APU:美国AMD公司研发的加速处理器-中文百科频道

简介

APU中文名字叫加速处理器，是AMD融聚理念的产品，它第一次将处理器和独显核心做在一个晶片上，它同时具有高性能处理器和最新独立显卡的处理性能，支持DX11游戏和最新应用的“加速运算”，大幅提升电脑运行效率，实现了CPU与GPU真正的融合。APU性能强悍的秘密在于其革新的核心架构，最新的视频解码引擎，超小芯片和超低功耗设计，强悍的显示性能。

历史

超微（AMD）在并购ATI以后，随即公布了代号为“AMDFusion”（融聚计划）。简要地说，这个项目的目标是在一块芯片上，集成传统中央处理器和图形处理器，并且内置最少16通道、可与外部PCI-E设备链接的PCI-E控制器，存储器控制器等。

而这种设计会将北桥芯片从主板上移除，集成到中央处理器中，CPU核心还可以将原来依赖CPU核心处理的任务（如浮点运算）交给为运算进行过优化的GPU处理（如处理浮点数运算）。AMD认为这是加速处理单元（APU）的一类，是为AMD加速处理器（AMDAcceleratedProcessingUnits，AMDAPU）。

除了硬件规格的提升，超微也发布了多个AMDCatalyst驱动程序更新，用于提升内置的RadeonHD显示核心的性能表现。

2013年，超微取消了基于Bobcat2.0架构的FusionAPU，取而代之的是Jaguar架构，核心代号分别为“Kabini”和“Temash”，对应超低功耗设备和平板设备，芯片采用台积电的28纳米制程制造。

2014年的CES展会上AMD正式公布了第四代APU——Kaveri（卡佛里），同时也是AMD自2011年发布LlanoAPU以来最重要的一次升级，因为KaveriAPU身上有很多第一，比如首次升级28nmSHP工艺，首次使用第三代模块化Steamroller架构，首次使用GCN架构GPU核心，首次支持HSA异构运算等等。

商标争议

开始“AMDFusion”只是超微的项目代号，后来成为超微的一个商标，然而这样却引起了争议。欧盟商标持有者的BoostUp国际有限公司和ArcticSwitzerlandAG称它们早在2006年首先使用了“Fusion”作为它们一系列电源供应器的产品商标。

在2013年1月23日，Arctic宣布和AMD达成最终私人协议。为消除争议，在2013年1月31日前，超微产品的制造商（包括搭载AMD处理器的品牌电脑和笔电、以及OEM制品）和代理商被要求立即终止“Fusion”和“AMDFusion”商标的使用。

融合步奏

第一步是物理整合过程（PhysicalIntegration），将CPU和GPU集成在同一块硅芯片上，并利用高带宽的内部总线通讯，集成高性能的内存控制器，借助开放的软件系统促成异构计算。

第二步称为平台优化（OptimizedPlatforms），CPU和GPU之间互连接口进一步增强，并且统一进行双向电源管理，GPU也支持高级编程语言，这部分才是最关键的。

第三步是架构整合（ArchitecturalIntegration），实现统一的CPU/GPU寻址空间、GPU使用可分页系统内存、GPU硬件可调度、CPU/GPU/APU内存协同一致，这已在APU中初步完成。

第四步是架构和系统整合(Architectural&OSIntegration），主要特点包括GPU计算环境切换、GPU图形优先计算、独立显卡的PCI-E协同、任务并行运行实时整合等等，这些需要和微软、ADOBE等行业软件巨头不停的沟通交流。

客制化

2013年5月1日，AMD公布将会提供半客制化APU服务。这些APU专为各间公司的不同要求而定制，种类包括一般的消费级APU到特定用途APU。其中最广为人知的例子就是PS4和XboxOne所采用的客制化APU。

架构解析

LlanoAPU并没有使用全新的内核架构，甚至不像BrazosAPU平台那样至少处理器部分是新的“山猫”（Bobcat）架构，说白了主要就是K10处理器、DX11显卡（以及北桥芯片）的合体。

LlanoAPU芯片采用GlobalFoundries32nmHKMG工艺制造，又分为两种版本，其一是完整版本，集成14.5亿个晶体管，核心面积228平方毫米，又称为BigLlano或者Llano1。

