AMD lève le voile sur Carrizo côté technique

AMD dévoile de nombreux détails sur son APU Carrizo à l'occasion de l'ISSCC 2015, une conférence annuelle dédiée aux circuits intégrés se déroulant à San Francisco cette semaine. Pour rappel, les grandes lignes des informations dévoilées ici avaient déjà fuité en novembre dernier. Une partie des informations de la présentation est contenue dans la présentation AMD ci-jointe, d'autres détails sont exclusifs à la présentation faite lors de l'ISSCC.

Carrizo est ainsi une puce de 244,62mm² intégrant 3,1 milliards de transistors gravés en 28nm, un gain en densité important puisque Kaveri n'était qu'à 2,41 milliards de transistors pour 245mm². Ce gain en densité est entre-autre lié au gain de place sur la partie x86 du fait de l'utilisation de règles de design inspirées du monde GPU et destinées à prioriser la densité et la consommation, quitte à avoir une montée en fréquence moins optimale.

Le gain est énorme en terme d'espace puisque de l'ordre de 35% à 38% sur certaines zones. Au final, et hors cache L2, un module Excavator (2 cœurs) occupe 23% moins d'espace qu'un module Steamroller avec seulement 14,48mm² alors qu'il passe de 86 à 102 millions de transistors. Cette hausse est liée à des modifications permettant d'augmenter l'IPC, AMD faisant état d'un gain de 5%, notamment avec un doublement du cache L1 data qui passe de 16 à 32 Ko par cœur. Qui dit hausse de la densité dit également hausse de la densité thermique, pour contrecarrer ce phénomène AMD à intercalé entre les deux modules Excavator le contrôleur mémoire qui a tendance à moins s'échauffer.

La partie GPU n'est pas dénuée d'amélioration puisque AMD utilise désormais le 28nm de manière à obtenir des transistors avec des courants de fuite plus faibles, quitte à atteindre des fréquences moins importantes. Cela permet à AMD d'annoncer une fréquence 10% supérieure au sein de la même enveloppe thermique ou une consommation inférieure de 20% à la même fréquence. Le GPU dispose de plus d'une alimentation dédiée (VDDGFX), qui vient s'ajouter à VDDCPU et VDDNB qui sont respectivement pour les modules x86 et le chipset intégré.


Puisqu'on parle de la tension, AMD intègre un mécanisme visant à adapter très rapidement, en moins de 1ns, la fréquence CPU ou GPU en cas de chute de la tension d'alimentation. Ceci permettrait d'utiliser une marge de sécurité moins importante vis à vis de la tension et de gagner environ 5% de fréquence à tension égale, AMD annonçant des gains de consommation pouvant atteindre 19% côté CPU et 10% côté GPU. Ce n'est pas la seule amélioration dans la consommation puisque les cœurs Excavator intègrent la technologie AVFS (adaptive voltage-frequency scaling). Il s'agit d'une dizaine de capteurs qui sont capables de détecter quand le processeur est proche de faire des erreurs de calcul, sans en être encore à ce stade, et qui remontent alors à une unité dénommée SMU (pour system-management unit) des informations sur la tension, la fréquence et la température. Sur la base de ces statistiques, cette unité se charge alors de créer et maintenir une table de fréquence / tension optimale pour chaque exemplaire de Carrizo.

Si 32 des 690 millions de transistors supplémentaires sont utilisés côté x86, le reste est dédié à des améliorations sur les cœurs GCN pour le HSA, un décodeur vidéo amélioré supportant le H.265 (mais AMD ne précise pas encore si le 10-bit est pris en charge), un doublement de l'encodeur vidéo ce qui permet d'aller 3.5x plus vite que sur Kaveri (il est question de 9 flux 1080p à 30 fps en H.264). Enfin Carrizo est désormais un SoC complet et intègre un FCH (southbridge) qui n'est pas détaillé officiellement ici mais qui devrait entre autre gérer 4 USB 3.0, 4 USB 2.0 et 2 SATA 6 Gbs. Son intégration dans la puce fait que sa consommation est probablement incluse dans le TDP et qu'il est gravé en 28nm alors que ces puces ont traditionnellement plusieurs process de retard. Pour rappel Intel utilise sur Broadwell 14nm en version BGA une puce PCH séparée gravée en 32nm, au contraire de Bay Trail-D et son successeur Braswell qui sont eux des SoC à l'instar de Carrizo.

