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APU 101: la promessa del computing eterogeneo

Le APU AMD consentono un'architettura di calcolo più equilibrata per sbloccare il potenziale del computing eterogeneo

Si apre l'era del multi-core

Stimolata dagli avanzamenti nella tecnologia dei semiconduttori, l'era del multi­core ha assistito all'evoluzione delle GPU in quanto a sofisticatezza e complessità, uno sviluppo che le ha rese sempre più interessanti per utilizzi vari e generici, ad esempio le attività di programmazione dati in parallelo.

Gli sforzi compiuti nell'ultimo decennio per potenziare l'utilizzo delle GPU per il computing in generale hanno coinciso con un cambiamento significativo nella cultura dei consumi. La disponibilità e la qualità dei contenuti digitali sono aumentate considerevolmente, insieme al desiderio – da parte del pubblico – di esperienze visive ricche, ad esempio filmati e contenuti visualizzabili in alta definizione. Allo stesso tempo l'emergenza del supporto ai sistemi operativi mainstream per il multitasking avanzato ha fatto nascere il bisogno di un efficienza di calcolo di magnitudo completamente diversa (i.e. CPU multi-core).

Alla fine del 2010, quasi tutti i nuovi computer desktop integravano processori multi-core, e già i processori quad-core facevano il loro ingresso sul mercato dei mainstream.


Una piattaforma di lancio sul futuro

Le elaborazioni multi-core, però, presentavano alcune difficoltà insite: i core extra e la memoria cache necessari per alimentare le pipeline delle istruzioni imponevano un costo in termini di grandezza fisica del processore ed elevati consumi di energia.

Lo stimolo a migliorare le prestazioni e superare le limitazioni di potenza e scalabilità che ostacolavano lo sviluppo delle CPU multi-core hanno spinto i designer di sistemi, software e semiconduttori a concentrarsi con sempre maggiore attenzione sulle capacità di elaborazione vettoriale delle GPU.

Ma non sempre le elaborazioni vettoriali sono la risposta giusta. Nel caso di array di dati di piccole dimensioni, ad esempio, l'overhead associato alla configurazione delle elaborazioni vettoriali è tale da annullare del tutto il vantaggio del risparmio di tempo. Ecco perché, per taluni problemi ed algoritmi, l'approccio scalare utilizzato dalle CPU è ancora la soluzione migliore.

È proseguito così l'alternarsi tra CPU e GPU, fino all'avvento dell'APU, vero e proprio spartiacque nella storia del computing eterogeneo.


Definizione di computing eterogeneo

Il termine computing eterogeneo fa riferimento ai sistemi che utilizzano più di un tipo di processore. Si tratta di sistemi multi­core che potenziano le prestazioni non soltanto tramite l'aggiunta di core, ma anche con l'integrazione di capacità di elaborazione specializzate destinate a gestire specifiche attività.

Nel contesto del computing eterogeneo, un'APU è un sistema eterogeneo che incorpora le capacità della GPU di livello separato DirectX® 11 per le elaborazioni grafiche ed altri calcoli matematici complessi su grandi dataset, per gestire operazioni grafiche come il rendering 3D, oltre a talune funzioni fisse. L'APU continua a utilizzare la CPU per far funzionare il sistema operativo e le applicazioni più tradizionali di produttività del PC.


I limiti base dell'architettura GPU-CPU e come superarli

Le APU combinano i core x86 CPU di uso generale con dei motori di elaborazione vettoriale programmabili, unendo così le elaborazioni scalari sofisticate della CPU alle elaborazioni vettoriali parallele, su larga scala, tradizionalmente associate alle GPU.

Nelle prime APU presentate da AMD, tutti i principali elementi del sistema – core x86, motori di elaborazione vettoriale e UVD per la decodifica HD – si collegavano direttamente al bus (e, quindi, alla memoria), eliminando uno dei problemi "storici" dei processori grafici integrati. Al posto di una soluzione di trasferimento squilibrata a due chip, che abbinava una CPU ad una GPU meno capace – con la tendenza ad accorciare la durata della batteria per via degli effetti sulla latenza di memoria e il consumo energetico – il percorso comune dell'APU verso la memoria aiutava ad evitare il problema.

