Apu что это в компьютере
Какая разница между CPU, GPU и APU – базовые различия
Большинство аппаратных средств на вашем ПК связано с аббревиатурой, и – по мере развития технологий – увеличивается количество этих имён, что ведёт к путанице. Ради того, чтобы сохранить всё в порядке и помочь вам получить необходимое оборудование, давайте посмотрим на различия между терминами CPU, GPU и APU.
Что такое центральный процессор (CPU)
Процессор можно считать мозгом вашего ПК. Он обрабатывает все задачи и расчеты, выполняемые другим оборудованием, что делает его важным звеном производительности вашего устройства. Большинство современных процессоров ПК используют несколько ядер для обработки нескольких задач одновременно, а общая производительность измеряется в гигагерцах (ГГц). Например, если процессор имеет базовую тактовую частоту 2,4 ГГц, он способен обрабатывать до 2,4 миллиарда инструкций в секунду.
Когда дело доходит до производителей процессоров, вы, вероятно, услышите об Intel и Advanced Micro Devices (AMD). Оба создают продукты, которые могут запускать Windows. Теперь, когда AMD имеет Ryzen, между двумя компаниями сокращается разрыв, особенно в плане цены и производительности.
Производительность варьируется довольно широко во всех процессорах от обоих производителей, предлагая множество вариантов, если говорить о цене и энергопотреблении. Вы можете найти низкоэффективный процессор, который отлично подходит для обработки текстов, просмотра веб-страниц и автономной работы, вы также можете найти высокопроизводительный процессор, который будет абсолютно «кромсать» всё, что вы подбросите ему, но также будет высасывать энергию, как пылесос.
Что такое графический процессор (GPU)
Графический процессор на вашем ПК по существу отвечает за то, что вы видите на мониторах, подключенных к компьютеру. Обычно существует два типа GPU: интегрированный и выделенный (также называемый дискретным).
Интегрированные графические процессоры совместно используют пространство с чипсетом процессора, в то время как выделенные графические процессоры представляют собой отдельную аппаратную часть, подключенную к отдельной шине на материнской плате.
Графический процессор предназначен для высокопроизводительных рабочих местах, которые требуют много энергии. Интенсивные игры, VR и редактирование видео – всё это задачи, связанные с графическими процессорами. В то время как центральный процессор является капитаном «команды вашего ПК», GPU можно считать главным помощником, готовым решать самые напряженные задачи.
Что такое ускоренный процессор (APU)
APU – это термин, который AMD придумала для обозначения GPU, интегрированного в архитектуру процессора. И графические процессорные ядра, и стандартные процессорные ядра совместно используют один и тот же кэш и матрицу, и данные передаются по одной и той же шине.
Зачем создавать APU? Наличие как CPU, так и GPU в одном месте позволяет им работать более эффективно для увеличения вычислительной мощности. Аналогично, наличие интегрированных GPU и CPU обычно более энергоэффективно, чем наличие CPU и отдельного выделенного GPU. Многие современные APU достаточно мощны для неинтенсивных игр; однако APU почти всегда будет превзойден современным выделенным графическим процессором.
Первый APU, использующий кодовое имя Llano, был анонсирован AMD ещё в 2011 году, но проект работает с 2006 года. Если вам интересно, где всё это время был Intel, большинство их процессоров также используют интегрированную графику. Например, Intel Core-i7-8700K, обычно в паре с мощным выделенным графическим процессором, имеет встроенную графику Intel UHD 630. Однако термин APU не используется Intel, вероятно, из-за ассоциации с конкурирующим продуктом AMD.
AMD Fusion. APU — что это и зачем?
Рассматриваем преимущества APU в видении AMD
APU (accelerated processing unit) — микропроцессоры AMD поколения Fusion, объединяющие на одной кремниевой подложке процессорные ядра и графический процессор (GPU). Иными словами процессор и видеокарта в одной коробочке. APU, как конечный продукт, основан на модульной системе. Это означает, что платформу AMD Fusion можно назвать конструктором, кубиками которого являются ядра процессора и графические процессоры. APU — уже готовые решения, состоящее из кубиков Fusion. В отличии от Intel, уже давно выпускающей процессоры все-в-одном (system-on-a-chip, SoC), AMD предпочли собственное название.
