Тест и обзор: AMD APU Kaveri (A10-7850K)

За последние месяцы и недели AMD подогревала интерес к новым APU "Kaveri", информация о которых появилась почти сразу же после объявления первых APU "Richland". AMD постепенно делилась с публикой всё новыми подробностями о Kaveri. На прошлой неделе в Лас-Вегасе проходила выставка Consumer Electronics Show, которую AMD использовала для оглашения новых деталей. Но AMD всё же решила не объявлять новые APU на самой выставке, сдвинув анонс на несколько дней. Сегодня, через неделю после начала CES 2014, чиповый производитель представляет первые две модели "Kaveri" на рынок - с полностью обновлённой архитектурой и различными новыми функциями. В нашем предварительном обзоре мы рассмотрим новое поколение и приведем первые сравнительные тесты.

AMD представила 5 июня 2013 новые APU на основе "Richland", но уже тогда машина маркетинга стала работать в направлении грядущего преемника. На пресс-конференции на Computex 2013 Лиза Сью, старший вице-президент и руководитель Global Business Unit, пообещала выпустить к концу года первые модели "Kaveri", через полгода после "Richland". Как мы теперь уже знаем, AMD сорвала сроки и перенесла APU на следующий год. Процессоры "Kaveri" базируются на полностью новой архитектуре и содержат ряд новых функций - как в сфере CPU, так и графических ядер. Для производства APU используется 28-нм техпроцесс SHP Globalfoundries. Для процессоров "Richland" новой материнской платы не требовалось, можно было использовать прежнюю платформу Socket FM2, но для нового поколения всё вновь отличается. Для процессоров "Kaveri" вам потребуется материнская плата Socket FM2+. Зато вы получите обратную совместимость с процессорами "Richland" и "Trinity". Есть и новое семейство чипсетов с небольшими изменениями.

» Fotostrecke

Кристалл APU "Kaveri" занимает площадь 246 мм², что сравнимо с предшественником. Но из-за 32-нм техпроцесса у "Richland" мы получаем 1,3 млрд. транзисторов, а у Kaveri с 28-нм техпроцессом их число увеличилось до 2,41 млрд. Новое семейство "Kaveri" или 7000 получило флагмана AMD A10-7850K. AMD впервые использует модель "50" в качестве лидера семейства, раньше в сфере APU выходили "нулевые" процессоры (A10-6800K), а в сфере GPU - модели "70". В прошлом мы получали AMD Radeon HD 7970 и Radeon HD 7950, Radeon HD 6870 и Radeon HD 6850. Как нам кажется, для флагмана было бы более разумным наименование A10-7870K.

В любом случае, пока что A10-7850K остаётся топовой моделью. APU оснащен 12 вычислительными ядрами. Если раньше ядра CPU и GPU считались отдельно, сегодня AMD их суммирует. Если быть более точным, мы получим четыре вычислительных ядра CPU и восемь графических ядер GPU. То есть четыре ядра новой архитектуры "Steamroller" и 512 потоковых процессоров GCN. Тактовые частоты AMD выставила на уровне 3,7 ГГц (базовая частота) и 4,0 ГГц (Turbo). Графические ядра работают на частоте 720 МГц. Также APU оснащается 4 Мбайт кэша L2. Тепловой пакет (TPD) составляет 95 Вт. Новый APU A10-7850K может похвастаться суммарной вычислительной производительностью 856 GFLOPs. Конечно, AMD хотелось с "Kaveri" добраться до планки 1,0 TFLOPs, но пока это не случилось.

Следующая модель по старшинству - AMD A10-7700K. Она работает на меньших тактовых частотах: 3,4 ГГц (штатная) и 3,8 ГГц (Turbo), также и графический блок у неё урезан. Он работает на тех же 720 МГц, но число потоковых процессоров составляет уже 384. Также чуть позже, предположительно в течение первого квартала, на рынок выйдет третий процессор Kaveri - A8-7600. Он будет относиться к категории 65 Вт, тактовые частоты будут составлять 3,3 и 3,8 ГГц. Графический блок у него тоже будет содержать 384 потоковых процессоров, за вычисления будут отвечать те же четыре ядра "Steamroller". Когда появятся оставшиеся модели A6 и A4 - пока неизвестно.

По сравнению с процессором "Richland" у "Kaveri" мы получаем заметное увеличение потоковых процессоров, но тактовые частоты были чуть снижены. Вместе с переходом на 28-нм техпроцесс этот шаг должен повысить эффективность, тем более что тепловой пакет был уменьшен.

Если "Richland" стал доработкой "Trinity", то "Kaveri" разрабатывался "с нуля". Архитектура "Steamroller" у двух новых процессорных модулей, если верить AMD, стала самым серьёзным шагом вперёд после представления "Bulldozer". Также и графические процессоры в Kaveri были переведены со старой архитектуры VLIW4 на более новую GCN, новые APU впервые поддержали долгожданную архитектуру HSA. Наконец, 28-нм техпроцесс тоже приятно дополняет общую картину.

