APU:美國AMD公司研發的加速處理器-中文百科頻道

簡介

APU中文名字叫加速處理器，是AMD融聚理念的産品，它第一次将處理器和獨顯核心做在一個晶片上，它同時具有高性能處理器和最新獨立顯卡的處理性能，支持DX11遊戲和最新應用的“加速運算”，大幅提升電腦運行效率，實現了CPU與GPU真正的融合。APU性能強悍的秘密在于其革新的核心架構，最新的視頻解碼引擎，超小芯片和超低功耗設計，強悍的顯示性能。

曆史

超微（AMD）在并購ATI以後，随即公布了代号為“AMDFusion”（融聚計劃）。簡要地說，這個項目的目标是在一塊芯片上，集成傳統中央處理器和圖形處理器，并且内置最少16通道、可與外部PCI-E設備鍊接的PCI-E控制器，存儲器控制器等。

而這種設計會将北橋芯片從主闆上移除，集成到中央處理器中，CPU核心還可以将原來依賴CPU核心處理的任務（如浮點運算）交給為運算進行過優化的GPU處理（如處理浮點數運算）。AMD認為這是加速處理單元（APU）的一類，是為AMD加速處理器（AMDAcceleratedProcessingUnits，AMDAPU）。

除了硬件規格的提升，超微也發布了多個AMDCatalyst驅動程序更新，用于提升内置的RadeonHD顯示核心的性能表現。

2013年，超微取消了基于Bobcat2.0架構的FusionAPU，取而代之的是Jaguar架構，核心代号分别為“Kabini”和“Temash”，對應超低功耗設備和平闆設備，芯片采用台積電的28納米制程制造。

2014年的CES展會上AMD正式公布了第四代APU——Kaveri（卡佛裡），同時也是AMD自2011年發布LlanoAPU以來最重要的一次升級，因為KaveriAPU身上有很多第一，比如首次升級28nmSHP工藝，首次使用第三代模塊化Steamroller架構，首次使用GCN架構GPU核心，首次支持HSA異構運算等等。

商标争議

開始“AMDFusion”隻是超微的項目代号，後來成為超微的一個商标，然而這樣卻引起了争議。歐盟商标持有者的BoostUp國際有限公司和ArcticSwitzerlandAG稱它們早在2006年首先使用了“Fusion”作為它們一系列電源供應器的産品商标。

在2013年1月23日，Arctic宣布和AMD達成最終私人協議。為消除争議，在2013年1月31日前，超微産品的制造商（包括搭載AMD處理器的品牌電腦和筆電、以及OEM制品）和代理商被要求立即終止“Fusion”和“AMDFusion”商标的使用。

融合步奏

第一步是物理整合過程（PhysicalIntegration），将CPU和GPU集成在同一塊矽芯片上，并利用高帶寬的内部總線通訊，集成高性能的内存控制器，借助開放的軟件系統促成異構計算。

第二步稱為平台優化（OptimizedPlatforms），CPU和GPU之間互連接口進一步增強，并且統一進行雙向電源管理，GPU也支持高級編程語言，這部分才是最關鍵的。

第三步是架構整合（ArchitecturalIntegration），實現統一的CPU/GPU尋址空間、GPU使用可分頁系統内存、GPU硬件可調度、CPU/GPU/APU内存協同一緻，這已在APU中初步完成。

第四步是架構和系統整合(Architectural&OSIntegration），主要特點包括GPU計算環境切換、GPU圖形優先計算、獨立顯卡的PCI-E協同、任務并行運行實時整合等等，這些需要和微軟、ADOBE等行業軟件巨頭不停的溝通交流。

客制化

2013年5月1日，AMD公布将會提供半客制化APU服務。這些APU專為各間公司的不同要求而定制，種類包括一般的消費級APU到特定用途APU。其中最廣為人知的例子就是PS4和XboxOne所采用的客制化APU。

架構解析

LlanoAPU并沒有使用全新的内核架構，甚至不像BrazosAPU平台那樣至少處理器部分是新的“山貓”（Bobcat）架構，說白了主要就是K10處理器、DX11顯卡（以及北橋芯片）的合體。

LlanoAPU芯片采用GlobalFoundries32nmHKMG工藝制造，又分為兩種版本，其一是完整版本，集成14.5億個晶體管，核心面積228平方毫米，又稱為BigLlano或者Llano1。