Интеграция GPU дает существенное увеличение пропускной способности для графической подсистемы, снижение энергопотребления и конечной стоимости продуктов. В отличии от дискретных видеокарт, интегрированные GPU не имеют собственной памяти и вынуждены использовать общую память.
Преимущества APU перед классической моделью интеграции GPU в системную логику материнских плат в видении AMD:
Расширенный интерфейс между центральным процессором (CPU) и графическим ускорителем открывает новые возможности:
На фоне платформ Intel ничего принципиально нового, за исключением собственного названия системы на одной кремниевой пластине.
Что такое APU?
APU — Accelerated Processing Unit (ускоренное процессорное устройство) – это гибрид, объединяющий в одном полупроводниковом кристалле традиционные вычислительные ядра общего назначения и графическое ядро.
По словам компании AMD, графическое ядро должно иметь архитектуру в виде массива параллельных потоковых процессоров, которые выполняют математические расчеты. Как раз ядра процессора AMD таковыми и являются.
Термин APU можно рассматривать и с программной точки зрения. Это процессорное устройство имеет возможность переноса вычислений с традиционных ядер общего назначения на параллельные графические конвейеры. Современное программное обеспечение позволяет распараллеливать программные процессы за счет использование нескольких ядер, поэтому использование экономичных гибридных устройств содержащих встроенное графическое ядро позволит улучшить быстродействие за счет производительных графических конвейеров.
Компания AMD предлагает присовокупить к x86-ядрам потоковые процессоры своей графики семейства Radeon HD не только в программах для обработки графики, но и в приложениях общего назначения.
Такая гибридность позволит достичь максимальной производительности этих экономичных решений.
Одним из ключевых свойств Accelerated Processing Unit считается поддержка программного интерфейса OpenGL, который наилучшим образом подходит для этой цели.
Процессоры Sandy Bridge вполне можно считать APU, так как они объединяют на одном полупроводниковом кристалле x86-ядра и графику. В то же время, графические ядра Intel Bromolow (HD Graphics 2000/3000) не умеют вести расчеты. Так как под обязательным атрибутом APU подразумевается возможность вычислений на графическом ядре, то Sandy Bridge таковыми не являются. Впрочем, программный интерфейс OpenCL процессорами Intel тем не менее поддерживается. То есть программы, написанные для APU и использующие OpenCL, на системах, основанных на процессорах Core второго поколения, работать будут, но исполняться они будут исключительно средствами x86-ядер.
Классификация современных APU осложняется еще и тем, что одна из самых популярных задач, решаемых силами параллельных потоковых процессоров графического ядра, кодирование HD-видео, в процессорах Sandy Bridge выполняется блоком Quick Sync, входящим в состав графики. Попросту говоря, современная графика Intel не позволяет брать на себя параллельные вычисления в общем смысле, а узкоспециализированные задачи, связанные с кодированием HD-видео, решать она может.
Два в одном. Тестирование шести APU от AMD
Стоимость комплектующих по-прежнему остаются «замороженной» на грабительском уровне зимы 2015 года: за нынешнюю цену одной топовой видеокарты три года назад можно было собрать целый игровой компьютер. Вот и приходится ухищряться и придумывать, на чем бы сэкономить при сборке игровой машины. Мы долго-долго думали и решили предложить вам отказаться при сборке системника от. Не поверите! От видеокарты! А все потому, что обратили свой взгляд на APU от AMD. Что это такое? Сейчас расскажем.
Так было вначале
Если кратко, то термин APU (Accelerated Processing Unit, ускоренное обрабатывающее устройство) означает микропроцессорную архитектуру, подразумевающую объединение центрального процессора с графическим на одном кристалле. Иными словами, это тот же CPU, но с интегрированной графикой. Такие процессоры называют гибридными.
Впервые идею создания APU озвучили представители процессорного гиганта AMD в 2006 году после приобретения им канадской фирмы ATI, выпускающей графические процессоры серии Radeon. Впоследствии идея получила кодовое название AMD Fusion, что на русский язык переводится как «слияние». Ее суть заключалась в объединении центрального микропроцессора (на основе решений AMD) и графического чипа на основе Radeon, создаваемых приобретенной ATI. По замыслу разработчиков, такой гибридный процессор давал бы возможность выпускать компактные, автономные, экономичные, унифицированные системы, позволяющие выполнять широкий круг задач, где не требуется обработка «тяжелой» графики.
