AMD创新的长期嵌入式解决方案
- DIGITIMES企画
-
美商超微半导体(AMD)，推出全系列符合OpenCL异质平行处理规范的嵌入式应用产品。有整合传统x86 CPU与GPU于一体的APU芯片，嵌入式GPU芯片/MXM模块或附加卡等，不仅以AMD Turbo CORE、AMD Eyefinity technology与AMD Dual Graphics technology等关键技术来获得青睐；AMD也致力于与中下游软硬件业者，全面建构相关异质化多核心的产业联盟与生态链，将嵌入式系统带到一个异质平行处理的新境界…..
超微半导体(AMD)全球副总裁暨嵌入式方案事业群总经理Arun Iyengar指出，嵌入式市场的应用范围相当广阔，整个产品销售周期相当长，初期客户有三个月让供应商送样与选择，当设计方案获得采纳(Design win)送SI进行认证阶段，大概需12？18个月的时间，最后客户从工程雏型迈矢量产，时间会拉长到36？60个月，在国防军方机构甚至到十年之久。
嵌入式市场的产品更着重于较佳的热功率，像低功耗、无散热风扇的设计，更高功能整合度与更紧密的设计来创造最小巧的产品体积，以及涵盖能源效率与较低的总持有成本(Lower TCO)。客户希望供应商能够充分了解其产品优劣并提供解决方案，更要求各种解决方案都能被量身打造，以因应特殊市场的需要。
Arun Iyengar表示，AMD严肃看待整个嵌入式市场发展并持续投资研发。自2012年6月将嵌入式方案部门组织成一个独立事业群，10月AMD总裁Rory Read表示嵌入式市场已成为该集团快速成长的新兴业务，2013年被视为AMD嵌入式解决方案元年。
AMD长年为嵌入式市场先驱
Arun Iyengar强调AMD长年为嵌入式市场的先驱，从1991年Am386、Am486处理器，1995年Am5x86，1999年Elan SC520，于2002？2003年并购Alchemy Semiconductor与国家半导体(NS)的AMD Geode processor事业群，2005~2006年追加64位元AMD Opteron、AMD Athlon、AMD Turion与Mobile AMD Sempron processors等处理器进入嵌入式市场；2008年推出ATI Radeon E2400 GPU并维持长达五年供货期间，直到今年7月才EOL。2009年续推ATI Radeon E4690 GPU，以2D、3D与多媒体图形效能、多屏幕输出能力，可针对像博奕游戏机、消费性电子产品、数码看板、工控、医疗、国防与航空等各种嵌入式应用；AMD也推出采BGA覆晶构装、适用于小尺寸系统的ASB1处理器。
2011年AMD发表Embedded G-Series APU平台，2012年再推出针对高端图形效能的Embedded R-Series APU平台。而2013年AMD将针对嵌入式应用推出整合高效能图形、运算效能，广泛I/O周边连接功能于一体的SoC矽芯片方案。
AMD对嵌入式市场提供长达5？7年期间的产品供货，开放源码的操作系统、驱动程序、软件函式库、开发平台与技术支持；并提供从初期矽芯片电路设计阶段、工程板到整个完整系统的多样化化产品选择，最后则是跟既有产业生态链结合并且紧密搭配。
市场处于异质化多核化的新兴阶段
Arun Iyengar以一张CPU三阶段的演进示意图做说明。单核心CPU早已经到了发展瓶颈，同质多核心(Homogenous system)则随着核心数增加到一定数量以后，仍然会面临到功耗、平行化软件与效能无法持续延展的瓶颈。异质化多核心系统(Heterogeneous Systems)则处于兴起阶段，由数据平行化机制与能源效率的GPU所启动，可确保效能持续延展下去；唯独效能要延展，则传统程序撰写模式必须被颠覆且有所改变。
他也提到过去微处理器从单核、同质性多核心的发展，再迈入异质多核心系统发展。AMD APU结合了串行数据处理(Serial Data processing)的传统CPU，及平行化数据处理(Parallel Data Processing)的传统AMD Radeon GPU于一体，像AMD Embedded-G APU (G-T16R APU)平均功耗仅2.3W，加上1W不到的I/O控制芯片，适用于非常小巧尺寸、无须散热风扇且方便携带的嵌入式移动设备；AMD Embedded R系列APU则具备四核心x86核心及384个平行运算单元的AMD Radeon 7000 GPU核心，提供了高执行效能、媲美独立GPU图形效能与DirectX 11硬件加速规格，还能藉由OpenCL与DirectCompute的软件解决方案，将嵌入式平台运算效能提升到另一个境界。
AMD的嵌入式产品线与关键性技术
AMD的嵌入式产品线分为R系列APU─提供适切效能、能源效率及超越高清(HD)的视觉体验；G系列APU─强调低功耗与前所未有的GPU整合度，适用于迷你体积且无风扇的系统设计；另外AMD Radeon GPU针对嵌入式系统提供增的3D与多媒体效能，并确保长达五年的供货周期。
