han tenido con el tiempo y es ahí donde hay que poner las fichas, porque es en ese mercado donde se está moviendo la mayor cantidad de dinero y eso es a la larga lo que buscan todos los fabricantes, que aunque parezcan buenos samaritanos siempre buscan nuestro dinero.

La familia de productos Fusion comienza con los AMD A-Series, APUs que conocimos previamente como Llano, seguido por los AMD E-Series que conocimos durante este último tiempo como Zacate y luego tenemos los APUs AMD C-Series con el nombre de Ontario.

Como nada está completo sin que el fabricante de turno se compare con su competencia, vemos acá como remarcan las virtudes que anuncia tener AMD por sobre Intel en sus productos, sin ir más lejos nos aseguran una duración de la batería de al menos 10 horas y 40 minutos, nada de mal considerando que la gran mayoría de los sub-computadores conocidos como netbooks no alcanzan ni un tercio de esta duración de batería. Ahora, no esperen que todos lleguen a esta autonomía, sinceramente creemos que los equipos seguirán viniendo con baterías de muy pocas celdas y que en el mejor de los casos los netbooks más económicos verán mejorada su autonomía en 1,5 o 2 veces la actual media.

Roadmap de Fusion

Empezamos a entrar lentamente en detalles más profundos acerca de lo nuevo de AMD y acá tenemos el plan de guerra de AMD, directamente traído desde las presentaciones para prensa que tan amablemente nos hacen llegar. Cada APU tiene definido el mercado que espera abarcar, por lo tanto tenemos claro que reemplazará a qué en el futuro próximo. Destacamos los extremos, donde Ontario es lo menos potente y más económico, mientras que Bulldozer se sitúa en el tope de las plataformas para escritorio y Danube hace lo suyo en las plataformas portátiles.

Acá tenemos un poco más detallado el panorama que prepara AMD para los computadores de escritorio de aquí al 2012. Tenemos claro que los procesadores actuales de AMD son fabricados en 45 nm, los nuevos APUs serie E y C son fabricados en 40 nm, mientras que los APU más potentes vendrán en 32nm, esperando el cambio que vendrá asociado a Krishna y sus 28 nm.

Para los portátiles el panorama se ve tan prometedor como para los computadores de escritorio, incluyendo la misma transición en el proceso de fabricación pero con tecnologías que abarcan de forma más amplia el mismo mercado para las plataformas móviles.

Arquitectura

Como les comentamos anteriormente, el salto entre K10 y Fusion es importante, tanto así que desde arquitecturas tan antiguas como K6 no se veía algo importante detrás de la forma en que se procesa una instrucción, de forma que se llegó a un pipeline de 15 etapas, versus las 16 etapas de un procesador Atom, con esto queda claro para donde apunta AMD, entregar un producto mejor y así dar la vuelta de tuerca necesaria para el mercado que apunta. Algo importante de entender antes de empezar con tecnicismos es que en un CPU existen cuatro pasos básicos para llevar desde principio a fin una instrucción: buscar(fetch), decodificar(decode), ejecutar(execute) y reescribir(writeback). De forma comparativa podemos ver ambos pipelines uno contra otro, donde de Bobcat destacamos que de las 6 etapas fetch solo las 3 primeras cuentan en las 15 etapas totales del pipeline, ya que las otras 3 son para la predicción Branch que permite mejorar el flujo de instrucciones en el pipeline.

Pipeline de Bobcat

Pipeline de Atom

Cambiando un poco el esquema de Intel, que envés de tener más núcleos físicos hace uso de Hyper-Threading (que no es más que meter más instrucciones en el mismo hilo de procesamiento), AMD propone que las instrucciones entren por el mismo fetch, luego pasen por el decode, que posteriormente las derivará a dos etapas de procesamiento y que finalizará con la salida del resultado al caché.