Сказано — сделано! Первое поколение APU от AMD вышло в 2011 году под именем Llano. Эти процессоры имели два, три или четыре ядра Husky с микроархитектурой, аналогичной Athlon II, заряжались графическим ядром Sumo, унаследовавшим микроархитектуру младших представителей пятитысячной серии Radeon HD, и потребляли не более 100 Вт. Но, честно говоря, даже старший представитель семейства — AMD A8-3850 — с современными на тот момент играми (и то не со всеми) справлялся с огромным трудом и лишь на минимальных настройках.
Осенью 2012 года на рынок вышло второе поколение APU от AMD — Trinity. В линейку гибридов вошло сразу шесть моделей: от AMD A4-5300 до AMD A10-5800K с разблокированным множителем. Именно они и стали первооткрывателями процессорной архитектуры Piledriver и первыми массовыми APU.
Графическая часть кристалла была серьезно переработана: вместо ядер VLIW5, родом из Radeon HD 6800, новые чипы использовали модули VLIW4, на которых работали видеокарты серии Radeon HD 7000. Переход на архитектуру VLIW4 позволил устанавливать меньше потоковых ядер, но использовать их более эффективно, что также хорошо сказалось на тепловом пакете процессора и его тактовой частоте.
Мы не можем утверждать, что второе поколение APU от AMD совершило абсолютный прорыв в мощности встроенной графики, но в не изобилующие спецэффектами игры вроде Diablo 3 или World of Warcraft: Cataclysm стало возможным комфортно играть и без дискретной видеокарты. А в сравнении с Llano новый Trinity стал мощнее где-то на треть.
Третье поколение APU от AMD — Richland — вышло в середине 2013 года. Эти чипы по-прежнему были основаны на архитектуре Piledriver и отличались от предшественников лишь несколькими изменениями, направленными на снижение энергопотребления. Графическая часть APU сколько-нибудь существенно не изменилась, а потому их производительность в играх осталась на уровне Trinity.
Настоящее
Гибридные процессоры Kaveri (четвертое поколение APU) появились в 2014 году и успешно продаются по настоящее время. Они объединяют x86-ядра с микроархитектурой Steamroller и графическое ядро класса Radeon R7 с GCN-архитектурой. Впрочем, не пропали с полок магазинов и представители Richland/ Trinity: самые экономные могут выбрать что-нибудь из них. Мы же взяли на тесты шесть самых популярных в нашей стране и сбалансированных по цене (мы не забываем, что собираем игровой компьютер в условиях экономического кризиса) APU: AMD A10-7850K, AMD A10-7700K, AMD A8-7600, AMD A4-7300, AMD A4-5300, AMD A4-4000.
Старшие модели (AMD A10-7850K, AMD A10-7700K, AMD A8-7600) относятся к более молодому поколению Kaveri, со всеми вытекающими из этого преимуществами: графическое ядро класса Radeon R7 на GCN 1.1 (Graphics Core Next), использующейся в актуальной линейке дискретных видеокарт от AMD, и микроархитектура Steamroller.
А вот младшие модели (AMD A4-7300, AMD A4-5300, AMD A4-4000) уже на «пенсии» — в их основе лежит уходящее в прошлое семейство Richland/ Trinity, а за графическую часть отвечают Radeon HD разных поколений и модификаций. А чтобы вы не запутались, все технические характеристики наших подопытных мы по полочкам разложили в единой табличке на соседней странице.
Методика тестирования
Для всеобъемлющего и бескомпромиссного тестирования APU мы собрали стенд на базе материнской платы Gigabyte GA-F2A88XM-D3H, вставили ее в корпус Thermaltake Urban SD1, добавили две планки оперативной памяти AMD Radeon R9 Memory (DDR3-2400 МГц) по 4 ГБ каждая, закатали все игры и тестовые приложения на OCZ Arc 100 (120 ГБ), а под операционную систему оставили A-DATA XPG SX910 (128 ГБ). Запитали все это дело мы через Hiper 530W HPU-4M530-PU.
В список синтетики у нас вошли PCMark, 3DMark, Unigine Heaven 4,0, WinRar, TrueCrypt, Cinebench R15 и AIDA64. Игровой набор составили исключительно хиты последних лет: War Thunder, Dota 2, World of Tanks, Grand Theft Auto 5, The Witcher 3: Wild Hunt, GRID Autosport и BioShock Infinite. Поскольку процессоры от Intel не могут составить серьезную конкуренцию APU от AMD по графической части, междоусобную войну мы устраивать не стали. Нас больше интересовал вопрос: способны ли современные APU заменить дискретное видео в современных играх. И результаты оказались более чем любопытными.
