AMD加速处理器

**加速處理器**（英語：**Accelerated Processing Unit**，縮寫 **APU**）是 AMD 一個處理器品牌，包括 E1/E2/A4/A6/A8/A10/Athlon/Sempron/FX 與 Ax-PRO 等多個子系列。

**APU** 以往以 **Fusion** 作為其專案代號。AMD Ryzen 以後，APU 指的是整合了顯示核心的 AMD 處理器。

## 歷史

超微（AMD）在併購 ATI 以後，隨即公佈了代號為「AMD Fusion」（融聚計劃）。簡要地說，這個專案的目標是在一塊晶片上，整合傳統中央處理器和圖形處理器，並且內建最少 16 通道、可與外部 PCI-E 裝置連結的 PCI-E 控制器，記憶體控制器等。而這種設計會將北橋晶片從主機板上移除，整合到中央處理器中，CPU 核心還可以將原來依賴 CPU 核心處理的任務（如浮點運算）交給為運算進行過最佳化的 GPU 處理（如處理浮點數運算）。AMD 認為這是加速處理單元（APU）的一類，是為 AMD 加速處理器（AMD Accelerated Processing Units，AMD APU）。

首款市售的 AMD APU 在 2011 年 1 月 4 日於拉斯維加斯舉行的消費電子展（CES-2011）上發佈，核心代號「Llano」。2010 年超微的財政分析日公佈了 2012 年第二代 Fusion APU 的存在，核心代號為「Trinity」，2011 年 5 月底超微公佈了更多關於 2012 年 Fusion APU 的產品線，2012 年 5 月「Trinity」正式發佈，首發的是行動型號，CPU 核心基於 AMD Piledriver 架構，GPU 核心基於 Radeon HD 7000 系列（實際為 Radeon HD 6900 系列的 4-VLIW SIMD 設計），採用新的 Socket FM2 插座和 A85 晶片組。

除了硬體規格的提升，超微也發佈了多個 AMD Catalyst 驅動程式更新，用於提升內建的 Radeon HD 顯示核心的效能表現。

2013 年，超微取消了基於 Bobcat 2.0 架構的 Fusion APU，取而代之的是 Jaguar 架構，核心代號分別爲「Kabini」和「Temash」，對應超低功耗裝置和平板裝置，晶片採用台積電的 28 奈米製程製造。

### 商標爭議

開始「AMD Fusion」只是超微的專案代號，後來成為超微的一個商標，然而這樣卻引起爭議。歐盟商標持有者的 Boost Up 國際有限公司和 Arctic Switzerland AG 稱它們早在 2006 年首先使用了「Fusion」作為它們一系列電源供應器的產品商標。為避免爭議進一步發展成商業訴訟，超微在 2012 年初期，計劃將放棄「Fusion」商標，而傾向於改用「HSA」（Heterogeneous System Architecture，異構系統架構）作為 AMD 加速處理器的新商標。然而，由於 AMD 和 Arctic 公司在談判中無法就法律費用和許可費用達成妥協，最終還是失敗了。

2013 年 1 月 23 日，Arctic 宣佈和 AMD 達成最終私人協定。為消除爭議，在 2013 年 1 月 31 日前，超微產品的製造商（包括搭載 AMD 處理器的品牌電腦和筆電、以及 OEM 製品）和代理商被要求立即終止「Fusion」和「AMD Fusion」商標的使用。

## 大略技術特性

與傳統的 x86 中央處理器相比，超微著重強調 AMD APU 的「異構系統架構」（Heterogeneous System Architecture，HSA），即單晶片上兩個不同的架構進行協同運作，然而超微認為這個體系結構仍未成熟，但是未來將會使它變得更易於編程、更易於進行效能最佳化、負載資源更易於平衡、更高的效能以及更低的能耗。2006 年 10 月 25 日，AMD 完成對 ATi 的收購後，公司就公布了「Fusion」專案，初期預計在 2009 年底或 2010 年初發布。它亦是 Torrenza 統一加速計算平台的一部分，配合 FireStream 流處理器進行協同運算。內建顯示核心效能較一般的入門級獨立顯示核心和以往的整合顯示核心強勁，能支援實時光線跟蹤運算。

