AMD A12 / A10 / A8 / A6 / A4

Die Baureihe A von AMD ist eine Kombination aus Prozessor (CPU) und Grafikeinheit (GPU). AMD hat diese Prozessor-Kombination ursprünglich als "Fusion" bezeichnet, für das es seit 2011 Netbook-, Notebook- und Desktop-Prozessoren gibt.
Mit dem Kauf von ATI (Grafikkartenhersteller) hat sich AMD das Know-how für Grafikchips ins Haus geholt. Seit dem verbindet AMD Prozessor-Kerne und Grafikchip auf einem Die.

Bei der Baureihe A handelt es sich um eine Multi-Core-CPU mit einer integrierten GPU aus dem mittleren Preis-Leistungssegment. Die CPU-GPU-Kombination wird von AMD als APU (Accelerated Processing Unit) bezeichnet.
Statt eines wohlklingenden Produktnamens, wie Sempron, Athlon, Phenom und Turion, verwendet AMD nur die Kurzbezeichnungen A12, A10, A8, A6 und A4, gefolgt von einer Nummer.

Die Baureihe A ist auf das Marktsegment "PC mit integrierter Grafik für 400 bis 500 Euro" zugeschnitten. Leistungsmäßig kann die Baureihe A gerade so mit einem Intel Core i3 mithalten.
Für günstige Komplett-PCs sind die APUs von AMD vollkommen ausreichend. Wer mehr Leistung braucht, der greift gleich zum AMD FX oder zu einer Intel-CPU. Zum Vergleich ist der AMD A10-7800 ungefähr so schnell, wie ein Intel Core i7-4130.

Der Nachfolger der Baureihe A ist Ryzen.

1. Generation: K10-Architektur mit Llano-Kernen

Architektur der AMD Baureihe A

Die erste Generation der APU-Prozessoren entspricht in etwa einem K10-Kern, wir er schon im Athlon X4 und Phenom X4 zum Einsatz kam. Dem APU fehlt jedoch der L3-Cache, was einen erheblichen Performance-Verlust nach sich zieht und durch einen höheren Takt ausgeglichen werden muss. Dafür ist der L2-Cache jedes Kerns 1 MByte groß.
Ebenso, wie die Vorgänger hat die Baureihe A eine dynamische Energieverwaltung (Turbo Boost). So können die APUs ihre Taktfrequenz und Leistungsaufnahme an die Anwendung anpassen.
Von der Leistung her kann eine Llano-APU gerade so mit den Core 2 Quad von Intel mithalten. Denn ein A8 ist nur ein bisschen schneller als ein Athlon II (X4) mit gleicher Taktfrequenz. Die CPU-Performance und Leistungsaufnahme enttäuschen.

Die Baureihe A verfügt über eine 3D- und HD-taugliche DirectX-11-Grafikeinheit. Darin befinden sich zwei DirectX-11-fähige SIMD-Einheiten und 80 Shaderprozessoren. Die Grafikeinheit entlastet die CPU-Kerne bei der Wiedergabe von HD-Videos von Blu-ray Disc und aus dem Web.

Die Verbindung zwischen den Kernen, dem Speicher und der GPU übernimmt eine integrierte Northbridge, die als Fusion Controller Hub (CNB) bezeichnet wird. Statt HyperTransport hat der Prozessor einen PCI Express 2.0 und ein Unified Media Interface. Dabei handelt es sich um eine leicht modifizierte PCI-Express-x4-Schnittstelle. Für das Display führt der Prozessor einen DisplayPort (V1.1) und eine HDMI-Schnittstelle (V1.4) nach draußen.
Die Prozessor-Architektur enthält einen integrierten PCI Express Root Complex, was die Latenzzeit senkt und die Leistungsaufnahme im Leerlauf verringert. Der Chipsatz (Fusion Controller Hub) wird nur noch für die Anbindung von externen Schnittstellen benötigt.

2. Generation: Bulldozer-Architektur mit Trinity-Kernen

Bulldozer-Architektur (2. Generation)

In der zweiten Generation der Baureihe-A-Prozessoren lösen die Trinity-Kerne die Llano-Kerne der veralteten K10-Architektur ab. Die BulldozerArchitektur sieht vor, dass sich die Prozessorkerne Resourcen teilen. Zum Beispiel die FPU und den für den Multi-Core-betrieb ungeeigneten Instruktionscache und ebenfalls den Befehls-Decodern.
Neben einer Mittelklasse-Grafikeinheit enthält die APU mehrere überarbeitete Trinity-Kerne, die 25 Prozent schneller sein sollen als die Llano-Kerne.
In den Quad-Core-Modellen stecken neben einer GPU, eine PCIe-Anbindung für eine externe Grafikkarte und ein Speicher-Controller für DDR3-1866. Die APU-Architektur besteht aus je zwei Bulldozer-Modulen, von der jedes Modul zwei Integer-Rechenkerne und ein Gleitkomma-Einheit, die eine AVX- oder zwei 128-Bit SSE-Instruktionen verarbeiten kann. Pro Bulldozer-Modul sind 2 MByte L2-Cache vorhanden. Einen L3-Cache gibt es nicht.
Die PCIe-2.0-Lanes für eine Grafikkarte werden direkt aus dem Prozessor herausgeführt. Der Chipsatz Fusion Controller Hub (FCH) hängt über das Universal Media Interface (UMI) an der APU. Das UMI ist eine abgewandelte PCIe-2.0-x4-Verbindung. UMI überträgt höchstens 2 GByte pro Sekunde und Transferrichtung.
Die ganzen Verbindungen werden über den FM2-Steckplatz herausgeführt.