其二是精簡版本，集成7.58億個晶體管，核心面積暫時不詳，又稱為SmallLlano或者Llano2。二者都采用了新的microPGA封裝接口SocketFS1，772針無頂蓋，引腳間距1.2192毫米，芯片尺寸35×35=1225平方毫米。

和之前的BrazosAPU類似，LlanoAPU也在單獨一顆矽片上集成了以下衆多模塊：x86處理器核心、二級緩存、DDR3内存控制器、圖形SIMD陣列（也就是GPU）、顯示控制器、UVD解碼引擎、PCI-E控制器。從下邊這兩張圖上你就可以看出各個模塊的分布位置和相對大小。

LlanoAPU内集成了如此衆多的功能模塊，如何确保它們之間的高速互連、以便讓整體随時保持在最佳狀态、避免任何潛在的瓶頸，這無疑是APU設計過程中最關鍵的一點，也是獲得1+1>2效果的基本前提。

AMD在這方面顯然是下足了功夫，比如特意設計了全新的FusionComputeLink(Fusion計算連接）來将北橋模塊、GPU、IO輸入輸出串聯在一起，允許GPU訪問一緻性緩存/内存，同時在GPU和北橋之間還搭建了RadeonMemoryBus(Radeon内存總線），讓沒有獨立顯存的GPU通過高速帶寬去訪問系統内存。

内存支持上，LlanoAPU移動版支持雙通道DDR3SO-DIMM，每通道一條内存條，也就是總共隻能插兩條内存，容量最大32GB。頻率和電壓方面标準版DDR3最高1600MHz，電壓1.5V，低壓版DDR3L最高1333MHz，電壓1.35V，帶寬最高25.6GB/s。

LlanoAPU的桌面版則支持雙通道DDR3DIMM，每通道兩條内存條，總共可以插入四條内存，容量最大64GB，支持1.35VDDR3-1333、1.5VDDR3-1866，帶寬最高29.8GB/s。

LlanoAPU處理器搭配的Hudson系列芯片組同樣是單芯片設計，在移動平台上有A70M、A60M兩款型号，代号分别為Hudson-M3、Hudson-M2，通過UMI總線（PCI-E1.0x4+DP）與處理器互連。和之前用于BrazosAPU平台的Hudson-M1A50M是同門師兄弟。

A70M/A60M芯片組采用65nm工藝制造，605球腳FC，BGA封裝，芯片尺寸23×23=529平方毫米，典型熱設計功耗2.7-4.7W。

兩款芯片組均支持六個SATA6Gbps存儲接口并支持RAID0/1陣列方式，可提供四條PCI-E2.0x1連接通道，集成時鐘發生器、消費級紅外接收器、風扇控制、電壓感應、DAC（支持VGA）等等，主要區别則在于USB接口：A70M原生支持四個USB3.0、十個USB2.0和兩個内部USB1.1，A60M則沒有USB3.0，而是改成了十四個USB2.0。

Kaveri，AMD史上最先進的APU産品，帶來了革命性的架構，啟用了全新的“SteamrollerB”架構，也就是“B類壓路機架構”。它相比同檔次的推土機和打樁機架構，綜合性能提升大約15%～20%。

在CPU前端部分，指令緩存追蹤失敗幾率降低30%、分支預測失敗幾率降低20%，對每個線程增加了25%的數據調度寬度，為每個整數單元配備了獨立的解碼單元。在CPU執行部分，增加了5%～10%的調度效能，主要提升L1一級數據緩存的存儲性能。還引入了動态調整大小的L2緩存，增加了微解碼操作隊列，提升了L1和L2緩存的接口性能。

KaveriAPU的核心改進在于采用了由GCN架構獨立顯卡改進而來的RadeonR7融合顯示核心，其GPU部分從之前的VLIW升級到了GCN架構，規格上，新的KaveriAPU完美支持DirectX11.2、UVD4.2、VCE2.0、DDR3-2133、第三代PCIExpress等一些新技術。

KaveriAPU是目前全球首款能夠支持CPU和GPU統一内存尋址(簡稱hUMA)的處理器，也是AMD未來發展異構系統架構(簡稱為HSA)的核心産品。hUMA設計，使得CPU和GPU能夠使用統一的内存空間。

數據存放于CPU和GPU公共的空間中，可以被CPU和GPU同時調用和讀取，完全沒有任何帶寬和數據存儲上的阻隔，效率相比傳統的CPU+GPU分離式設計有了翻天覆地般的提升，同時為異構計算本身的發展打開了大門。