AMD Llano: la prima soluzione con CPU e GPU integrate

Una delle principali innovazioni che AMD ha dichiarato di aver implementato all'interno delle proprie soluzioni della famiglia Llano riguarda l'ottimizzazione del risparmio energetico. Queste soluzioni APU verranno costruite utilizzando tecnologia produttiva a 32 nanometri SOI, approccio che permette di abilitare un approccio cosiddetto "power gating to ground".

Questo implica la possibilità di spegnere dinamicamente uno qualsiasi dei core, a seconda del tipo di workload venga richiesto istante per istante, unitamente alla cache L2 da 1 Mbyte associata a ciascuno. L'approccio porta ad avere un livello di risparmio energetico più consistente rispetto a quanto ottenibile con le tecniche applicate alle cpu AMD in commercio, senza un impatto negativo in termini di latenza. AMD ha confermato che l'uscita del core dalla fase di power gating down è equivalente, come latenza addizionale, a quella di ripristino del processore dalla più spinta modalità di risparmio energetico attualmente a disposizione.

Una tecnica di questo tipo lascia spazio, fissato un determinato power budget, ad una gestione dinamica della frequenza di clock finale del processore. AMD conferma quindi direttamente come le soluzioni Llano implementeranno una gestione dinamica della frequenza di clock dei core, in funzione del carico di lavoro istantaneo, del power budget totale a disposizione e del tipo di applicazione. Detto in altro modo, esattamente come opera la tecnologia Turbo Boost implementata da Intel in buona parte dei processori basati su architettura Nehalem.

Per poter assicurare un'ottimale gestione del consumo dei vari core AMD ha implementato nelle soluzioni Llano un Digital APM Module, grazie al quale poter tenere sotto controllo istante per istante consumo e temperature di vari componenti del processore. Nel complesso sono oltre 100 i punti di rilevazione che vengono monitorati da questo sistema.

L'approccio scelto da AMD, con modulo digitale, si differenzia dal tradizionale approccio analogico utilizzato per i processori. Con questo è possibile ottenere una scalabilità delle rilevazioni più precisa, non influenzata da variabili ambientali quali la temperatura all'interno dello chassis o da differenze esistenti passando da un die all'altro. La maggiore precisione del sistema digitale permette quindi di evitare l'introduzione di margini di errore nelle rilevazioni, necessari per un sistema analogico, ottenendo quale conseguenza una migliore rilevazione dell'effettivo livello di consumo del processore.

Altre innovazioni introdotte da AMD nel core x86 Llano riguardano il design del clock grid; le modifiche introdotte hanno permesso di contenere la potenza consumata nello switch delle frequenze di clock, oltre a calibrare al meglio il livello di clock richiesto così da ridurre di circa il 50% il numero di  buffers di clock integrati nella CPU.

Come noto, AMD non è stata in grado di presentare le prime soluzioni APU secondo quanto indicato nelle proprie roadmap iniziali. Abbiamo sentito nel corso degli anni varie spiegazioni legate alla cancellazione delle architetture APU precedenti a Llano, con una regola comune a tutte: la necessità di avere a disposizione tecnologia produttiva a 32 nanometri affinché una soluzione di questa complessità potesse venir completata.

Le prime APU di AMD verranno pertanto sviluppate con tecnologia produttiva a 32 nanometri SOI, con interconnessioni High-K Metal Gate, mantenendo un design a 11 layers metallici così come adottato per le attuali generazioni di processori AMD costruiti con processo a 45 nanometri. GlobalFoundries adotterà per queste soluzioni anche la seconda generazione di litografia ad immersione, oltre a strained silicon a base di Germanio grazie al quale migliorare le prestazioni complessive in termini sia di frequenze di clock sia di leakage. E' interessante segnalare come le soluzioni Llano dovrebbero essere le prime GPU, pur se come componente di una CPU e non come realtà indipendente, costruite da GlobalFoundries, adottando inoltre tecnologia produttiva SOI al posto di quella Bulk tipicamente utilizzata per le GPU moderne.