加速計算的前世今生

    APU (加速處理器) 是一種全新的處理器，兼有中央處理器和圖形處理器的雙重優勢，它是世界上迄今為止第一款性能卓越、能效顯著、均衡的加速處理平臺，為實現手勢與人臉識別、搜索與索引以及動態視頻增強等過去只能想一想的全新應用鋪平了道路。

    今天，唯有AMD身兼中央處理器和圖形處理器技術上的雙重領先優勢，能夠將這種顛覆性的新型處理器帶入現實。

    融合的趨勢
    過去35年來，我們看到處理器性能一再提升，克服了舊的局限，實現了PC計算新水平和前所未有的軟件創新。但如何持續突破技術的局限，避免性能投資回報率的不斷降低，這是不同時代面臨的共同困擾，并催生新的時代。不解決這個問題，就沒有辦法把實用、價格低、高性能的解決方案推向市場。

    多核CPU開發中一直存在著功耗和擴展性方面的局限，讓越來越多半導體、軟件和系統工程師們轉向圖形處理器，用矢量處理功能尋求提高性能的方法。高級圖形處理器中使用的矢量處理單元擁有成千上萬個計算核，又稱著色器，它們同時運行。這使得圖形處理器成為處理大量數據包或者繁重數字計算等任務的理想選擇。

    但是矢量計算并不能包打天下。例如，處理小數據陣列時，矢量設置消耗的時間會輕易地把節約的時間抵消掉。那就是為什么中央處理器采用的標量方法仍然是處理一些問題和算法的非常好的選擇。這也是為什么兼有中央處理器和圖形處理器兩方面優點的異構運算，對于推進設計更快、功能更強大的處理器，帶來更新更好的用戶體驗，均至關重要。

    顧名思義，異構運算指的是系統使用多種處理器構成多核系統，不但通過增加處理器核數來提升性能，還增加了專用處理能力來對具體任務進行加速。比如一個APU就是一個異構系統，兼有 DirectX 11獨立顯卡功能，用于處理圖形和針對大型數據包的繁重運算，從而實現3D渲染和其他一些特定功能；同時，APU繼續沿用CPU的方法來運行電腦操作系統和大部分傳統商業應用。
    在今天，兩種趨勢正走向融合從而推動APU發展，并充分利用APU所提供的能力開發相關軟件應用。一是在IT行業內部，重大的技術進展已經出現，包括應用程序編程接口越來越多，以及把GPU和專用處理器整合成單一、連貫的設計更加容易等等。二是從市場需求來看，最終用戶對可視化內容資源更加感興趣、要求延長小巧便攜計算機的電池續航、還有對更為直觀的用戶界面的渴望等等，都清楚表明了我們需要比過去任何時間的圖形支持水平都高得多的處理器。

    APU應運而生
    用戶對更小尺寸電腦、更長電池時間、更簡單操作界面的持續需求正在催生進一步的整合和微型化，高度節省空間和功耗的APU很好地迎合了這種需求。不止于此，APU還以異構運算加速特定的應用，給各種新應用帶來巨大的潛力，以真正革命性的姿態為人們帶來新的更好的體驗。然而迄今為止，處理器的設計者和生產商在實踐異構運算上面臨挑戰。他們需要做到的是硬件跑得足夠快足夠好，從而支持大批量高級應用，然而適合開發這些應用的硬件架構和軟件界面卻常常匱乏。

    在硬件層面，憑借長時間形成的CPU與GPU雙重領域的領導優勢，AMD不再使用PCIe作為CPU與GPU之間的主界面，轉而采用融GPU和CPU功能于一體的解決方案，這就是我們今天看到的APU，從而以全新的硬件架構帶來了新的可能性。

    APU將通用運算x86架構CPU核心和可編程矢量處理引擎相融合，把CPU擅長的精密標量運算與傳統上只有GPU才具備的大規模并行矢量運算結合起來。AMD APU設計綜合了CPU和GPU的優勢，為軟件開發者帶來前所未有的靈活性，能夠任意采用最適合的方式開發新的應用。AMD APU通過一個高性能總線，在單個硅片上把一個可編程x86 CPU和一個GPU的矢量處理架構連為一體，雙方都能直接讀取高速內存。AMD APU中還包含其他一些系統成分，比如內存控制器、I/O控制器、專用視頻解碼器、顯示輸出和總線接口等。

    AMD APU的魅力在于它們內含由標量和矢量硬件構成的全部處理能力。沒有其它公司曾經嘗試過用真正可編程的GPU，更不必說采用通過OpenGL、DirectCompute和DirectX 11等行業標準工具進行編程的GPU，實現與CPU的融合。這就是我們說到的另外一個挑戰：當APU實現CPU和GPU融合時，軟件開發者們如何對GPU進行編程以實現通用計算。