Результаты
Признаемся, когда мы только задумывали этот тест, мы относились к нему как к своего рода шутке. Из разряда «какие там могут быть игры на процессоре, так, пасьянсы раскладывать». В реальности все оказалось куда интереснее.
Да, о третьем «Ведьмаке» и даже пятой GTA с APU остается только мечтать. Нормально в них можно поиграть только на старом 15-дюймовом мониторе с разрешением 1366х768, да и то на минимальных настройках графики. Совсем другое дело — сетевые игры.
Возьмем War Thunder. В Full HD его потянули все наши испытуемые. Притом младшая тройка позволила выставить средние настройки графики, а старшая без вопросов справилась и с предельными. Аналогично с Dota 2 и World of Tanks — идут на любых процессорах без лагов и тормозов. На удивление достойно кристаллы проявили себя и в GRID Autosport. До самых высоких настроек не дотянулась ни одна модель, но с «высокими» и «средними» наши испытуемые справлялись без вопросов.
А это значит, что APU хоть и не могут пока заменить собой даже R7 370, но заслуживают гораздо больше внимания, чем пару-тройку лет назад. Как показали наши тесты, это самый недорогой вариант для тех, кому нужен новый компьютер для игр уровня квестов от Telltale, флэш-проектов вроде Binding of Isaac и даже весьма серьезных и популярных World of Tanks, War Thunder или Dota 2. Стоят такие APU от двух до восьми тысяч рублей. Для сравнения, самый недорогой процессор и видеокарта сегодня обойдутся не меньше чем в десять-двенадцать тысяч рублей.
А что же все это время делал игрок номер один рынка процессоров — компания Intel? Вы не поверите, но гибридный процессор у Intel вышел даже раньше, чем у AMD. В 2010 году в чипах Core i7/i5/i3 появилось встроенное видеоядро под именем HD Graphics.
При этом Intel никогда не называла свои процессоры «APU», именуя их традиционным термином «CPU» (или же «CPU со встроенным графическим ядром»). Да и само графическое ядро выпускалось по более крупному техпроцессу, нежели процессорная часть: 45-нм против 32-нм. Не в последнюю очередь это было связано с их низкой производительностью: чипы HD Graphics серий 2000, 2500, 3000 не сильно опережали обычное встраиваемое в северный мост графическое ядро, и в отдельных режимах могли в четыре раза уступать вышедшим на год позже APU AMD Llano.
В том же 2010 году появился и первый массовый APU в игровых консолях. В Xbox 360 Slim стали устанавливать чип XCGPU, объединявший в себе Xenon CPU и Xenos GPU. Такой процессор содержал в себе 372 миллиона транзисторов и производился компанией GlobalFoundries по 45-нанометровому техпроцессу. В сравнении с исходным чипсетом Xbox 360 потребление питания уменьшилось на 60%, а физический размер чипа — на 50%.
Более того, сердце текущего поколения консолей — Xbox One и PlayStation 4 — это тоже APU, построенные на архитектуре AMD Jaguar. Уровень их производительности находится на отметке дискретной видеокарты AMD Radeon HD 7850. Сами чипы почти идентичны, разве что в кристаллах у «синих приставок» больше ROP-блоков и вычислительных ядер (что дает им некоторое преимущество в производительности), а у «зеленых» процессоров выше тактовая частота блоков CPU и GPU. В целом же использование одного вычислительного чипа вместо двух позволило Sony и Microsoft заметно снизить себестоимость приставок, их габариты и энергопотребление.
Энциклопедия процессорных терминов
Эта справочная статья нужна, чтобы читатели не запутались в бесконечных терминах и сокращениях, переполняющих любую содержательную аналитику о процессорах и их архитектурах. Писать такие статьи без спецтерминов нельзя, иначе они превратятся в иносказательную кашу, из которой можно сделать какой угодно вывод, кроме правильного. Чтобы определиться, что именно автор имеет в виду под тем или иным специфическим словом или сокращением, не напоминая об этом каждый раз, и написана энциклопедия. Она также пригодится для изучения тематических иллюстраций, в изобилии встречающихся в процессорных статьях и презентациях и в большинстве случаев написанных на английском.
