Đôi nét SenseMI trên Ryzen Mobile: cơ chế tăng xung, quản lý nguồn, tiết kiệm điện năng

AMD nhấn mạnh rằng sự thay đổi về cơ chế Precision Boost 2 sẽ mang lại nhiều lợi ích cho các tác vụ thực tế, đặc biệt là những tác vụ có sự biến thiên về luồng như chơi game. Tuy nhiên, chưa rõ khi nào AMD sẽ đưa Precision Boost 2 lên các phiên bản Ryzen cho desktop.

Mobile Extended Frequency Range (mXFR):

Do những hệ thống di động như laptop thường bị giới hạn về nhiệt độ, pin, nguồn thành ra mức xung nhịp tối đa của CPU không là điều nhà sản xuất muốn tập trung vì hiệu năng toàn diện của hệ thống. Kết quả là hầu hết các mẫu máy tính chạy Ryzen Mobile sẽ không được tích hợp công nghệ mở rộng xung nhịp theo mặc định mà bù lại, AMD sẽ hỗ trợ theo từng trường hợp nếu như nhà sản xuất thiết bị đáp ứng được khả năng tản nhiệt và điện năng dành cho chức năng này.

XFR trên Ryzen Mobile sẽ được gọi là mXFR, về cơ bản nó sẽ mở rộng dải xung nhịp mà Precision Boost 2 hoạt động và những CPU lúc này cũng sẽ có mức TDP cao hơn 15 W tiêu chuẩn. Sẽ có một chiếc máy chạy Ryzen Mobile khai thác mXFR, khả năng là chiếc Acer Swift 3 bởi trước đó đã có thông tin cho biết Acer đã thiết kế lại hệ thống tản nhiệt để đáp ứng được mức TDP 25 W.

Tính năng giải mã và mã hóa:

AMD sẽ sử dụng nhân đồ họa Vega cho các tính nâng giải mã và mã hóa trên Ryzen Mobile. Điểm mới đáng chú ý nhất là khả năng giải mã VP9 - định dạng mã hóa nội dung số hiện đang được YouTube sử dụng. Ngoài ra, Ryzen Mobile với Vega GPU cũng sẽ hỗ trợ giải mã và mã hóa các định dạng phổ biến khác như MPEG2, VC1, H.264 8 bpc, H.264 10 bpc, HEVC 8 bpc, HEVC 10 bpc và JPEC 8 bpc.

Quản lý nguồn:

Bên cạnh kiến trúc thì nguồn đầu vào cũng là yếu tố rất quan trọng đối với một vi xử lý. Có rất nhiều cách để đưa điện vào CPU, cách đơn giản nhất là sẽ dùng một đường điện vào cho tất cả các nhân với một mức điện áp được thiết lập sẵn, tiếp theo là một đường điện cho vi xử lý đồ họa và một đường cho vi điều khiển bộ nhớ DRAM. Bo mạch chủ sẽ chịu trách nhiệm quản lý điện áp vào chip và điều khiển mỗi thành phần dễ dàng.

Giờ đây với việc phân tách mỗi nhân thành các "đảo" với điện áp riêng, CPU có thể quản lý nguồn linh hoạt hơn nhưng bù lại thiết kế này phức tạp hơn, đòi hỏi khả năng kiểm soát cao hơn của CPU. Sau cùng CPU có thể tiết kiệm được nhiều điện năng bởi loại trừ được tình huống phải đưa điện vào tất cả các nhân để đưa xung nhịp lên mức tối đa trong khi chỉ có một nhân cần chạy ở mức xung cao.

Thiết kế được AMD áp dụng là tạo ra một đường điện duy nhất vào vi xử lý, sau đó điều chỉnh điện áp bên trong vi xử lý với các mô-đun điều áp. Nghe có vẻ phức tạp nhưng nó mang lại hiệu quả tốt nhất bởi dòng điện có thể đến được thành phần cần thiết. Trong đồ thị trên, AMD cho thấy cơ chế trao đổi dòng điện linh hoạt giữa CPU và GPU khi thực hiện bài test 3DMark Fire Strike. Theo đó ở giai đoạn xử lý đồ họa với 3DMark Fire Strike, GPU Vega được cho nhiều điện nhất để đạt được xung nhịp tối đa nhưng đồng thời các nhân CPU cũng được duy trì một nửa lượng điện năng và một nhân (đường màu xanh chuối) sẽ được kích lên với lượng điện nhiều hơn đôi chút, đẩy xung nhịp lên cao hơn để sẵn sàng xử lý đồ họa vật lý trong phần test tiếp theo. Mỗi nhân có thể tự động đẩy xung lên cao khi GPU xả tải. Ngoài ra, mô-đun điều áp cũng tiến hành lọc tần số để các nhân có thể phản ứng kịp thời trước sự thay đổi về tác vụ, từ đó mang lại hiệu quả tiết kiệm điện cao hơn.

