更轻 更强 更节能 APU让电脑更轻薄

我们已经有了CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器），还出现过PPU（物理处理器）以及VPU（视觉处理器，和GPU同义，不过现在已经少见），今天，我们又迎来了新的APU加速处理器（全称Accelerated Processing Units）。那么APU到底是什么，能给我们带来怎样的变化呢？

AMD是一个技术上创新性非常强的公司。从历史来看，AMD首先推出了直连的HT总线，CPU内置内存控制器也是AMD公司早在x86架构上使用，随后的第一款DirectX 11显卡以及早使用GDDR5显存等都是AMD公司引以为豪的技术象征。这次，AMD推出了全新的、被称为APU的Accelerated Processing Units加速处理器。在PC技术上再次开创了先河。

什么是APU？

在说清楚什么是APU之前，我们需要回顾一下CPU的发展历史。CPU在很长一段时间中都是单核心，并以频率的提升作为性能提升的主要方式。但频率的提升并非无止境。在制程工艺瓶颈下，频率很快走到了尽头。因此，CPU不得不改变发展方向。双核心和多核心处理器在这种情况下渐渐走入人们的视野。

多核心CPU的出现，为CPU的发展带来了一条更宽的路子，我们看到从双核到四核、八核心，处理器核心越来越多。不过，继续增加处理器的核心，显然也会遇到像频率那样的发展瓶颈。多核心会大大增加晶体管数量，并带来CPU的高发热和高功耗。在人们为CPU未来发展担忧的时候，GPU却在如火如荼的快速发展着。新一代的GPU可以进行大量可编程操作，变得越来越自由，并行计算能力也越来越强大。在软件支持方面，研究人员开发了诸如AMD Stream和NVIDIA CUDA这样的并行计算SDK。

CPU和GPU的联合计算让业界看到了未来发展的方向。除了3D游戏等传统应用外，高清视频、大规模并行数据处理等特殊应用只依靠CPU是不行的，如果有GPU的加入，它们将不再成为难题甚至可以得到更丰富的发展。GPU和CPU的联合应用将成为未来趋势。而APU的推出，就在这个背景之下。

如果说GPU并行计算只是融合的前奏，那么APU的推出，就真正将融合系统摆在了用户面前。首先，APU本身是一颗异构处理器。什么是异构处理器呢？异构，就是不同的架构融合在一起。比如APU就融合了DirectX 11 GPU的功能和传统x86 CPU的特性。但特殊的是，AMD DirectX 11 GPU已经不是传统意义上的显卡GPU，它除了可编程矢量处理，还可运行x86指令，因此可以像x86 CPU一样，来加速系统的计算。

其次，APU的异构架构功能非常强大，它既可以满足用户对CPU性能和功能的需求，也可以利用APU中融合的GPU，来处理高清视觉、图形渲染以及并行计算等。从架构角度来看，APU将通用运算x86架构CPU核心和可编程矢量处理引擎相融合，把CPU擅长的精密标量运算与传统上只有GPU才具备的大规模并行矢量运算结合起来。AMD APU设计综合了CPU和GPU的优势，为软件开发者带来前所未有的灵活性，能够任意采用适合的方式开发新的应用。

在CPU经历了单核心、多核心等不同发展时代后，APU的出现，为CPU的未来发展方向指出了道路，那就是异构化和集约化。当然，在短时间内，CPU还是需要以多核心作为发展方向，但APU拓展了另一个市场空间。人们可以看到低功耗设备也可以具有不错的性能，之前难以满足用户需求的比如高清视频会议、高清点播、游戏支持等，往往需要独立的CPU和GPU，功耗和体积都很大。现在使用APU一颗就可以解决问题，这是一个相当大的市场，并拥有很出色的发展空间。

APU有什么？

在AMD首批发布的APU中，有分别应用于主流笔记本电脑、一体机和迷你台式机的E系列，为高清轻薄本和其他电脑设计规格的C系列和适合嵌入式设备的G系列。目前主流的AMD E系列APU包含了双核心、单核心不同主频的产品，它们的规格和型号分别如上表所示。

图1 AMD推出的APU产品实物图

AMD已经改变了传统的以Athlon、Phenom等商品品牌命名的方式，在首发的APU上率先使用了全新的代号命名。除了E系列、C系列以及G系列，未来还将发布高端桌面CPU AMD FX系列和AMD A系列等。

从产品角度来看，AMD E、C和G系列的APU并没有本质区别，集成的CPU内核都是新研发的代号为“山猫”的低功耗x86核心，另外还加入了支持DirectX 11的图形核心。由于特别为低功耗进行了优化以及启用了40nm制程制造，因此虽然主频达到了1.65GHz但功耗也只有18W，非常适合在对体积、发热量有要求的小型设备中使用。