Некоторые сокращения имеют несколько расшифровок и потому встречаются в нескольких разделах. Сами разделы имеют не алфавитную, а ассоциативную сортировку — например стадии конвейера перечислены в таком порядке, в котором реально встречаются в процессоре. Таким образом, в отличие от отсортированных по алфавиту справочников, эти словарные статьи можно также читать подряд.
Энциклопедия постоянно уточняется и пополняется (дата последнего обновления — в конце) и на данный момент содержит 234 термина (без учёта переводов и синонимов).
Общие положения и вычислительные парадигмы
Отмеченные звёздочками команды являются инвариантными по данным — они реализуют своё действие одинаковым алгоритмом вне зависимости от типа операндов. Команды, меняющие содержимое данных, являются вычислительными: чаще всего встречается простая арифметика и логика, затем умножения и сдвиги и, гораздо реже, — деления и преобразования.
Команды x86 и их наборы
Обязателен только опкод, но в большинстве команд также есть несколько префиксов и байт modR/M. Оригинальная x86 кодирует операнды разрушающим образом.
Если в 64-битной команде используется хотя бы один регистр из добавленных, ей требуется дополнительный REX-префикс, указывающий недостающие биты в кодах регистров.
Использование префиксов удлинняет команду и является следствием ранних попыток Intel укоротить наиболее частые команды x86, а позже — следствием добавления новых команд, сохраняя старые. Из-за префиксов трудно определить длину команды, что ограничивает скорость исполнения и требует сложной логики для длиномера и декодера. У каждого x86-ЦП есть ограничение на максимальное число префиксов в команде, при котором достижима пиковая скорость исполнения.
* — больший размер позволяет иметь бо́льшую точность и диапазон степеней.
Также добавлены новые векторные и скалярные (в AVX2) команды. Мнемоники команд AVX имеют приставку V.
FMA-команда отличается повышенной скоростью (слитая операция быстрее двух раздельных) и точностью (не происходит промежуточного округления произведения).
Поведение переходов предсказывается заранее, чаще всего удачно.
Общее устройство конвейера
Из-за фиксированного размера мопа на операнды пары команд накладываются ограничения: не более одного доступа в память, не более одного непосредственного операнда (иногда не допускается вовсе) и т. п.
Стадии конвейера
В последних двух случаях диспетчер возвращает конвейер в предыдущее точно известное состояние («сброс конвейера»), теряя все упреждающие результаты; успешная отставка обновляет это состояние. Отставка перехода вне зависимости от успешности предсказания пополняет статистику предсказателя.
При обнаружении исключения конвейер прекращает принимать новые команды и пытается довести до отставки все предыдущие (в программном порядке) мопы. Если при этом в них не обнаружено фальш-предсказание перехода, либо другое исключение, то далее ядро запускает обработку данного.
Блоки процессора
Иногда под FPU понимается весь векторно-вещественный домен.
Подсистема памяти
В современных ЦП кэши (в сумме) часто занимают до половины места на кристалле и бо́льшую часть его транзисторов, но потребляют энергии значительно меньше прочих структур. В ЦП x86 все кэши имеют физическую адресацию, поэтому при обращении к L1 требуется преобразовать виртуальные адреса в TLB.
Сложный предзагрузчик, как и предсказатель переходов, применяет разные алгоритмы и отслеживает собственную эффективность, отключая предзагрузку для труднопредсказуемых обращений во избежание помещения в кэш ненужных данных («загрязнение кэша»). Для борьбы с последним отсутствующие в кэше и подгруженные извне данные либо сначала сохраняются в буфере предзагрузчика и только в случае востребованности позже записываются в кэш, либо записываются сразу, но указанием наименьшей популярности. Современные ЦП имеют аппаратную предзагрузку почти во все кэши, а в их ISA есть команды программной предзагрузки по явно указанному адресу.
Физическая реализация
Если все требуемые для авторазгона параметры не превышают допустимые для данного ЦП пределы, то контроллер увеличивает множитель частоты (и, возможно, напряжение на соответствующей шине) полностью загруженным ядрам (иногда вместе с некоторыми простаивающими, но неотключаемыми), пока какой-либо из параметров не достигнет предела. Продвинутые версии авторазгона могут привести к выделению процессором энергии свыше значения TDP на время до минуты, пока остальные параметры (прежде всего температура) не достигли насыщения.