O que é a APU (Unidade de Processamento Acelerado) nos chips da AMD?

O que é a APU (Unidade de Processamento Acelerado) nos chips da AMD?

APU (Unidade de Processamento Acelerado) é o nome dado pela AMD aos processadores com CPU e GPU integrados. A empresa desenvolve esses chips tanto para notebooks quanto para desktops.

APU AMD A10 (imagem: Paulo Higa/Tecnoblog)

ÍndiceComo funciona uma APU?Por que a AMD criou o nome APU?A Intel fabrica APUs?Como saber a velocidade de uma APU?O que são os núcleos de uma APU?Para que serve o clock em uma APU?O que é uma APU desbloqueada para overclock?Quanto maior a memória cache da APU, melhor?Quais são os principais modelos de APU?O que é a arquitetura RDNA na APU?O que é a arquitetura Zen na APU?Qual a diferença entre APU e CPU?Qual a diferença entre APU e GPU?Uma APU consegue rodar jogos?Como juntar uma APU e uma placa de vídeo dedicada?

Como funciona uma APU?

Uma APU funciona integrando uma CPU e uma GPU em uma estrutura de silício única. A arquitetura de uma APU inclui núcleos e memórias cache. Alguns recursos, como mecanismos de comunicação, são compartilhados entre as duas unidades.

A CPU é responsável por processar a maior parte das tarefas de um computador. Já o processamento de informações gráficas envolve cálculos matemáticos muito específicos e numerosos, que exigem que esse trabalho seja feito por uma unidade à parte, a GPU.

GPUs conseguem processar dados visuais com eficiência por seguirem o princípio da computação paralela, fazendo de dezenas a milhares de pequenos núcleos trabalharem simultaneamente. Se essas tarefas fossem delegadas às CPUs, aplicativos gráficos e jogos avançados teriam baixo desempenho.

Ao unificar CPU e GPU, uma APU lida com todas as tarefas de processamento, tanto gerais quanto gráficas. Essa abordagem otimiza o espaço interno do computador (afinal, há um chip no lugar de dois), reduz o consumo de energia e favorece o custo-benefício em razão do compartilhamento de recursos.

Estrutura básica de uma APU (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Por que a AMD criou o nome APU?

O nome APU foi criado pela AMD como uma forma de diferenciar a sua linha de chips que combinam CPU com GPU. A primeira geração de APUs, chamada de AMD Fusion, foi anunciada em 2011.

Contudo, o projeto teve início em 2006, ano em que a AMD adquiriu a ATI Technologies, empresa que desenvolvia os chips gráficos Radeon. Com o negócio, a AMD passou a dominar tanto o desenvolvimento de CPUs quanto o de GPUs. Isso a levou a criar o projeto AMD Fusion.

O objetivo do projeto foi desenvolver um chip baseado em HSA, arquitetura de computação heterogênea que, entre outras possibilidades, permite que núcleos de CPU e GPU de um mesmo chip compartilhem espaço de memória RAM.

A Intel fabrica APUs?

A Intel fabrica processadores com CPU e GPU no mesmo chip, mas não adotou a denominação APU. Essa nomenclatura foi criada para classificar especificamente os chips da AMD que reúnem as unidades de processamento geral e gráfico.

Como saber a velocidade de uma APU?

A velocidade de uma APU é influenciada por especificações como número de núcleos de CPU e GPU, quantidade de memória cache e velocidade de clock (frequência). É possível conferir todas essas informações em aplicativos como CPU-Z ou consultando a lista de APUs já lançadas pela AMD.

O que são os núcleos de uma APU?

As APUs contam com núcleos de CPU e de GPU para executar tanto os processos gerais quanto as tarefas gráficas.

Os núcleos da CPU são os que executam os processos gerados pelo sistema operacional, razão pela qual contam com elementos como Unidade de Controle (UC) e Unidade Lógica e Aritmética (ULA).

Já os núcleos Radeon, de GPU, correspondem aos Compute Units, que são blocos compostos por componentes como TMUs (geram efeitos de texturas) e ROPs (para renderização). Eles contam também com conjuntos de Stream Processors, que são unidades de execução mais simples, funcionando como núcleos menores.