Гетерогенная системная архитектура (HSA)

Самым важным улучшением "Kaveri" можно назвать гетерогенную системную архитектуру (HSA), когда графический и центральный процессоры работают более тесно друг с другом. В этом кроется одна из причин, почему AMD суммирует графические и процессорные ядра, говоря о вычислительных ядрах. Здесь следует ещё раз подчеркнуть две ключевые функции HSA: общую системную память (Shared System Memory) и гетерогенную очередь (Heterogeneous Queuing). Первая технология подразумевает общую память, к которой могут обращаться ядра CPU и GPU, напрямую обмениваясь данными друг с другом. Теперь не придётся копировать данные из одной памяти в другую с длительными задержками.

Технология общей памяти (её также называют hUMA) является обязательным требованием для гетерогенной очереди (hQ). До сих пор центральный процессор считался главным блоком, отвечающим за выполнение потока команд в программе. Теперь GPU и CPU могут равноправно распределять команды между собой, но, как и раньше, они лучше справляются со своими задачами. Ядра CPU хороши для выполнения последовательных задач, сильной же стороной GPU являются параллельные вычисления. AMD обещает более высокую эффективность вычислений благодаря грамотному распределению задач. Также для новых ядер "Steamroller" заявлен прирост производительности на такт (IPC) до 20%, но он несколько сглаживается снижением тактовой частоты.

Архитектура "Steamroller"

Новые ядра "Steamroller" должны исправить проблемы, существовавшие после появления архитектуры "Bulldozer". Но AMD по-прежнему твердо следует концепции "Bulldozer". В начале конвейера модуля располагается этап выборки команд (Fetch). Затем следует этап декодирования команд. Модуль состоит из двух целочисленных ядер и FPU, как и раньше, но AMD увеличила объём кэша инструкций на 50% до 96 кбайт - это должно уменьшить число промахов кэша на 30%. В блоке предсказания ветвлений буфер был увеличен до 10k записей, что уменьшает число неверных предсказаний на 20%. Буфер диспетчера выборки был увеличен с 40 до 48 записей, что тоже даёт на 10% большую эффективность выборки команд для параллельного выполнения.

Как видим, вместо общего целочисленного диспетчера AMD разделила его на две части, сейчас каждый модуль использует собственный целочисленный диспетчер. В результате ширина диспетчеров была увеличена на 25%. Есть и другие улучшения, на которых мы не будем подробно останавливаться.

В результате однопоточная производительность "Kaveri" должна значительно увеличиться. В расчете на такт ядра "Kaveri" будут давать до 20% большую производительность по сравнению с предыдущим поколением, но AMD снизила тактовые частоты.

Переход на архитектуру GCN

Новая архитектура GPU увеличивает производительность графических вычислений на уровень до 50 процентов. Возможности архитектуры GCN мы уже видели по новым графическим процессором "Volcanic Islands" и Radeon HD 7000, где она сменила старую архитектуру VLIW4. В старой архитектуре последовательные команды в программе распределялись на несколько мелких инструкций, которые затем параллельно выполнялись. Параллельно могли выполняться инструкции определенного вида, что на практике приводило к появлению "узких мест" и пустых слотов из-за отсутствия нужных инструкций. В GCN подобных ситуаций не возникает, поскольку используется совершенно иной подход. Базовым вычислительным блоком является Compute Unit, который состоит из четырёх векторных процессоров или SIMD, каждый содержит 16 АЛУ. В случае A10-7850K мы получаем восемь таких блоков (8 CU x 4 SIMD x 16 ALU), в результате можно говорить о 512 АЛУ или потоковых процессорах. К каждому блоку CU подключаются четыре текстурных блока, что дает 32 TMU в общей сложности. Интерфейс памяти 128-битный.

В целом, графический блок A10-7850K соответствует AMD Radeon HD 7750, но с несколько сниженными тактовыми частотами. AMD для всех новых APU "Kaveri" указывает тактовую частоту GPU 720 МГц. Напомним, что в случае Radeon HD 7750 она составляет 800 МГц.

Также процессоры "Kaveri" содержат знакомые нам ЦСП AMD TrueAudio, поддержку низкоуровневого API "Mantle" и PCI Express 3.0. Контроллер памяти DDR3 работает на довольно высокой частоте 2133 МГц. Новые модели APU относятся к настольному классу с тепловым пакетом 45-95 Вт. Для ноутбуков будут также представлены мобильные варианты APU с тепловым пакетом всего 15 Вт. Также отметим доработанные блоки кодировщика видео (VCE) и декодера видео Unified Video Decoder (UVD).

Новые материнские платы

К сожалению, переход на новую архитектуру потребовал и новой раскладки контактов, поэтому AMD для "Kaveri" вновь перешла на новый сокет. Если процессоры "Richland" устанавливались в Socket FM2, то в случае "Kaveri" используется новый Socket FM2+. Однако новый сокет обратно совместим с процессорами APU семейств 6000 и 5000. Вместе с тем AMD представила новые чипсеты A88X и A78. Они, за исключением небольших изменений, идентичны предшественникам A85X и A75. Также AMD указывает, что старый A55 FCH тоже будет поддерживаться.

