AMD Beema und Mullins: Mobile APUs der 3. Generation (2/2)

STAPM: Kleines Akronym mit großer Wirkung

Die kryütische Abkürzung STAPM steht für Skin Temperature Aware Power Management und ist ein völlig neues Feature der mobilen APUs von AMD. Hinsichtlich des Einsatzgebietes in Tablets, in denen die APUs meist passiv gekühlt werden, hat sich AMD Gedanken über die Wärmeentwicklung gemacht und wartet mit einer sehr intereessanten Lösung auf. Dabei muss zunächst unterschieden werden, was einerseits eine angemessene Betriebstemperatur für den APU-Chip selbst (Tj) und was andererseits eine angemessene Betriebstemperatur für die Hände des Nutzers (Tskin) ist.

Während die Mullins-APUs erst ab einer Temperatur von etwa 100°C gefährdet wären, die über das Gerätegehäuse abgeführt werden müsste, hätte sich der Anwender bis dahin bereits veritable Verbrennungen an den Extremitäten zugezogen. Aus diesem Grund muss die Abwärme der Chips auf ein Niveau reduziert werden, das nicht nur die Gesundheit des Gerätenutzers schont, sondern durch das auch die Thermorezeption "angenehm" ausfällt: Ein Tablet soll sich auch in gesundheitsverträglichem Maße nicht heiß anfühlen.

Die Reduktion (Deckelung) der maximalen Abwärme geht bei Mikroprozessoren natürlich immer auch mit einer Reduktion (Deckelung) der maximalen Leistungsfähigkeit einher; Weniger Temperatur wird über geringere Energiezufuhr erreicht, die wiederum die Reduzierung von Takten und/oder Abschaltung von Teileinheiten des Chips erfordert. Etwas plakativ formuliert: Je kühler, desto lahmer.

Da es aber - abhängig von Gerätekonstruktion und -beschaffenheit sowie Einsatzumgebung - eine Weile dauert, bis die Außenhülle des Gerätes durch den Chip soweit aufgewärmt ist, dass es sich unangenehm anzufühlen Gefahr läuft, hat AMD in den APUs der dritten Generation eine weitere Variante des dynamischen Energiemanagements implementiert: Turbo-Takte der neuen APUs sind nicht mehr nur davon abhängig, welche Temperatur für den Chip verträglich ist und welche seiner Einheiten aktiv sind, sondern wie warm der Gerät insgesamt ist und wird. Damit ermöglicht die STAPM-Technologie für den Zeitraum, die das Gerät benötigt um sich bis zum Grenzwert zu erwärmen, mehr Leistungspotenzial, als wenn AMD die APUs statisch auf ein "unkritisches" Leistungsniveau trimmen würde.

Der Clou an STAPM ist, dass AMD ihm auch einen Intelligent Boost an die Seite gestellt hat, um Batterielaufzeiten zu erhöhen. Der Ansatz ist dabei folgender: Aufgaben, die von höheren Taktraten profitieren, verhalten sich weitgehend energieneutral. Ein Beispiel wäre die CPU-seitige Bearbeitung eines Bildes, bei der die Berechungen der am Bild vorgenommenen Änderungen bei 1 GHz Takt 20 Sekunden in Anspruch nehmen. Beträgt der Takt 2 GHz, halbiert sich die Bearbeitungsdauer auf 10 Sekunden. Während die APU für 2 GHz zwar mehr Energie benötigt als mit 1 GHz, so konsumiert sie aber für einen Zeitrum von 10 Sekunden wiederum deutlich weniger Energie als mit 1 GHz. Dies gilt nicht nur für den CPU-Takt, auch andere Teileinheiten (beispielsweise der Speichercontroller) der APU können ihren Energiekonsum zu einem früheren Zeitpunkt reduzieren. Insgesamt kann sich dadurch im Optimalfall sogar ein Gewinn hinsichtlich der insgesamt zur Aufgabenabarbeiteung benötigten Energie einstellen, wovon Akkulaufzeiten profitieren.

Die Herausforderung bei einem solchen Ansatz ist, dass gemessen an Energieverbrauch und wahrnehmbarer Leistung längst nicht jede Arbeitsaufgabe von höheren Takten profitiert. Ein simples Beispiel dafür wäre ein Videospiel, dessen Bildwiederholrate spielseitig auf 60 Frames Pro Sekunde begrenzt ist. Gesetzt den Fall, die APU könnte theoretisch die nötige Leistung bereitstellen, um 120 FPS zu liefern, so würde sie dafür nur unnütz Energie verbrennen. Denn mehr als 60 FPS werden durch das Spiel nicht am Bildschirm angezeigt, jeder zweite Frame würde sich in (warme) Luft auflösen.

Festzustellen, ob eine Aufgabe von mehr Takt profitiert oder nicht, ist der Zweck des Intelligent Boost. Dieser Mikrocontroller wertet in Echtzeit das Verhalten von Anwendungen in Abhängigkeit von bereitgestellten Taktraten aus. Stellt der Intelligent Boost Controller fest, dass eine Aufgabe nicht von höheren Taktraten profitiert, so wendet er den Turbo-Takt nicht an. So schließt sich dann der Kreis zu STAPM, denn weniger oder kein Turbo bedeutet weniger Wärmeentwicklung und damit ein kühleres Gerät.

I/O-Optimierungen für geringeren Energiebedarf

Auch wenn AMD die CPU- und GPU-Cores weitgehend unangetastet lies, so hat das Unternehmen an den I/O-Schnittstellen der Beema und Mullins SoCs Optimierungen vorgenommen. Der Single-Channel Speichercontroller kann einerseits mit noch genügsamerem DDR3L-1333 Speicher umgehen, wodurch sich laut AMD Einsparungen von über 500 Milliwatt ergeben. Bis zu 200 Milliwatt weniger als die Vorgänger-APUs sollen sich beim Anschluss höchauflösender Bildschirme an die Radeon Grafik via DisplayPort ergeben. Insbesondere die Akkulaufzeit von Geräten mit Mullins-APUs dürften davon profitieren.

Andererseits wird die durch Single Channel eingeschränkte Datenbusbreite bei den Beema-APUs durch einen höheren Speichertakt an die gestiegene Rechenleistung der Chips angepasst. Bis zu 1866 GT/s sind nun möglich.

Theoretisch gut aufgestellt

AMD ruht sich sichtlich nicht auf den bereits eingeheimsten Lorbeeren seiner immens erfolgreichen Low-Power-APU-Sparte aus, sondern legt fleißig nach. Mehr Funktionen, mehr Features, mehr Leistung und das bei weniger und ausgeklügelterem Energieverbrauch werden mit Mullins und Beema ins Feld geführt. Auf dem Papier sieht das hervorragend aus. Der schwierigste Teil steht dem Unternehmen aber noch bevor: Seine hervorragenden SoC-Lösungen auch in hervorragenden Consumer-Geräten unterzubringen - daran haperte es mit Kabini und Temash im europäischen Markt noch gewaltig, insbesondere bei Tablets.