Der Geschwindigkeitsgewinn fällt gegenüber der K10-Architektur deutlich aus. Trotzdem ist die Baureihe A von AMD eher mit Intels Core i3 vergleichbar. Wobei AMD eine stärkere 3D-Berechnung hat.

3. Generation: Richland-Architektur mit Piledriver-Kernen

Die Bulldozer-Architektur blieb wegen einiger konzeptioneller Schwächen hinter den Erwartungen zurück. Mit der Richland-Architektur wurden verschiedene Verbesserungen eingeführt, was aber nicht zu signifikanten Leistungssprüngen führte.

4. Generation: Kaveri-Architektur mit Steamroller-Kernen

Kaveri-Prozessoren bestehen aus CPU-Kernen der Steamroller-Generation, einer Radeon-GPU der R7-Serie mit GCN-Architektur und einen programmierbaren Soundprozessor. Die R7-Grafikeinheit ist kompatibel zu DirectX 11.2, OpenGL 4.3 und Mantle. Im Kaveri sind die CPU und GPU noch stärker verschmolzen. Sie haben einen gemeinsamen Speicherbereich (hUMA, heterogeneous Uniform Memory Access) und sind über hq (Heterogeneous Queuing) miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, dass Software bei Bedarf CPU und GPU parallel nutzt.
Die Techniken sind Teil der Heterogeneous Systems Architecture (HSA) aus der die AMD-Kombiprozessoren hervorgehen, in denen CPU und GPU verschmolzen sind.
Allerdings wird es noch einige Jahre dauern, bis eine große Zahl von Anwendungen daraus einen Nutzen ziehen kann. Es fehlt schlichtweg die notwendige Software-Unterstützung (Treiber, Bibliotheken, Compiler, etc.).

Der CPU-Kern Steamroller enthält vier Kerne, die über zwei Module mit jeweils eigenem L2-Cache verteilt sind. Einen L3-Cache gibt es nicht.
Der GPU-Kern wird als Graphics Core Next (GCN-Architektur) bezeichnet, die auf der Architektur der Grafikeinheit in der XBox One und der Playstation 4 beruht. Die GPU besteht aus 6 oder 8 Rechengruppen (Compute Units). Jede enthält 64 Shader-Kerne. Als insgesamt 384 oder 512 Shader-Kerne. Zudem bietet der GPU-Kern HD-Videoeinheiten zur Wiedergabe (Unified Video Decoder/UVD) und zum Transkodieren (Video Compression Engine/VCE). Damit belegt die Grafikeinheit 47 Prozent der gesamten Die-Fläche.
Der programmierbare Soundprozessor mit der Bezeichnung AMD TrueAudio kann die Berechnung von 3D-Multichannel-Sound übernehmen und dadurch die CPU-Kerne entlasten.

5. Generation: Carrizo-Architektur mit Excavator-Kernen

Mangels verwertbarer öffentlicher Informationen muss hier auf eine Beschreibung verzichtet werden.

6. Generation: Bristol Ridge mit Excavator-Kernen

Bei Bristol Ridge handelt es sich um ein System-on-Chip (SoC), der auf der alten Bulldozer-Architektur in der Excavator-Version basiert, aus der AMD noch mal alles rausgeholt hat. Denn er bringt neben dem PCIe-Root-Complex auch Controller für SATA-6G und USB 3.0 mit. Der Mobil-Prozessor für Notebooks kommt zumindest theoretisch ohne weiteren Chipsatz aus.

Zusammenfassung

Die meisten Modell der Baureihe A von AMD basiert auf der sogenannten Bulldozer-Mikroarchitektur. Das Ergebnis der Entwicklung dieser Architektur kann man als Desaster bezeichnen. Neben der viel zu schwache Single-Thread-Leistung, werden Gleitkomma- und SIMD-Berechnungen nur unzureichend unterstützt. Die besondere Schwäche dieser Architektur ist die Verbindung zwischen den Rechenkerne an das Gesamtsystem. Deren Anbindung ist bereits mit der Rechenleistung von zwei Kernen überfordert. Gemeint ist das die Recheneinheiten mangels Nachschub verhungert sind. Das Potential der Leistungsfähigkeit der Bulldozer-Architektur konnte also niemals wirklich abgerufen werden. Über die Bulldozer-Generationen hinweg hat man immer wieder daran optimiert, was aber nicht viel gebracht hat.

Der Nachfolger der Bulldozer-Mikroarchitektur ist die Zen-Architektur aus der die Ryzen-Prozessoren hervorgingen.

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