    現在有兩款跨GPU編程的主要開發工具，分別為OpenCL和微軟DirectCompute，目前AMD對這兩種工具都提供了良好的支持。AMD還有一款OpenGL開放式三維圖形軟件包編譯器，同時支持Radeon HD4000、5000和6000系列的圖形處理器，以及多核x86處理器系列。開發者們使用帶有這些圖形處理器的AMD平臺開發的軟件，就可以在AMD新型APU上運行相關應用。

    APU帶來的新體驗
    AMD目前推出的第一代AMD Fusion APU包括C系列和E系列。E系列產品包含APU E-350和APU E-240，CPU主頻分別為1.6GHz和1.5GHz，均融合了AMD Radeon HD 6310顯卡，支持DirectX 11和最新的UVD3高清硬解碼技術，顯卡頻率500MHz，TDP 為18W。C系列APU包含C-50和C-30兩款產品，CPU主頻分別為1.0GHz和1.2GHz，其融合的AMD Radeon HD 6250顯卡支持DirectX 11和最新的UVD3高清硬解碼技術，顯卡頻率為280MHz，熱設計功耗僅為9W。

    經過成本與功耗優化，E和C系列APU實現了CPU與GPU性能的精確平衡，從而在外觀小巧、價格適中的臺式機和筆記本上又能實現銳利清晰的高清在線體驗，又能做到運算過程中散熱少、噪音低。基于E系列APU生產的臺式機能讓用戶以炫目的高清品質欣賞視頻、圖片和網站，視頻和圖片精度可以達到10億色和完全1080p高解像度，并且圖片和視頻的搜索、觀看、編劇和傳輸上也更快更容易。主流和超薄筆記本以及高清小本等小型電腦也可以采用C系列和E系列APU來實現這些功能。

    即將推出AMD高性能APU代號Llano，即AMD A系列APU，計劃2011年上半年投入量產。AMD A系列APU帶來了更高性能、更多CPU核心以及相比AMD C系列和E系列性能強得多的GPU。 此外，AMD A系列APU內含AMD動態超頻技術，它可以調整CPU和GPU性能以滿足各應用的具體要求；AMD的功率門控則根據應用負荷，打開或關閉CPU和GPU資源以提高能效。

    AMD A系列APU將成為2011年AMD新的主流臺式機和筆記本平臺的基礎，為終端用戶帶來高性能和極致視覺體驗。從這些平臺開發出的軟件應用可以用AMD A系列APU提高所有素材的視頻質量，讓高清更加清晰，讓在線視頻走向高清。其他一些應用還可以讓視頻拍攝、編輯和存儲更加簡化，圖片的搜索和標注更為便捷。

    隨著創新周期大步邁向能夠加速特定應用的異計算時代，APU正在成為我們的不二選擇。一身兼備CPU和GPU的雙重優勢，APU帶來了前所未有的體驗。

    我們可以期待APU將帶來種種令人稱奇的可能性，并伴隨著功耗越來越小、外形越來越小，實現越來越長的電池續航。根據AMD性能實驗室的測試結果，2011 AMD C-50雙核APU在待機狀態下實現735分鐘即12.15小時的“全天”電池續航，運行3DMark ''06時電池續航達到378分鐘或6.18小時。所有測試采用62.2瓦6芯鋰電池。配置C-50 1.0Ghz 9W APU加速處理器； 2GB (1x2GB) DDR3-1066 內存；AMD Radeon HD 6250 顯卡，使用1024x600像素 10.1 寸顯示器；62.2瓦6芯鋰電池一塊；LED背光屏，64位Windows 7高級家用版操作系統。

    同時，APU將會讓小型化系統機出現爆發性增長，以AMD APU為核心的超薄筆記本、便攜小本、平板電腦和微型超薄平板電腦將以各種形態紛紛亮相。

    加速的未來
    “速度”這個詞形容視覺運算技術正在怎樣地推動AMD的創新步伐。每一年，AMD都在創新GPU架構，以兩倍于競爭對手的速度引入重大新技術發展。這一過程中產生的新型獨立顯卡將每年提供新的技術并納入APU中，它意味著AMD有能力按照類似GPU那樣的總體設計節奏引入新的APU，用新的GPU技術實現APU的不斷創新。
 

    圖  APU持續創新路線圖

    從CPU和GPU的革命性融合開始，AMD Fusion APU架構在異構運算時代將會不斷進化， 從處理器的物理整合，到平臺優化，再到架構和操作系統的完全融合（如圖）。 硬件在同步改變，從嵌入式內存演化到內存和進度安排完全一體化，軟件則經歷從實現開放式軟件生態系統到完全并行的任務運行整合。這些進行中的創新將持續以運算和性能上的提升推動以異構計算為特征的加速時代的普及。