Chia sẻ đường điện đầu vào đồng bộ - SPRS:

AMD cho biết đây là một phần trong công nghệ chia sẻ đường điện đầu vào đồng bộ (Synergistic Power Rail Sharing - SPRS), tạm hiểu là một đường điện duy nhất cấp vào vi xử lý. Công nghệ này khá giống với công nghệ điều áp tích hợp hoàn toàn của Intel (Fully Integrated Voltage Regulator - FIVR) nhưng cách ứng dụng khác nhau. Thay vì dùng các cuộn cảm lớn thì AMD thiết kế một đường điện tổng Vdd cho toàn package và sử dụng các bộ điều áp low-dropout tuyến tính (LDO) cho mỗi nhân và mỗi đơn vị thực thi CU của GPU tích hợp. Mỗi đảo điện áp sẽ có một LDO tối ưu riêng cho mục đích hoạt động của nó và nó cũng đóng vai trò là cổng nguồn (power gate) cho phép chặn dòng điện, ngắt thành phần không cần dùng để tiết kiệm điện năng. Thêm vào đó thiết kế này cũng giúp giảm độ phức tạp của bo mạch chủ, vi xử lý sẽ có thể kiểm soát điện áp tốt hơn.

Ngoài ra, AMD còn cải tiến khả năng phục hồi trạng thái hoạt động của các thành phần xử lý sau trạng thái nghỉ bằng việc bổ sung nhiều trạng thái nghỉ khác nhau và khai thác cơ chế đóng điện power gating của LDO tuyến tính như đã nói ở trên. Mỗi nhân giờ đây có LDO riêng và có thể tự đưa về các trạng thái nghỉ một cách độc lập. Chẳng hạn như ở trạng thái CC6, hầu hết các nhân sẽ được tắt nhưng bộ đệm L3 vẫn hoạt động để nhân cần dùng có thể truy xuất. AMD cho biết thời gian để nhân xử lý đi vào trạng thái nghỉ cũng như phục hồi vào khoảng 100 ms. Ngoài ra trong trường hợp tất cả các nhân được đưa về trạng thái CC6 thì các bộ điều áp cũng có thể vô hiệu hóa bộ đệm L3 đồng thời để đưa toàn bộ nhân xử lý vào trạng thái tắt hoàn toàn CPUOFF, từ đó mang lại hiệu quả tiết kiệm điện cao hơn và từ CPUOFF trở lại hoạt động, thời gian này chỉ là 1,5 ms.

Tương tự với nhân đồ họa tích hợp Vega, các bộ điều áp tuyến tính LDO có thể chặn hiệu quả đến 95% điện vào GPU bao gồm các thành vần như CU, bộ mã hóa/giải mã và nhiều thành phần phục vụ chức năng hiển thị khác. Trong trường hợp không cần đến năng lực xử lý đồ họa, GPU tích hợp có thể trở về trạng thái GFXOFF để tiết kiệm điện năng tối đa.

Infinity Fabric với vai trò tiết kiệm điện năng:

Khi cả 2 trạng thái nghỉ là CPUOFF và GFXOFF được kích hoạt thì hệ thống có thể đưa về trạng thái VDDOFF tức tắt hầu hết các thành phân của vi xử lý. AMD cho biết Ryzen Mobile có thể duy trì trạng thái VDDOFF này đến 99% thời gian hoạt động. Và để đảm bảo hệ thống có thể duy trì hoạt động cũng như trở lại trạng thái bình thường ngay lập tức từ trạng thái VDDOFF thì AMD khai thác công nghệ Infinity Fabric chia các thành phần của APU thành 2 khu vực là Type A và Type B.

Ở Type A, nhân vẫn duy trì trạng thái tắt trong khi màn hình vẫn liên tục làm tươi. Một tấm nền 60 Hz thông thường sẽ làm tươi mỗi 16,6 ms một lần (60 khung hình/giây) do đó một số thành phần nhất định của vi xử lý cần phải đảm bảo bộ đệm khung phải chứa dữ liệu và duy trì trạng thái hoạt động. Thông thường nếu bộ đệm khung cần được cập nhật, cho dù chỉ là một thay đổi tại một điểm ảnh thì nhân xử lý vẫn cần phải hoạt động để thực hiện sự cập nhật này. Làm sao Ryzen Mobile vẫn duy trì được trạng thái không hoạt động của các nhân ở Type A? AMD sử dụng một bộ máy điểu khiển bộ đệm khung với Type B. Khu vực này bao gồm các thành phần như vi điều khiển bộ nhớ, màn hình, hub đa phương tiện đang chạy ở điện năng thấp và chúng sẽ điều khiển hoạt động làm tươi của màn hình, các nhân xử lý vẫn không bị đánh thức.

Nhờ cơ chế thức/ngủ nói trên, AMD cho biết thời lượng pin của một chiếc laptop chạy Ryzen Mobile có thể được cải thiện gấp đôi. Chẳng hạn như nếu chơi video định dạng VP9 thì thời lượng pin có thể chạm ngưỡng 9,2 giờ so với 4,5 giờ của AMD FX-9800P thế hệ Bristol Ridge. Trong khi đó thời lượng pin khi chơi nội dung FHD H.264 thì lâu hơn khoảng 15%. Nhìn chung mức cải tiến về thời lượng pin này không quá nhiều nhưng việc có thêm tầm chục phút thì bạn có thể tận dụng để hoàn tất công việc trước khi phải sạc lại.