Akcelerovaná procesorová jednotka

Akcelerovaná procesorová jednotka (angl. Accelerated processing unit, skr. APU) je hlavná procesorová jednotka v počítači (CPU), ktorá navyše zahŕňa ďalšie možnosti spracovania určené na urýchlenie jedného alebo viacerých typov výpočtov mimo centrálnej procesorovej jednotky. To môže zahŕňať grafické výpočty, výpočty pre všeobecné použitie, programovateľné hradlové pole (FPGA) a pod.

Pod APU dnes chápeme predovšetkým ako technologické zariadenie, ktoré integruje CPU a kompatibilné GPU, čím dochádza ku zlepšeniu prenosu dát medzi týmito zložkami a zároveň znížuje spotrebu energie až o 50 % oproti tradičnej architektúre. APU môže zahŕňať aj spracovanie videa a ďalšie akcelerátory pre konkrétne aplikácie. Príkladom sú jednotky AMD APU, Intel HD Graphics, NVIDIA Project Denver.

Dizajn a vlastnosti APU[upraviť | upraviť zdroj]

Návrh APU odstraňuje rad problémov vďaka zlepšeniu komunikácie medzi jadrami CPU a jadrami GPU. Vplyvom tejto integrácie sa u počítačov s APU významne zlepšuje pomer výkon / cena. Dnes už klasické použitie APU je pre mobilné prístroje, ako sú mobilné telefóny, netbooky, tablety. Najväčší prínos APU pre desktopy a servery, je využitie nových štandardizovaných rozhraní a knižníc, ako sú pre všeobecné výpočty DirectCompute, OpenCL, WebCL a najnovších verziách OpenGL.

Prvý APU boli použité v systémoch s nízkym výkonom, kde sa vďaka integrácii CPU a GPU šetrila energia. V súčasnej dobe sa navyše APU používa v systémoch, kde prinášajú vysoký výkon v jednoduchej presnosti FLOPS (hracie konzoly a modelovanie).

Typickými APU orientovaným na vysoký výkon sú APU od firmy AMD, ktoré sú použité v konzolách PlayStation 4, ktoré majú celkový výkon vyšší ako 1 T Flops (jednoduchá presnosť). Podobné vlastnosti má aj APU použité v konzole Xbox One. V oboch prípadoch ide o APU s ôsmimi jadrami CPU, vysoko výkonným GPU a pamäťou zdieľanou ako CPU, ako aj GPU. Cieľom tohto riešenia je dokonalá spolupráca systémov APU a tým pádom čo najvyšší reálny výkon konzol.

Dôležitým predpokladom efektívneho využitia APU je podpora zo strany software pre efektívneho implementáciu softvérového rozhrania. Prelomom pre využitie APU bola podpora grafického rozhrania DirectX 11,^[1] od firmy Microsoft, s ktorou prišlo výpočtovej rozhrania DirectCompute 1. Aj v oblasti otvoreného softvér, došlo k podpore APU a to najmä vďaka podpore čoraz významnejšieho grafické rozhranie OpenGL, grafické rozhranie pre drobné a vstavané spotrebiče OpenGL ES a výpočtového rozhrania OpenCL.

Posledná prijatá verzia OpenCL 2.0 rázne obmedzuje nutnosť intervencií CPU do práce GPU v najnovších APU, takže ďalej silne znižuje nutnosť prenášanie dát medzi CPU a GPU v rámci APU. Vlastne sa tak rozširuje množina problémov a algoritmov, ktoré je možné riešiť takmer bez zásahu CPU. Riešenie za pomoci GPU je totiž obvykle menej energeticky náročné, au čoraz väčšieho množstva úloh aj výrazne výkonnejšie. V podstate sa dá povedať, že cieľom APU je maximálne využitie GPU z dôvodu jeho oveľa vyššiu efektivitu než u súčasných CPU.

Čipy APU[upraviť | upraviť zdroj]

Toto pomenovanie zaviedla v roku 2010 spoločnosť AMD spolu s uvedením svojho projektu AMD Fusion s modelmi Bobcat, Jaguar, .... Prvý APU (CPU a GPU v jednom puzdre) však prišlo už v roku 2006 spolu s procesorom Intel Atom. Oba čipy oproti bežným desktopovým procesorom disponujú miniatúrnymi veľkosťami (Intel Atom 9,1 × 9,6 mm a AMD Bobcat 8,1 × 9,1 mm) a oveľa menšom TDP (napr. AMD Bobcat má mať 9 W, bežné procesory pritom dosahujú 65-95 W). Tretí hráč na trhu procesorov architektúry x86, spoločnosť VIA pre rok 2011 chystá APU čipy NANO.^[2] Pre ARM žiadne APU návrhy zatiaľ nie sú známe; ak by sa mali objaviť, dá sa (súdiac podľa zlomkovej spotreby ARM procesorov oproti procesorom x86) predpokladať ešte oveľa menšia TDP než má súčasný návrh AMD Bobcat.

Budúcnosť APU[upraviť | upraviť zdroj]

AMD vydala dokument "Future is Fusion", ^[3] v ktorom vyjadrila názor, že vo vývoji procesorov nastáva nová epocha viac špecializovaných, viacjadrových heterogénnych čipov; a dala jasne najavo, že koncepciu APU bude v nasledujúcich rokoch venovať veľkú pozornosť.
Skupina JPR (Jon Peddie Research) vykonala studii^[4] nástupu hybridných procesorov a odhad ich budúceho vývoja. Záverom jej štúdie bolo, že už v roku 2014:
- Bude 80% počítačov používať hybridný čip,
- Klesne podiel integrovaných grafických procesorov na 0,3% (a kompletne zanikne v nasledujúcom roku),
- Podiel diskrétnych integrovaných obvodov klesne z cca 30% v roku 2009 na 10%
- Podiel hybridných čipov (či už zdieľaných na čipe alebo puzdre) porastie o 20 percentuálnych bodov za rok
- Každý 5. až 4. hybridný čip bude mať zdieľanie CPU a GPU priamo na čipe