其二是精简版本，集成7.58亿个晶体管，核心面积暂时不详，又称为SmallLlano或者Llano2。二者都采用了新的microPGA封装接口SocketFS1，772针无顶盖，引脚间距1.2192毫米，芯片尺寸35×35=1225平方毫米。

和之前的BrazosAPU类似，LlanoAPU也在单独一颗硅片上集成了以下众多模块：x86处理器核心、二级缓存、DDR3内存控制器、图形SIMD阵列（也就是GPU）、显示控制器、UVD解码引擎、PCI-E控制器。从下边这两张图上你就可以看出各个模块的分布位置和相对大小。

LlanoAPU内集成了如此众多的功能模块，如何确保它们之间的高速互连、以便让整体随时保持在最佳状态、避免任何潜在的瓶颈，这无疑是APU设计过程中最关键的一点，也是获得1+1>2效果的基本前提。

AMD在这方面显然是下足了功夫，比如特意设计了全新的FusionComputeLink(Fusion计算连接）来将北桥模块、GPU、IO输入输出串联在一起，允许GPU访问一致性缓存/内存，同时在GPU和北桥之间还搭建了RadeonMemoryBus(Radeon内存总线），让没有独立显存的GPU通过高速带宽去访问系统内存。

内存支持上，LlanoAPU移动版支持双通道DDR3SO-DIMM，每通道一条内存条，也就是总共只能插两条内存，容量最大32GB。频率和电压方面标准版DDR3最高1600MHz，电压1.5V，低压版DDR3L最高1333MHz，电压1.35V，带宽最高25.6GB/s。

LlanoAPU的桌面版则支持双通道DDR3DIMM，每通道两条内存条，总共可以插入四条内存，容量最大64GB，支持1.35VDDR3-1333、1.5VDDR3-1866，带宽最高29.8GB/s。

LlanoAPU处理器搭配的Hudson系列芯片组同样是单芯片设计，在移动平台上有A70M、A60M两款型号，代号分别为Hudson-M3、Hudson-M2，通过UMI总线（PCI-E1.0x4+DP）与处理器互连。和之前用于BrazosAPU平台的Hudson-M1A50M是同门师兄弟。

A70M/A60M芯片组采用65nm工艺制造，605球脚FC，BGA封装，芯片尺寸23×23=529平方毫米，典型热设计功耗2.7-4.7W。

两款芯片组均支持六个SATA6Gbps存储接口并支持RAID0/1阵列方式，可提供四条PCI-E2.0x1连接通道，集成时钟发生器、消费级红外接收器、风扇控制、电压感应、DAC（支持VGA）等等，主要区别则在于USB接口：A70M原生支持四个USB3.0、十个USB2.0和两个内部USB1.1，A60M则没有USB3.0，而是改成了十四个USB2.0。

Kaveri，AMD史上最先进的APU产品，带来了革命性的架构，启用了全新的“SteamrollerB”架构，也就是“B类压路机架构”。它相比同档次的推土机和打桩机架构，综合性能提升大约15%～20%。

在CPU前端部分，指令缓存追踪失败几率降低30%、分支预测失败几率降低20%，对每个线程增加了25%的数据调度宽度，为每个整数单元配备了独立的解码单元。在CPU执行部分，增加了5%～10%的调度效能，主要提升L1一级数据缓存的存储性能。还引入了动态调整大小的L2缓存，增加了微解码操作队列，提升了L1和L2缓存的接口性能。

KaveriAPU的核心改进在于采用了由GCN架构独立显卡改进而来的RadeonR7融合显示核心，其GPU部分从之前的VLIW升级到了GCN架构，规格上，新的KaveriAPU完美支持DirectX11.2、UVD4.2、VCE2.0、DDR3-2133、第三代PCIExpress等一些新技术。

KaveriAPU是目前全球首款能够支持CPU和GPU统一内存寻址(简称hUMA)的处理器，也是AMD未来发展异构系统架构(简称为HSA)的核心产品。hUMA设计，使得CPU和GPU能够使用统一的内存空间。

数据存放于CPU和GPU公共的空间中，可以被CPU和GPU同时调用和读取，完全没有任何带宽和数据存储上的阻隔，效率相比传统的CPU+GPU分离式设计有了翻天覆地般的提升，同时为异构计算本身的发展打开了大门。