Computermodule AMDs Fusion von CPU und GPU

Mit der „Fusion“-Technologie präsentiert AMD eine völlig neue Prozessorarchitektur für den Embedded-Markt. Sie verschmilzt Prozessor- und Grafik-Cores in einem kompakten Gehäuse. Anwender profitieren von einer hohen CPU- und Grafik-Performance, exzellentem Leistung-pro-Watt-Verhältnis und einer flexiblen Aufgabenverteilung auf CPU und GPU. Ein erstes Computermodul mit dem neuen Embedded-Prozessor stellt congatec vor.

Embedded-Computingaufgaben werden immer anspruchsvoller. Längst ist neben einer hohen Performance des Hauptprozessors auch zusätzliche, dedizierte - oft parallel genutzte - Rechenleistung zur Verarbeitung komplexer Algorithmen gefragt: sei es für die Codierung oder Deco-dierung von Videos, die Verarbeitung von Rohdaten bei der Bildverarbeitung oder für komplexe Vektor-Berechnungen in bildgebenden Diagnoseverfahren in der Medizintechnik. Sollen diese Aufgaben über ein x86-Design abgearbeitet werden, war bisher eine hohe Rechenleistung mit hohen Taktfrequenzen und somit auch zwangsweise hohem Energiebedarf und Wärmeabgabe nötig. Die Multicore-Technik sowie ständige Effizienzsteigerungen der Prozessoren können diesen Druck zwar etwas mildern, aber dennoch bleibt die Tatsache bestehen, dass hochgetaktete Prozessoren allein nicht alle Anforderungen erfüllen können.

Mehr Grafikleistung und höhere Auflösung

Hinzu kommt, dass mittlerweile die Grafikeinheit zunehmend in den Fokus von Embedded-Applikationen gerät. Waren Langzeitverfügbarkeit, kompaktes Design, hohe Energieeffizienz und robuste Auslegung bislang die wichtigsten Anforderungen an Embedded Designs, so ist mittlerweile auch eine hohe Grafikleistung gefordert. Dies fängt bereits bei kleinen Displays für mobile Geräte an. Im Consumer-Markt zählen beispielsweise Auflösungen von 480 × 800 Bildpunkten für Bildschirmdiagonalen von
3,5 Zoll mittlerweile schon zum Mainstream. Und je größer die Monitore werden, desto mehr Auflösung wird geboten. Daraus folgt, dass auch im Embedded-Bereich kleine und mittlere Bildschirmgrößen bis 15 Zoll höhere Auflösung und damit mehr Anwendernutzen bieten werden.

Zwei weitere Trends sorgen für mehr Nachfrage nach Performance im Grafikbereich: Zum einen werden kapazitive Touch-Sensoren - die u.a. Voraussetzung für robuste Touch-Lösungen sowie innovative Multi-Touch-Technologie sind - die resistiven Technologien überholen [1]. Zum anderen zählen großformatige Touchscreens (>15 Zoll) für Applikationen wie interaktive, kontextsensitive Anzeigetafeln zu den am stärksten zunehmenden Lösungen. Für all diese Applikationen ist hohe Grafikperformance alleine schon wegen der hohen Auflösung ein Muss.

Schnellere Grafik für bessere Benutzeroberflächen

Neben den hohen Bildschirmauflösungen verlangt aber auch eine moderne Benutzeroberfläche mit innovativem Bedienkonzept nach hoher Grafikperformance. Beispielsweise in den Branchen Medizin, Industrie- und Gebäude-Automatisierung, Gaming, Kiosk, POS/POI, Infotainment und (interaktives) Digital Signage. Benötigt wird hier hohe 3D-Leistung für ansprechende Animationen und Visualisierungen sowie eine flüssige Wiedergabe von HD-Inhalten. Eine hohe 3D-Leistung ist aber in diesen Applikationen nicht nur für eine verzögerungsfreie Darstellung und die Animation von Bildern sinnvoll. Sie verbessert auch den Bedienkomfort und die Bediensicherheit von Touchscreen-Applikationen. Schließlich muss der Grafikcore die CPU auch beim Decodieren von HD-Videos entlasten, was beispielsweise im Bereich der Medizintechnik (4D-Ultraschall oder Endoskopie) wie auch bei Infotainment-Applikationen von Bedeutung ist. Dabei ist eine hohe Grafikleistung nicht nur bei großen Bildschirmdiagonalen gefordert, denn auch schon kleine und mittlere Screens benötigen mit immer höheren Auflösungen mehr Grafikperformance. Zudem gilt: Je näher die Embedded-Applikationen am Consumer-Bereich angesiedelt sind, desto höher ist die Erwartungshaltung des Anwenders. In der Konsequenz werden also viele Embedded-Applikationen immer anspruchsvoller in Bezug auf die Grafikleistung.

Bisher war es dabei so, dass die Grafikleistung der Embedded-Lösungen proportional mit der CPU-Leistung zunahm. Je mehr Grafikleistung also gefordert war, desto höher musste auch die CPU getaktet sein. Dabei ist diese Abhängigkeit eigentlich nicht unumstößlich miteinander verbunden: Denn je mehr Aufgaben der Grafik-Prozessor übernimmt, desto mehr wird die CPU entlastet. Sie kann theoretisch also auch langsamer getaktet werden, je leistungsfähiger die GPU ist. Das war bisher jedoch nicht gefragt, da in beiden Bereichen stets mehr gefordert wurde. Doch die weitestgehend isolierte Weiterentwicklung von CPU und GPU macht immer weniger Sinn.

Deshalb hat AMD mit der Embedded „G-Series Platform“ beide Technologien in einem Gehäuse vereint. Anwendern steht hier eine leistungsfähige Grafikeinheit (Bild 1) mit einer breit skalierbaren Prozessorperformance zur Verfügung. Das Gehäuse misst nur 19 × 19 mm2. Allerdings geht Fusion einen entscheidenden Schritt über die reine Verschmelzung der Hardware hinaus: Der Prozessor kombiniert die serielle Rechenleistung der Prozessor-Kerne mit der parallelen Rechenleistung des Grafikkerns.

Das bedeutet, dass auch die bisher vorhandene softwaretechnische Aufgabenteilung von Prozessor und Grafikeinheit verschmilzt. Einfach ausgedrückt, kann die Grafikeinheit die Prozessor-Cores bei parallelen Aufgaben entlasten und somit die Gesamtperformance des Systems weit über das bisher Mögliche erhöhen.