他介绍AMD APU具备的第一项关键技术是AMD Turbo CORE。以AMD R-464L为例，x86核心时脉为2,300MHz，GPU为496MHz，在一般x86 与GPU负载均衡状态下，各自的时脉维持不变；当系统进入多线程平行处理(Multi-Threaded)的状态，x86核心时脉会视需要动态拉昇到最高39%(达到3,200MHz)，而GPU时脉维持不变；当执行到偏重3D图形处理的程序时，x86时脉维持2,300MHz，但GPU时脉视需要动态拉昇到最高38%(685MHz)。APU可以视负载的需要，在GPU与x86核心之做双向、动态的时脉调整。
另一项关键技术是AMD Eyefinity technology视野无限技术。AMD R系列APU可以对外连接四个显示器进行并联显示；当外接一张有六组DisplayPort(DP) v1.2界面的PCIe附加图形卡，最多达到外接10部显示器的扩接能力。一般以Intel CPU所设计的嵌入式系统，即便额外搭配了独立型GPU芯片，只能在内建GPU与外接Radeon GPU芯片择一启用；而AMD APU具备AMD Dual Graphics technology双图形并行处理技术，使APU内建Radeon7000 GPU核心，可以跟外接Radeon E6460/E6760 GPU芯片一同并行运作，进一步压榨并提昇3D、多媒体图形运算效能。
Arun Iyengar表示，AMD G、R系列APU，可应用在数码看板、赌场游戏机、IP-TV、x86 机顶盒、医疗应用、POS终端机与Kiosk电话亭╱自动售票系统、薄型终端机(Thin Client)、视讯会议、人机界面(Human Machine Interfaces；HMI)、工控应用以及通讯机台╱基础建设的应用。
结合同业共组HSA异构系统架构基金会以推广平行处理
Arun Iyengar提到平行运算可应用于视讯与影像处理，如机器识别、医疗影像、智能看板、视讯监控；数码信号处理如电信、国防用途，网络传输的封包处理，绿能高运算效能电脑(Green HPC)等应用。AMD提供全系列符合OpenCL异质化平行处理的应用产品，从低功耗G系列APU，仅4.5？18W设计功耗，最高80GFLOPs平行运算效能，到高效能R系列的17？35W设计功耗，提供500GFLOPs的平行运算效能。
AMD Radeon GPU系列如AMD Radeon E6460 GPU采BGA封装、MXM模块或PCIe附加界面卡形式，设计功耗20W，搭配25GB/s带宽的GDDR5存储器，发挥192GFLOPs浮点运算效能；E6760 GPU采BGA封装、MXM模块或PCIe附加界面卡形式，设计功耗35W，51GB/s带宽的GDDR5存储器，576GFLOPs的浮点运算效能；E6970 GPU则采MXM模块设计，功耗95W，搭配115GB/s带宽的GDDR5存储器，发挥1.3TFLOPs的浮点运算效能。
在2012年6月，AMD联合ARM、Imagination、联发科、德仪(TI)、三星(Samsung)与高通(Qualcomm)，成立非营利的异质系统架构基金会(Heterogeneous System Architecture, HSA Foundation)，从矽智财(Silicon IP)到软件开发商完整的产业链的建立，一同推动异质化系统架构的普及。
AMD结合许多产业合作夥伴，像Sage Electronic Engineering, LLC、ALT Software、CORELIS、Core Avionics & Industrial LLC、Express Logic、ELTAN、Green Hills Software、Texus MultiCore Technologies, Inc.(TMT)、Fluendo、Viosoft等，一同来建构能确保OEM厂商能快速的进行研发与系统整合的解决方案。像根基于AMD Embedded G系列APU的Gizmo的小型开发平台，电路板面积仅4寸x 4寸，提供USB、5.1声道接头、VGA埠、PS/2键盘/鼠标埠与SATA埠等I/O周边界面，Gizmo开发平台初期由AMD、Sage、Viosoft与Texas Multicore协同开发，提供Windows、Linux与RTOS操作系统与相关驱动程序，并且由一个非营利性的技术社群GizmoSphere来做后端的软件与技术支持。
Arun Iyengar也指出，AMD与ARM是长期合作、有紧密良好关系的策略合作夥伴。AMD将提供由ARM所授权的64位元ARM处理器芯片加入产品线，同时仍保留供应x86架构的芯片，同时增加软件开发的投资。他最后总结AMD将持续扩展在嵌入式市场的投资，提供优异的产品，并特别聚焦于关键性市场与应用，同时极力满足客户与市场的需要。
（本文提供英译版本，请按此连结阅读英译版本内容）