Luego de las dos primeras etapas (Fetch y Decode) tenemos dos Schedulers, donde uno alimenta dos ALU y el otro alimenta dos AGU, que se dividen en LAGU (Load AGU) y SAGU (Store AGU). De la misma forma el FPU tiene un Scheduler que alimenta dos FPUs por separado, donde el FP mul y add pueden manejar cálculos de 32-bit de doble precisión que luego confluyen en el caché, continuando con esta línea y de la misma forma que lo viene haciendo Intel, solo un FPU es capaz de manejar operaciones de multiplicación de punto flotante. Otro punto importante y a favor de AMD es que los procesadores que vienen con la familia Fusion poseen ejecución fuera de orden (Out of order execution, OoOE, OOE) lo que significa que el procesador es capaz de procesar las instrucciones de acuerdo a la disponibilidad de datos que vaya teniendo y no necesariamente en el orden original, esto es algo que Atom no posee y que iguala a lo que Intel ya tiene en sus procesadores Core. Con todo esto de unidades compartidas y dedicadas AMD espera balancear de la forma correcta su forma de procesar las instrucciones para que su nueva tecnología sea lo que esperan que sea y que además llegue al nivel de la tecnología Core de Intel, en cuanto a diseño y posibilidades de escalar en número de núcleos físicos en conjunto con la frecuencia final de los núcleos.

Microarquitectura Bobcat

Con fines comparativos les mostramos la microarquitectura de Atom para que vean lo similares que son.

Microarquitectura Atom

Una foto del interior de un APU AMD E-Series, donde primero les presentamos el trozo de silicio primordial donde se aprecia que en cada rincón hay un transistor útil para algo. Más abajo les indicamos cada parte del APU.

Lo mismo de arriba pero destacando qué es qué. Se puede apreciar que el GPU ocupa una gran porción del silicio, llegando aproximadamente a ser tan grande como los dos núcleos más el controlador de memoria DDR3.

La plataforma Ontario/Zacate posee el siguiente diseño, donde hace aparición el FCH Hudson, que tiene integrado un controlador SATA III pero no cuenta aún con USB 3.0.

Una imagen de lo que CPU-Z nos indica sobre nuestra plataforma, que es casi desconocida para el programa en el apartado CPU.

El nuevo IGP

La estructura más básica de este nuevo IGP se asemeja más a las nuevas Radeon HD 6900, ya que el motor gráfico es exactamente idéntico, cambiando el número de motores SIMD y de unidades ROPs, que claramente se ven disminuidas de acuerdo al mercado al que apuntan.

La única diferencia importante entre los IGP del año 2010 y estos nuevos APU que estrenan es que la conexión con las memorias es diferente y el ancho de banda también es considerablemente mejor para Fusion. En este caso es así: GPU->UNB/GMC->DDR3, mientras que en los IGP pre-Fusion sería: GPU->UNB->MC->DDR3, habiendo un paso más antes de llegar a la memoria del sistema y también con un ancho de banda limitado para la conexión GPU-UNB de tan solo 7 GB/s y 17 GB/S para el UNB-MC-DDR3, mientras que los nuevos APU ostentan 27 GB/s en todas sus etapas. La idea es que el rendimiento no se vea coartado por el ancho de banda sino que por el límite físico de los transistores.

Conexión IGP 2011, Fusion

Conexión de los IGP del 2010

Otro punto importante es que los nuevos APU Zacate y Ontario incorporan la tecnología UVD3, para así sacarle el máximo provecho al hardware que están entregando para el beneficio de los compradores. La única característica que no soporta este GPU es el MVC (Multiview-Video-Coding), que permite codificar de forma eficiente diferentes secuencias capturadas desde distintas fuentes para luego condensarla en un solo stream, técnica utilizada para crear videos estereoscopios, también llamados 3D.

Nuestro GPU según el afamado programa de TechPowerUp, GPU-Z. Se nos indica que tenemos un GPU AMD Radeon HD 6310, que califica en la categoría Brazos. La demás información está por confirmarse y no es prudente referirse a ella.