如果单独查看核心架构，“山猫”核心设计并不是以性能为主要目的。它的每个核心解码器只有2个，相比之下桌面的Core i7包括AMD未来发布的“推土机”处理器等，解码器都达到了4个之多。缩减核心解码器可以很大程度上精简CPU核心，同时减少诸如程序预测、跟踪等相关部件的数量。相比Atom的核心设计而言，“山猫”核心依旧采用了乱序执行技术，反观Atom为了达到低功耗，不但采用了双发射设计，还将乱序执行改为顺序执行，这使它在核心设计上落后于“山猫”。

图2 APU架构图

在其他核心规格方面，“山猫”核心采用了13级流水线，拥有一个整数单元和一个浮点单元，缓存配备全部为每个核心32KB一级缓存和512KB二级缓存，在指令集支持上也支持ISA、SSE各代、SSSE3和虚拟化技术。

另外，APU除了受人关注的CPU核心外，还有融合在一起的GPU核心。AMD目前为E系列推出了两种规格的集成GPU，分别是Radeon HD 6310和Radeon HD 6320图形核心。这两颗核心的架构均衍生自大受欢迎的Evergreen Radeon HD 5000系列，拥有80个流处理器，默认频率分为500MHz和280MHz两种。AMD称集成的GPU核心为“Vision Engine”（视觉引擎）。目前集成的GPU核心和CPU核心共享外部总线和内存总线，但即便如此，AMD E系列APU依旧提供了目前所有低功耗处理器中为强大的图形性能。另外，在视频解码方面，凭借UVD 3.0的强悍功能，AMD E系列APU提供了H.264、VC-1以及MPEG2、蓝光高清的全系列硬解码能力，分辨率输出高可达2560×1600，比起台式机的独立显卡丝毫不差。

APU第一个特点是CPU和GPU的融合，第二个特点就是GPU对CPU的加速。APU虽然仍具备处理器与显示两大核心，不过不同于以往的产品，APU的“山猫”x86内核和基于Radeon HD 5000架构的图形核心组成了异构计算架构。在一些特殊情况下，处理器与显示核心的异构计算架构能够进行Direct Compute/OpenCL的并行计算，比如使用UVD 3.0进行视频硬件解码、Flash加速、上网浏览加速等。

APU不仅仅只有CPU和GPU核心，它还含有北桥和部分南桥功能，甚至还包含了大部分输入输出接口。AMD APU本身提供了HDMI、VGA、DVI、DisplayPort以及DVO等输出功能，在搭配了专用的PCI-E 1.0总线链接的A50M和A55E两款I/O控制芯片后，可以提供如SATA、PCI-E x4、HD Audio以及USB等主流规格和接口。A50M和A55E这两款控制芯片功耗随启用功能不同，在2.7W～5.9W之间浮动，他们的基本规格相当，主要差别在于前者只能支持PCI-E 1.0而后者可以启用PCI-E 2.0，其他完全相同。

APU的优势在哪里？

AMD APU的芯片面积相比英特尔在小体积化、生产简易化方面，更具优势。在桌面应用领域，APU可以很容易搭建起一台超低功耗的产品，但是又具有相当不错的图形性能。联想新家悦C21r3畅悦型一体机就配备了AMD E-350双核心APU。E-350融合了双核心处理器和Radeon HD 6310显卡，拥有不俗的图形计算能力，支持DirectX 11。E-350的热设计功耗仅为18瓦，使得整机功耗低于传统的一体机，相比笔记本处理器的功耗降低了接近一半，在节能方面效果非常显著。另外，该机型还配备了500GB大容量硬盘、COMBO刻录机，以及18.5英寸16:9显示屏，AMD APU机型除了能轻松胜任日常办公和家庭娱乐之外，更具备独到的应用优势，例如高清视频加速、Internet Explorer 9冲浪加速、Flash优化、暴风影音视频加速，以及对龙腾世纪2、文明5和魔戒Online等游戏的硬件加速。

图3 联想新家悦C21r3畅悦型配备AMD E-350 双核心APU

除了一体机之外，对笔记本电脑、上网本和一体机等对功耗要求较高，而又有一定性能要求的产品来说，APU无疑也是一个很棒的选择。目前笔记本电脑也有大量采用APU的产品发布，比如华硕采用E系列APU的EeePC、三星RV415等，不仅有主流尺寸的笔记本电脑，也有小尺寸的上网本。它们不仅通过APU获得了远超Atom处理器的3D性能，还收获了同样的低功耗，延长了待机时间。甚至还有产品使用仅有9W热设计功耗的超便携APU笔记本电脑，让这类超便携产品有了新选择。

图4 采用APU的联想一体机显得很轻薄。

凭借AMD APU产品的高性能和异构计算优势，我们未来可以看到更加轻薄的一体机、续航能力更强的游戏上网本……目前AMD已经拉拢了一大批厂商，包括联想、华硕、戴尔、宏碁、东芝、三星等在内，进行APU的推广。另外，国内的一些厂商也在开发APU的相关产品。AMD希望建立一个APU的生态系统，这样可以吸引更多厂商加入，用户也可以从这种良性的产业生态系统中第一时间感受到技术发展带来的好处。