L'architettura dell'APU consente una configurazione multi-GPU in cui è possibile integrare il design con una GPU separata, aggiungendo ancora più potenza di elaborazione grafica. In questo modo il sistema può scalare in base alle esigenze degli applicativi, sfruttando tutte le risorse disponibili e consentendo prestazioni senza precedenti.


Le APU per le esperienze visive di oggi

La crescente "visualità" dei contenuti digitali, sia su Internet che provenienti da altre fonti, si accompagna sempre più spesso all'alta definizione: oggi nove miliardi dei file video presenti nelle videoteche private sono in HD.1 Tutto ciò offre alle APU un'opportunità unica di migliorare l'esperienza degli utenti.

AMD collabora con gli ISV per migliorare la navigazione su Internet tramite un'opzione di 2D accelerato che velocizza la visualizzazione e il caricamento delle pagine; sta, inoltre, studiando l'uso degli UVD nelle APU per alleggerire e raffinare i contenuti video e visualizzare i risultati di qualità ben maggiore su un grande schermo.

Ma il raggio d'azione delle APU non si limita solo a migliorare la qualità di visualizzazione dell'esperienza visiva; la grande evoluzione dei contenuti visivi sta accrescendo oggi più che mai l'importanza di funzioni come la ricerca e l'indicizzazione – oltre che capacità come il cleanup di foto e video. In queste aree le APU possono velocizzare e semplificare sensibilmente i processi.


APU e formati: più potenza, più compattezza

La domanda costante di PC più compatti conduce il mercato verso l'integrazione e la miniaturizzazione. Quando il problema è lo spazio, i designer di hardware devono poter ridurre il numero dei componenti necessari, per offrire un'esperienza d'uso eccellente, e realizzando comunque obiettivi di performance superiori. Soprattutto considerato che molti utenti usano esclusivamente un notebook o un altro dispositivo portatile.

Grazie all'integrazione di CPU, GPU e unità specializzate su un solo processore, le APU possono ridurre significativamente la quantità di spazio fisico necessario all'interno di sistemi di piccolo formato, moltiplicando così le possibilità di questi ultimi. Oggi slate, tablet, netbook e notebook ultrasottili, basati sull'APU di AMD, sono disponibili in design tipici e anche esclusivi.


Le APU per il futuro delle UI (interfacce utente)

Da sempre ci affascina l'idea di un'interfaccia cui basti uno sguardo, una parola o un gesto perché il computer riconosca un utente e ciò che desidera fare.

Le APU sono destinate a far nascere interfacce utente più sofisticate, abilitando un metodo di computing più sensibile al contesto, in cui massicce quantità di dati inviate da svariati sensori consentono a un computer di adattarsi all'utente ed alla situazione in modi prima impossibili.


Verso un'architettura di calcolo più equilibrata...

Le possibilità create dal computing eterogeneo sono fantastiche, dalle videoconferenze in HD praticamente impeccabili a immagini di una chiarezza prima inimmaginabile, fino ad arrivare all'interpretazione e traduzione delle lingue in tempo reale.

Il computing eterogeneo che riunisce il meglio di CPU e GPU, e il tutto con design sempre più a basso consumo, formati sempre più compatti e batterie che durano sempre di più, è essenziale per realizzare processori ancora più veloci e potenti per esperienze d'uso nuove e migliori.

Ed è questo il motivo per cui la promessa e il potenziale delle APU, con la loro capacità unica di trovare il punto di equilibrio critico tra elaborazioni scalari e vettoriali, è così interessante in pari misura per utenti finali e designer di hardware/software.


Per saperne di più




Note e piè di pagina

1 CEA Market Research Report – Amassing Digital Fortunes: A Digital Storage Study, maggio 2008

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