Para que serve o clock em uma APU?

O clock (ou frequência) é uma parâmetro que indica a velocidade, isto é, quantos ciclos de operação por segundo os núcleos de CPU e GPU executam. A medida é dada em hertz (Hz) e seus múltiplos, como megahertz (MHz) e gigahertz (GHz), que correspondem a 1 milhão e a 1 bilhão de ciclos por segundo, respectivamente.

O que é uma APU desbloqueada para overclock?

O overclock faz o processador funcionar com uma frequência acima do valor padrão definido pelo fabricante. Essa é uma forma de aumentar o desempenho de determinadas tarefas. O procedimento requer alterações em parâmetros como multiplicador de clock e tensão, por isso, exige cuidados.

APUs desbloqueadas para overclock geralmente permitem que o procedimento seja feito tanto na CPU quanto na GPU.

A linha Ryzen 7000 é desbloqueada para overclock (imagem: divulgação/AMD)

Quanto maior a memória cache da APU, melhor?

Sim. Cache é uma memória de acesso rápido integrada à própria APU para armazenamento de informações prioritárias. Quanto mais cache, melhor, pois menos trocas de dados precisam ser feitas para liberação de espaço. Contudo, a quantidade de cache é muito limitada por se tratar de uma tecnologia cara.

Esse tipo de memória é dividido em níveis chamados de cache L1, L2 e L3. Quanto menor o número do nível, mais rápida é a memória.

Quais são os principais modelos de APU?

A AMD tem várias linhas de chips que são classificadas como APU. As principais são:

AMD Ryzen Z: lançada em 2023, concentra chips integrados para videogames portáteis, incluindo o Ryzen Z1 e o Ryzen Z1 Extreme;

AMD Ryzen 3, 5, 7 e 9: linha que reúne os processadores mais poderosos da AMD para desktops e notebooks para usuários domésticos. Disputa mercado com os chips Intel Core;

AMD Ryzen Pro: são chips para notebooks e desktops direcionados ao segmento corporativo. Além de núcleos de CPU e GPU Radeon, trazem tecnologias para gerenciamento de infraestrutura e segurança;

AMD Sempron: a linha Sempron, com chips de baixo custo, teve apenas duas APUs lançadas em 2014, os modelos 3850 e 2650 para desktops;

AMD FX: a linha FX, para notebooks, recebeu modelos de APUs entre 2015 e 2016. Todos contavam com GPU Radeon R7;

AMD Athlon: popular nos anos 2000 e 2010, tem algumas APUs para notebooks e desktops. Com a chegada dos chips Ryzen, passou a ter somente opções de baixo custo, como os chips Athlon Silver, com GPU Radeon 610M;

AMD Athlon Pro: são os chips Athlon para computadores corporativos. Cerca de dez modelos são APUs. Os mais recentes trazem GPU Radeon Vega 3, a exemplo do Athlon Pro 300GE, lançado em 2019 para desktops;

AMD Série E: inclui APUs de baixo custo voltados a notebooks e alguns poucos computadores all-in-one (com monitor integrado). Os modelos da linha foram lançados entre 2011 e 2016;

AMD Série A: reúne mais de 80 APUs de linhas como A4, A10 e A12 para notebooks e desktops. Foram lançados entre 2016 e 2018. Os modelos mais avançados trouxeram GPUs Radeon R7;

AMD Série A Pro: os chips corporativos da Série A tiveram quase 50 modelos para notebooks e desktops lançados entre 2016 e 2020;

AMD Opteron: voltada a servidores e workstations, a linha Opteron teve apenas duas APUs, os chips X2150 e X2170. Eles foram lançados em 2013 e 2016, respectivamente. Cada um teve quatro núcleos de CPU.

Ryzen Z1 com arquiteturas Zen 4 e RDNA 3 (imagem: divulgação/AMD)

O que é a arquitetura RDNA na APU?

RDNA (Radeon DNA) é uma arquitetura lançada pela AMD em 2019 que determina como as GPUs baseadas nela devem ser estruturadas. Embora tenha estreado em uma linha de placas de vídeo (com GPU dedicada), a arquitetura também está presente em APUs.

