Co si budeme povídat, ač se procesorům s integrovanou grafikou u AMD říkalo nějaký čas „Fusion“ a oficiálně pak APU (Accelerated Processing Unit), stále jde v podstatě o grafiku a procesor na jednom kousku křemíku s tím, že tyto dvě komponenty fungují úplně stejně, jako by byly na sobě nezávislé. Velmi často tak nastává situace, kdy procesor maká na plné obrátky, zatímco grafika se fláká, anebo naopak.

Cílem výzkumu placeného National Science Foundation a firmou AMD je spolupráce CPU a GPU tak, aby se obě části efektivně doplňovaly, a to způsobem, kdy CPU nejprve data získá (pre-fetch) z operační paměti tak, aby s nimi GPU část mohla rovnou efektivně pracovat. „Takto to bude značně efektivnější, neboť CPU i GPU budou dělat to, v čem jsou dobré. GPU je dobré v provádění výpočtů, CPU je dobré v rozhodování a flexibilním získávání dat,“ prohlásil Dr. Huiyang Zhou, profesor elektrotechniky a výpočetní techniky NCSU a spoluautor výzkumu.

Pokud CPU rozhodne, která data z operační paměti bude GPU potřebovat a dopředu je odtud pro GPU vytáhne (typicky do lokální cache celého čipu), může se GPU soustředit na provádění operací s nimi a celý proces zabere méně času. Předběžné testy, které pan Zhou a jeho tým prováděl, vykazují nárůst výkonu „Fusion“ procesoru v průměru o 21,4 %. Toho prý dříve nešlo dosáhnout právě kvůli tomu, že CPU a GPU byly oddělené čipy.

Referát na téma „CPU-Assisted GPGPU on Fused CPU-GPU Architectures“, na němž pracovali mimo jiné Ph.D. studenti Yi Yang a Ping Xiang spolu s Mikem Mantorem z AMD, bude prezentován 27. února na 18. ročníku International Symposium on High Performance Computer Architecture v New Orleans.

Zajímavou na tom shledáváme mimo hlavního tématu kombinaci dvou věcí: za prvé výzkum platí mimo jiné AMD, což je logické, protože cílem AMD je skutečně udělat z APU náležitě užitečný čip (trochu to zavání stylem „něco jsme vymysleli (APU), dobře zpropagovali a teď ještě potřebujeme zajistit, aby to mělo vyšší smysl než jen nacpat GPU a CPU na jeden kus křemíku“). A konečně za druhé: ve shrnutí se nehovoří konkrétně o APU AMD, ale obecně o „fused architectures“, kde jsou GPU a CPU integrovány na jednom kousku křemíku, a explicitně je zmíněno, že tyto dvě části „sdílí on-chip L3 cache a off-chip paměť (tedy prostě RAM), podobně jako Intel Sandy Bridge či AMD APU“. Jinými slovy tento výzkum může pomoci nejen APU od AMD, ale i od Intelu. Ač Intel své procesory nikdy nenazýval ani APU, ani „Fusion“, ani jiným honosným marketingovým „termitem“, nejde z hlediska architektury o nic jiného než o totéž, co má AMD. S jedním drobným rozdílem, ke kterému jsme se chtěli dostat:

Snímky křemíku APU AMD Llano (vlevo) a Trinity (vpravo)

AMD APU nemá L3 cache. Zatím. AMD má momentálně na trhu dva typy APU: zjednodušeně řečeno Zacate/Ontario (dvojí označení pro tentýž čip, jen lehce jiné parametry, spotřeba a tedy i cílovka) a Llano. Byť jde o rozdílné čipy jak výrobním procesem, tak architekturou zejména CPU jader, jedno mají společné: CPU jádra mají vlastní L2 cache nesdílenou mezi jádry, natož s GPU částí. L3 cache nemají. A podle všeho nebude mít L3 cache ani nástupce Llano s krycím jménem Trinity, kde budou CPU jádra mikroarchitektury Piledriver, která s L3 cache počítá, ovšem pouze do výkonných samostatných CPU (tedy bez GPU).

Snímek křemíku Intel Sandy Bridge

Na čem se podařilo týmu koumáků z NCSU demonstrovat průměrně 21,4% nárůst výkonu zajištěného pre-fetchem dat z operační paměti pro GPU pomocí CPU, nevíme. Každopádně se nezdá, že by to bylo konkrétně nějaké APU, ať už od AMD, nebo od Intelu (ve shrnutí se přímo píše: V našem modelu fused architektury je GPU a CPU integrováno na jednom kousku křemíku, podobně jako je tomu v Intel Sandy Bridge nebo AMD APU. Z tohoto vyjádření nám vyplývá, že použili něco podobného, pak je ale uváděný nárůst výkonu s ohledem na existující produkty (především AMD) poněkud nicneříkajícím číslem, zejména pak s ohledem na to, že výzkum spolufinancuje AMD, která nemá a v dohledné době nebude mít na trhu APU, kde CPU a GPU spolu budou sdílet nějakou cache. Opravdu efektivní využití APU jako nefalšovaného heterogenního čipu je tedy nejspíše otázkou ještě poměrně dost vzdálené budoucnosti.