Especial

AMD Fusion, la microarquitectura que cambiará las reglas

La combinación de la CPU, el procesador gráfico y el northbridge en un único circuito integrado va a propiciar una nueva hornada de PCs más potentes, baratos, compactos, silenciosos y ecológicos

Juan Carlos López Revilla

AMD Fusion

24 septiembre 2012

AMD ha puesto toda la carne en el asador. El lanzamiento de la plataforma Fusion es, sin lugar a dudas, el más importante para la firma de Sunnyvale desde la presentación en 2003 de los primeros Athlon 64. Sin embargo, no es en absoluto una maniobra improvisada.

En realidad, las primeras APUs (Accelerated Processing Unit), o unidades de procesamiento acelerado, empezaron a «cocinarse» hace la friolera de cinco años, poco después de la adquisición de ATI. El objetivo de los directivos de AMD cuando pergeñaron esta operación no fue únicamente entrar por la puerta grande en el mercado de los procesadores gráficos, sino también utilizar el extenso bagaje de los ingenieros de ATI para poner a punto una familia de microprocesadores revolucionaria.

Por esta razón, pocas semanas después de la compra de esta última compañía, los técnicos de ambas empresas comenzaron a trabajar juntos. Y el resultado de este esfuerzo conjunto, que ha perdurado a lo largo de casi cinco años, es la plataforma Fusion.

Un lanzamiento a lo grande

Las primeras APUs de AMD llegaron al mercado a principios de este año, coincidiendo con la celebración de la última edición del CES, en Las Vegas. Esos primeros chips han sido fabricados utilizando fotolitografía de 40 nm y pertenecen a las series E y C de la plataforma Fusion. La primera responde a las necesidades de los portátiles del segmento de entrada y de los equipos Todo en Uno, y tiene un TDP (índice de disipación térmica) de 18 vatios.

Por otra parte, los chips de la serie C resultan idóneos para los netbooks y los Mini-PCs gracias a su reducido TDP, de tan solo 9 vatios. Pero ambas familias comparten la incorporación de una lógica gráfica que ofrece un rendimiento muy superior al de los procesadores gráficos integrados disponibles hasta la fecha, y, sobre todo, lo que en AMD llaman «autonomía para todo el día», que no es otra cosa que la capacidad de los chips de esta plataforma de facilitar la fabricación de equipos capaces de alcanzar o, incluso, superar las 8 horas de disponibilidad continua con Windows 7 en modo de inactividad.

En cualquier caso, es evidente que las series C y E no han sido diseñadas para abastecer a todas las plataformas de ordenadores disponibles en el mercado. El as que AMD acaba de arrojar sobre la mesa es, precisamente, la serie A perteneciente a la plataforma Fusion, conocida por el nombre en código Llano.

AMD Fusion principal 2

Estos microprocesadores están siendo fabricados por GlobalFoundries, una compañía fruto de la escisión en 2009 de la división de fabricación de semiconductores de AMD, utilizando tecnología de integración de 32 nm, y los primeros equipos que los incorporan llegarán a las tiendas a lo largo del mes de junio. Los chips pertenecientes a la serie A han sido diseñados para gobernar PCs de sobremesa y ordenadores portátiles de alto rendimiento, por lo que competirán con los microprocesadores Core i3 e i5 de Intel, y también con algunos Core i7.

Es evidente que el futuro a corto plazo de AMD está ligado al éxito de la plataforma Fusion, por lo que no es de extrañar que la presentación mundial de los nuevos procesadores se haya llevado a cabo en la isla YAS de Abu Dhabi (Emiratos Árabes Unidos), un marco excepcional al que solo fueron invitados un puñado de medios de comunicación especializados entre los que se encontraba PC Actual, la única revista española presente en el evento.

APU = CPU + GPU + Northbridge

Una APU, o unidad de procesamiento acelerado, es un microprocesador que aglutina la lógica de la CPU, la GPU y el northbridge. La reunión de estos tres elementos en un único circuito integrado fabricado con la técnica de fotolitografía masiva más sofisticada disponible actualmente permite ahorrar mucho espacio y, sobre todo, reducir drásticamente el consumo. Esto significa que el TDP de una APU es muy inferior a la suma de los TDPs de los tres chips a los que equivale. Además, dado que aglutina la funcionalidad de tres unidades diferentes en una única pieza de silicio, su coste es menor que el de la adición de estas por separado.

Los procesadores pertenecientes a la nueva serie A incorporan un máximo de 4 núcleos x86 de propósito general acompañados, cada uno de ellos, por una caché de nivel 2 de 1 Mbyte. Aunque más adelante profundizaremos con cierto detalle en las novedades introducidas en la microarquitectura, nos viene bien tener presente que esta implementación ofrece un incremento apreciable en el número de instrucciones por ciclo de reloj (IPC), que AMD cuantifica en algo más del 6% si lo comparamos con la anterior generación de núcleos x86. Además, la tecnología Turbo Core adecua independientemente el TDP y la frecuencia de reloj de cada uno de ellos a la carga de trabajo para reducir sensiblemente su consumo.

AMD Fusion principal 3

La solución que han puesto a punto los ingenieros de AMD es muy similar a la diseñada por los técnicos de Intel, por lo que evalúa en tiempo real el trabajo para someter a cada uno de los núcleos a la carga apropiada. De esta forma, si uno o más núcleos permanecen inac­tivos, los activos pueden trabajar a una frecuencia superior a la nominal siempre que el TDP total del microprocesador no supere el índice máximo.

No obstante, el balanceo de la carga no se lleva a cabo monitorizando únicamente los núcleos de la CPU, sino también la GPU. Esto significa que en un escenario en el que el procesador gráfico permanece ocioso o relativamente poco cargado, la CPU puede incrementar su frecuencia de reloj y, así, beneficiarse de la «porción» del TDP global que no está siendo utilizada para materializar los gráficos.

AMD Fusion principal 4

Para que todo esto funcione correctamente y el índice de disipación térmica del procesador se mantenga siempre por debajo del umbral que garantiza su correcto funcionamiento, los ingenieros de AMD han recurrido a un monitor que suma de forma instantánea el TDP de los núcleos de la CPU y el de la GPU para, después, enviar esta información a un gestor conocido como administrador del estado-P. Este, a su vez, modula la frecuencia de reloj de cada núcleo para adaptar su consumo a la carga de trabajo impuesta en un instante determinado.

Este esquema de funcionamiento no parece, a priori, muy diferente al implementado en otras soluciones de Intel y también de la propia AMD, sin embargo, difiere de estas en un apartado esencial: el módulo de gestión avanzada de la energía (APM o Advanced Power Management) evalúa la temperatura y la corriente en el dominio digital. De esta forma, el escalado de la frecuencia de reloj se lleva a cabo con más precisión y la injerencia del entorno y las interacciones entre núcleos es menor, lo que permite optimizar la siempre crucial relación rendimiento/vatio.

El consumo de las APUs de la serie A para ordenadores portátiles oscila entre 35 y 45 vatios, mientras que el de las destinadas a los PCs de sobremesa fluctúa entre 65 y 100 vatios. Por otra parte, la frecuencia de reloj de los núcleos de propósito general parte desde los 1,4 GHz de los modelos más económicos hasta los 2,9 GHz de los chips tope de gama. En cambio, el rango de velocidades de la lógica gráfica integrada es más comedido, pues oscila entre 400 y 600 MHz en todas las versiones de estos chips.