L'A70M utilisé avec Kaveri était gravé en 65nm et avait un TDP de 4,7w pour une consommation au repos de 750mW, cette intégration devrait donc nettement améliorer la consommation en charge comme au repos. AMD ajoute d'ailleurs sur ce SoC la gestion d'un nouveau mode de veille qui permet d'avoir une consommation très basse, proche du S3 (suspend to ram) avec moins de 50 mW sur l'APU mais avec une sortie de veille encore plus rapide ce qui permet au système d'utiliser ce mode plus régulièrement, par exemple pour le Connected Standby. La sortie de ce mode S0i3 est par contre bien plus lente que chez Intel, moins de 500ms contre 3.1ms sur Haswell notamment grâce au régulateur de tension intégré, ce qui empêchera le système d'exploitation d'utiliser aussi souvent que sur Haswell.

Au final les diverses améliorations permettent à AMD d'annoncer que son SoC Carrizo, qui sera décliné dans des versions 12 à 35 watts alors que Kaveri allait de 17 à 35 watts, disposera de cœurs x86 avec une consommation en baisse de 40% par rapport à Kaveri, contre 20% de mieux pour les unités GCN, ce qui devrait permettre d'avoir des fréquences et donc des performances en hausse avec ces enveloppes thermiques réduite, ce malgré les gains modérés côté IPC... et la finesse de gravure qui reste en 28nm ! Les équipes n'ont pas manqué d'ingéniosité pour arriver à un tel tour de force, tout en intégrant des nouveautés telles que le FCH intégré sans augmenter la taille et donc le coût de la puce. Afin de pouvoir continuer de lutter contre un Intel qui dispose désormais de deux générations de process d'avance, de telles avancées étaient absolument nécessaires et l'avenir nous dira si elles sont suffisantes en pratique. Les portables Carrizo devraient pour rappel débarquer aux alentours de la mi-2015, nous avions pu observer un prototype lors du CES en début d'année.

Nous finirons par une petite digression sur Carrizo et le FM2+. Comme indiqué il y a un mois, cette version n'est plus à l'ordre du jour, et cette présentation donne des détails sur ce sujet puisqu'on voit bien que les optimisations visent la plage de consommation du SoC BGA, au dépend de celle utilisée sur FM2+, si bien que la décision de ne pas décliner Carrizo sur FM2+ ne semble pas dater d'hier. Ainsi si Excavator apporte des gains à 5, 10 ou 15 watts de consommation par module, arrivé à 20 watts l'écart se réduit à peau de chagrin et l'avantage repasse probablement à Steamroller au delà de 25 watts. Même avec le gain d'IPC de 5% le compte ne doit pas y être lorsqu'on est à 30 ou 40 watts par module comme c'est le cas sur les Kaveri FM2+. Au-delà de ça, Carrizo tel qu'il nous est présenté n'aurait pas forcément pu fonctionner sur FM2+ puisque l'intégration d'une tension spécifique pour le GPU implique des modifications au niveau de l'étage d'alimentation des cartes mères. Peut-être qu'AMD aurait pu passer outre, mais se pose alors le problème d'utiliser un FCH externe au lieu du FCH interne, sans parler des lignes PCIe Gen3 moins nombreuses puisqu'elles sont a priori de 8 sur Carrizo. Pour les vraies nouveautés en desktop (passons sur Godavari) il faudra donc attendre 2016 et la prochaine architecture x86 AMD dénommée Zen. Vivement !