以往整合圖形核心一般是內建於主機板的北橋中。而 AMD Fusion 專案則是結合現時的處理器和繪圖核心，即是將處理一般事務的 CPU 核心、處理 3D 幾何任務以及圖形核心之擴展功能的現代 GPU 核心、以及主機板的北橋融合到一塊晶片上。目前的階段裏，AMD Fusion 的矽晶片上有兩個獨立的核心，一個負責處理器，另一個負責繪圖核心，兩個核心並不是融合在一起，處理器有自己獨立的緩衝記憶體，繪圖核心部分同樣如此。兩個核心會透過 CrossBar 互相連接。此外，Fusion 亦會整合記憶體控制器，後期與 PCI-E 控制器、HT 匯流排控制器整合到一起並稱為「統一北橋」（Unified Northbridge）。Fusion APU 中的各個元件之間使用 HyperTransport 連接，使各個元件連接成一個整體。這種設計允許一些應用程式或其相關連結介面來調用圖形處理器來加速處理進程，例如 OpenCL。處理器和繪圖核心共享記憶體控制器，可以直接存取記憶體，但繪圖核心沒有獨立的顯示記憶體，需要佔用系統記憶體的部分容量來充當之。南橋暫不會整合在 Fusion APU 晶片中，除了低功耗的、要求高整合度的 SoC 製品以外。未來 AMD 將會在 AMD APU 上實現記憶體統一定址空間，使 CPU 和 GPU 進一步結合。最終的目標是要將圖形處理器和中央處理器「深度整合」/「完全融合」，可根據任務類別自動分配運算任務予不同的運算單元中。無論是當前還是未來，如此的設計可有效降低一般 PC 平臺的功耗和發熱量，尤其是對功耗發熱敏感的 HTPC 和筆電來說更具吸引力。

縱使處理器和繪圖核心二合為一，但 AMD 會繼續設計中階以上級別的獨立顯示核心，因為高端使用者和物理計算仍然依賴獨立顯示卡的強大運算效能。

無論是桌上型平臺還是行動平臺，部份 AMD 的中階和中低階的獨立顯示核心可與處理器的內建顯示核心進行「交火」（CrossFire）互聯，對於中高階以及高階的獨立顯示核心由於和內建顯示核心交火互聯的效能提升效果不明顯而沒有支援。此技術亦可配合增強的 AMD PowerNow! 電源管理技術，使筆記本電腦更節省電量。例如一部筆記本電腦同時組態了 Fusion APU 處理器和 AMD 的獨立顯示卡。當流動使用時，獨立顯示核心會被關閉，只使用 Fusion APU 處理器內的顯示核心，以節省電量。當接駁了外置式電源時，可以根據圖形處理負載，決定內建顯示核心和獨立顯示卡的開與關，較低的圖形資料負載時也只開啟內建顯示核心，而在較重的圖形資料處理時，獨立顯示核心開啟或兩個顯示核心協同運作，以提供更強大的顯示效能。類似的設計也延伸到搭載非 AMD 處理器的筆電上，功效也和搭載 AMD APU 的一樣，在內建顯示核心和獨立顯示核心之間根據負載進行切換，但無法使用交火功能使兩個顯示核心協同運作。

### 目前 AMD APU 中已內建的模組單元

### AMD 異構系統結構發展時程

### 類似設計

超微的競爭對手英特爾和輝達也有類似的設計。

* 英特爾最早在超微宣佈「Fusion」專案不久後也宣佈其處理器未來將整合圖形核心，其首發產品是 2009 年底基於 Intel Westmere 架構的 Core i5、Core i3，它們是將包含圖形處理器的北橋以及 CPU 核心兩個獨立的晶片一同封裝在同一處理器基板上，而後來的 Sandy Bridge 以後除極致效能和部份企業級產品以外均採用類似 AMD Fusion 的設計：三級快取也是 CPU 核心和內建 GPU 核心共享；顯示核心也支援 OpenCL 以使得可以和 CPU 核心進行協同運算，儘管效能上仍然受制於英特爾當前還比較孱弱的圖形核心處理能力，而且許多異構運算的特性仍然缺乏支援；CPU 核心新增的 AVX（進階向量擴充）等新指令集也加強了其內部各單元的並行處理能力。
* 而 NVIDIA 的「Project Denver」則是在圖形核心上融合基於 ARM 架構的 CPU 核心，可供桌上型電腦以及資料中心伺服器使用。