Благодаря улучшениям CPU и GPU в "Kaveri" по сравнению с предшественниками, мы получаем прирост производительности в однопоточных приложениях и играх, пусть даже тактовые частоты (базовая/ Turbo/ GPU) ниже предыдущего поколения. За исключением Cinebench, 7Zip и Frybench, где APU "Kaveri" на несколько процентов уступил предыдущему флагману, мы получаем прирост производительности. В упомянутых тестах увеличение IPC вычислительных ядер "Steamroller" нивелируется меньшими тактовыми частотами. Тем не менее, мы получаем заметный прирост вычислительной производительности в криптографических тестах, тестах кодирования видео и в современных играх.

Первые результаты тестов вы можете посмотреть в нашей галерее. В ближайшие недели мы проведем дополнительные тесты APU и сравним новинки с расширенным набором процессоров конкурента, что позволит дать более глубокий анализ производительности.

{jphoto image=49429}

Для наших тестов мы использовали материнскую плату ASRock на чипсете AMD A88X, 8 Гбайт памяти DDR3 на частоте 2133 МГц и процессор AMD A10-7850K. Мы не устанавливали дискретную видеокарту, все тесты проводились на встроенном GPU трёх APU. Стоит отметить, что новые "Kaveri" улучшили не только производительность по сравнению с предшественниками, но и эффективность. Но пока что мы можем говорить только о частичном преимуществе. Наша тестовая система под обычной нагрузкой Windows потребляла от розетки 39,3 Вт, как и в случае AMD A10-5800K, то есть чуть больше предыдущего поколения "Richland". Но под комбинированной нагрузкой на CPU и GPU новые процессоры оказались более экономичными. Система с нашим A10-7850K потребляла почти 133 Вт, в случае A10-6800K энергопотребление составляло 173,8 Вт. Более экономичным был только APU A10-6700 с энергопотреблением меньше 100 Вт для всей системы. В тесте энергопотребления мы нагружали CPU с помощью Prime95, а графическую подсистему - с помощью Furmark.

Почти сразу же после представления "Richland" AMD начала сильную кампанию по продвижению "Kaveri". Полностью обновлённая архитектура, функции HSA, более современный техпроцесс - всё это говорило в пользу нового поколения APU, позволяя надеяться на прирост производительности как части CPU, так и графической подсистемы. AMD обещала прирост производительности от 20 до 50 процентов. Сегодня APU четвёртого поколения от AMD, наконец, вышли на рынок - по крайней мере, это касается двух моделей A10-7850K и A10-7700K. Оставшиеся представители семейства "Kaveri" должны выйти на рынок в течение первого квартала.

Обещания AMD были выполнены лишь частично, так как не все тесты выигрывают от улучшений в вычислительных ядрах "Steamroller". В тестах 7Zip, Frybench и Cinebench новый A10-7850K едва обходит предшественника или даже отстает от него. Скорее всего, причина кроется в снижении тактовых частот нового APU. Всё же флагман "Richland" работал на максимальной тактовой частоте до 4,4 ГГц, в случае "Kaveri" максимум был снижен до 4,0 ГГц. Возможно, на прежних или даже более высоких тактовых частотах будет работать вероятный флагман AMD A10-7870K. В остальных тестах новая топовая модель смогла выйти вперёд, иногда даже весьма значительно, разница составляла двузначные числа в процентах. В частности, у "Kaveri" можно отметить существенное увеличение производительности криптографии и арифметики.

{jphoto image=49316}

Переход со старой графической архитектуры VLIW4 на современную GCN, которую AMD использует в нынешних видеокартах "Volcanic Islands", обеспечил "Kaveri" существенный прирост производительности. В современных играх Metro: Last Light, Grid 2 или Bioshock мы получили более высокую частоту кадров. В игре Anno 2070 частота кадров тоже приятно увеличилась. В целом, новые APU Kaveri позволяют играть в разрешении Full-HD. Но, в зависимости от игры, может потребоваться снижение настроек качества. В целом, графическая производительность "Kaveri" уступает дискретной AMD Radeon HD 7750 - но по теоретическим характеристикам этого мы и ожидали. В ближайшие недели мы представим более детальные тесты. Мы также хотели провести тесты под Battlefield 4, но в минувшие выходные система EA Origin работала нестабильно. В любом случае, будет интересно посмотреть на результаты игры с патчем Mantle, поскольку у Kaveri мы получим соответствующую поддержку.

Что касается энергопотребления, то AMD смогла улучшить показатели - по крайней мере, под полной нагрузкой наша система AMD A10-7850K потребляла меньше энергии, чем с флагманом предыдущего поколения. В обычном режиме 2D ситуация не такая хорошая, энергопотребление оказалось чуть выше, но для всей системы оно не превысило планку 40 Вт, что очень немного.

В ближайшие недели мы сравним с "Kaveri" различные APU и CPU с IGP.