A AMD direciona a arquitetura RDNA principalmente a jogos e aplicações gráficas exigentes. Por isso, cada nova versão da arquitetura melhora aspectos como taxa de frames e resolução, além de acrescentar recursos. Anunciada no final de 2022, a arquitetura RDNA 3 traz suporte a ray tracing, por exemplo.

O que é a arquitetura Zen na APU?

Zen é o nome de uma arquitetura para CPUs introduzida pela AMD em 2017, quando a primeira geração de processadores Ryzen foi lançada. Ela trouxe evoluções importantes em relação às arquiteturas anteriores, de nome Bulldozer.

Um dos avanços está na litografia. A primeira versão da arquitetura Zen tem processo de fabricação de 14 nm. A arquitetura Zen 4, anunciada em setembro de 2022, tem tecnologias de 5 e 4 nm. A redução da litografia melhora o desempenho geral e a eficiência energética do chip, embora o TDP dependa de outros fatores.

Entre as APUs com Zen 4 está o chip AMD Ryzen 9 7950X. Lançado em setembro de 2022, o modelo conta com 16 núcleos de CPU, dois núcleos de GPU Radeon e processo de fabricação de 5 nm.

APU Ryzen 4000 com arquitetura Zen 2 (imagem: divulgação/AMD)

Qual a diferença entre APU e CPU?

Toda APU contém uma CPU, mas o contrário não é verdadeiro. Uma CPU, quando não integrada a uma GPU, é uma unidade que executa os processos gerados pelo sistema. Ela até pode executar algumas tarefas gráficas, mas, no geral, o conteúdo gráfico precisa ser processado por uma GPU.

Uma APU oferece a vantagem de permitir que tanto os processos gerais quanto conteúdos visuais sejam processados em uma única unidade, não sendo necessário instalar uma GPU separada para isso, a não ser que a intenção seja a de aumentar o desempenho gráfico.

Qual a diferença entre APU e GPU?

Toda APU contém uma GPU integrada. Em geral, essa GPU serve para reproduzir conteúdo gráfico que não demanda alto desempenho, como vídeos e jogos simples. Já uma GPU dedicada é um chip gráfico que faz parte de uma placa de vídeo ou, com menos frequência, da placa-mãe de um dispositivo.

Nos casos em que a APU não oferece desempenho gráfico suficiente, o usuário tem a opção de adicionar ao computador uma placa de vídeo com GPU mais potente. A GPU adicional irá substituir ou complementar o processamento gráfico da APU.

GPU dedicada Radeon RX 6000 (imagem: divulgação/AMD)

Uma APU consegue rodar jogos?

Uma APU pode rodar jogos, mas títulos com gráficos complexos podem exigir uma GPU dedicada, com recursos avançados. Isso porque a capacidade gráfica das APUs é projetada para tarefas triviais, de modo a favorecer a relação custo-benefício do chip.

Jogos 3D modernos e softwares gráficos profissionais demandam um nível de desempenho que somente GPUs desenvolvidas para essas aplicações oferecem. Para tanto, esses chips gráficos contam com memória VRAM exclusiva, alta quantidade de núcleos, otimização por inteligência artificial, entre outros atributos.

Como juntar uma APU e uma placa de vídeo dedicada?

A AMD permite que a capacidade gráfica de algumas APUs antigas seja combinada com uma GPU dedicada para aumentar o desempenho de determinadas aplicações. Isso é feito por meio do sistema Radeon Dual Graphics, que é baseado na tecnologia AMD CrossFire, mas só funciona com APUs das séries AMD FX e AMD A.

O mais próximo do sistema Radeon Dual Graphics que a AMD oferece para chips Ryzen é a tecnologia AMD SmartShift. Lançada em 2020, ela permite que uma CPU Ryzen (que pode ou não ser uma APU) e uma GPU dedicada Radeon equilibrem entre si o fornecimento de energia para otimizar tarefas em execução.
O que é a APU (Unidade de Processamento Acelerado) nos chips da AMD?

O que é a APU (Unidade de Processamento Acelerado) nos chips da AMD?
Fonte: Tecnoblog