然而 NVIDIA 片上系統產品「Tegra」雖然也是顯示核心和 ARM CPU 核心整合到一塊晶片上，但 GPU 並不會協助 CPU 核心處理運算任務，仍然只負責圖形處理，和當下其它行動裝置的系統晶片一般。而 NVIDIA 也表明，「Project Denver」和「Tegra」的目標本身就有很大的不同，在當下兩者之間完全無關係。丹佛計劃的目標是使圖形處理器作為和當下的中央處理器一般的通用處理器使用，以效能為主要導向；而「Tegra」面向行動裝置 SoC，再者，省電是其設計主要導向之一。

## 客制化 APU

2013 年 5 月 1 日，AMD 公佈將會提供半客制化 APU 服務。 
這些 APU 專為各間公司的不同要求而客製化，種類包括一般的消費級 APU 到特定用途 APU。其中最廣為人知的例子就是 PS4 和 Xbox One 所採用的客制化 APU。

## 處理器列表

下列世代分法源自 AMD ComputeX 2015 簡報，其他 Refresh 核心以時間軸排序。

第一代 AMD APU 於 2011 年 6 月推出，核心代號 Llano，採用 Socket FM1，包括 A4、A6 和 A8，搭配晶片組為 A55/A75。

第二代 AMD APU 於 2012 年 6 月推出，核心代號 Trinity，採用 Socket FM2，包括 E1、E2、A4、A6、A8 和 A10，晶片組為 A55/A75/A85X。

第三代 AMD APU 於 2013 年 5 月推出，核心代號 Kabini，採用 Socket AM1 以及 Socket FT3，前者包括 Athlon 和 Sempron 後者包括 E1、E2、A4、A6，為 Soc 設計。

AMD APU 於 2013 年 6 月推出第二代 APU Refresh 版，核心代號 Richland，採用 Socket FM2，包括 E1、E2、A4、A6、A8 和 A10 以及 Ax PRO 系列，晶片組為 A55/A75/A85X。

第四代 AMD APU 於 2014 年 1 月推出，核心代號 Kaveri，採用 Socket FM2+，包括 A6 到 A10 (A4 為 Richland refresh 而來)，晶片組為 A58/A78/A88X。

第五代 AMD APU 於 2014 年 5 月推出，核心代號 Beema，採用 Socket FT3b，包括 E1 到 A8，為 Soc 設計。

第六代 AMD APU 於 2015 年 6 月推出，核心代號 Carrizo，採用 Socket FP4，包括 E1 到 A10、FX 以及 Ax PRO 系列。

AMD APU 於 2015 年 6 月推出第四代 APU Refresh 版，核心代號 Godavari，採用 Socket FM2+，包括 A4 到 A10，晶片組為 A58/A78/A88X。

第七代 AMD APU 於 2016 年 4 月發表，核心代號 Bristol Ridge，採用 Socket AM4，包括 A6 到 A12，晶片組為 B350/A320。

2017 年 2 月 22 日發表代號「Summit Ridge」的第一代 Ryzen 系列，取代 AMD FX 系列

2017 年 10 月發表代號「Raven Ridge」的 Ryzen APU 產品線

2018 年 4 月發表了代號「Pinnacle Ridge」的第二代 Ryzen 系列，是第一代 Ryzen 系列的小幅改良版

於 2019 年消費電子展中宣布將於同年年中發表代號「Matisse」，採用 7 奈米製程及支援 PCIe 4.0 之第三代 Ryzen 處理器（整合 Vega 內顯的第三代 Ryzen 仍然是 PCIe 3.0）。

2020 年 7 月 21 日台灣地區代號「Renoir」的 4000 PRO 系列 APU 開賣，採用全 7 奈米整合單晶圓，使用 Vega 核心，仍然使用 PCIe 3.0，但為 OEM 版本，能透過特定管道 DIY 組裝機或是套裝機購買，適用晶片組為 A520/B550/X570，其餘目前 (2020/10/08) 不適用

## 媒體談論

* digitimes.com AMD's vision for next few years（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - an interview with Henri Richard
* AMD's "Fusion" Process to merge CPU and GPU
* AMD's Purchase of ATI Closes, and Fusion Begins（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參考資料

## 外部連結

* ATI official Website\* AMD official Website（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* DailyTech - AMD Announces "Fusion" CPU/GPU Program