Kompendium: zintegrowane GPU dla desktopów

Układy graficzne trafiły do procesorów około siedem lat temu. Intel zaprezentował wówczas procesory Clarkdale z układem Intel HD. Nie był specjalnie wydajny, ale nadawał się do podstawowych zastosowań. Niedługo potem firma AMD zaprezentowała swoją platformę Fusion i pierwszy model APU, czyli Accelerated Processing Unit. Był to właśnie procesor ze zintegrowanym układem graficznym.

Zintegrowana grafika, a pamięć RAM

Układy graficzne zintegrowane z procesorem nie mają dedykowanej sobie pamięci (nie licząc modeli Intel Broadwell wyposażonych w eDRAM), tylko korzystają z pamięci systemowej. W efekcie – im szybsza pamięć RAM, tym szybsze działanie zintegrowanej grafiki. Jest to szczególnie widoczne w przypadku zintegrowanych grafik AMD.

W niektórych przypadkach ograniczeni jesteśmy możliwościami kontrolera RAM, ale w modelach odblokowanych możemy z powodzeniem stosować pamięć RAM o wyższym taktowaniu niż kontroler (np. kontroler 2133 MHz, ale możemy korzystać z RAM 2400 MHz). Warto też pamiętać o obsadzeniu wszystkich kanałów RAM – zintegrowana grafika będzie działać szybciej w konfiguracji dwukanałowej (dwa lub więcej moduły RAM), niż w jednokanałowej (jeden moduł RAM). W segmencie high-end, gdzie można znaleźć czterokanałowe kontrolery pamięci RAM, jak na razie nie stosuje się iGPU.

Nie należy zapominać o zmianie wielkości pamięci RAM przypisanej do zintegrowanej grafiki, co można ustawić w UEFI BIOS płyty głównej.

APU AMD – dotyczy wyłącznie modeli stacjonarnych (montowanych w podstawce)

Generacja	Llano	Trinity	Richland	Kaveri/ Godavari	Bristol Ridge	Raven Ridge
Premiera	2011	2012	2013	2014/2015	2016	Przed premierą
Numeracja	3xxx	5xxx	6xxx	7xxx	9xxx	?
Podstawka	FM1	FM2	FM2	FM2+	AM4	AM4
Litografia	32-nm	32-nm	32-nm	28-nm	28-nm	14-nm
Obsługa RAM	DDR3	DDR3	DDR3	DDR3	DDR4	DDR4
Kontroler RAM	do 1866 MHz	do 1866 MHz	do 2133 MHz	do 2133 MHz	do 2400 MHz	?
Architektura CPU	K10	Piledriver	Piledriver	Steamroller	Excavator	Zen
Rdzenie CPU	do 4	do 2/4	do 2/4	do 2/4	do 2/4	?
Architektura GPU	TeraScale 2 (VLIW5)	TeraScale 3 (VLIW4)	TeraScale 3 (VLIW4)	GCN 2.0	GCN 3.0	GCN 5.0
Nazewnictwo GPU	Radeon HD	Radeon HD	Radeon HD	Radeon R	Radeon R	?
Numeracja GPU	6xxx	7xxx	8xxx	R5-R7	R5-R7	?
Jednostki cieniujące GPU	do 400	do 384	do 384	do 512	do 512	?
Obsługa DirectX	11	11	11	12	12	12
Obsługa FreeSync	Nie	Nie	Nie	Tak	Tak	Tak
Modele K	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	?
TDP	do 100 W	do 100 W	do 100 W	do 95 W	do 65 W	?

Unikalne technologie APU AMD:

FreeSync – technologia ulepszonej synchronizacji obrazu, działająca z monitorami FreeSync
TrueAudio – dodatkowy procesor dźwięku instalowany w układach graficznych AMD (niestety, praktycznie niewykorzystywany)
Mantle – biblioteki graficzne przyśpieszające działanie gier przez zmniejszenie narzutu na procesor. Kilka głośnych tytułów wykorzystuje tę technologię (np. Dragon Age: Inkwizycja), ale ustąpiła ona bibliotekom DirectX 12, które to są praktycznym rozwinięciem idei Mantle
Dual Graphics – możliwość łączenia mocy zintegrowanej i (wybranych modeli) zewnętrznych kart graficznych Radeon.

Model	Rdzenie/wątki	CPU (GHz)	GPU	GPU (US/MHz)*	TDP (W)
A8-3870K	4/4	3	Radeon HD 6550D	400/600	100
A8-3850	4/4	2,9	Radeon HD 6550D	400/600	100
A8-3820	4/4	2,5-2,8	Radeon HD 6550D	400/600	65
A8-3800	4/4	2,4-2,7	Radeon HD 6550D	400/600	65
A6-3670K	4/4	2,7	Radeon HD 6530D	320/443	100
A6-3650	4/4	2,6	Radeon HD 6530D	320/443	100
A6-3620	4/4	2,2-2,5	Radeon HD 6530D	320/443	65
A6-3600	4/4	2,1-2,4	Radeon HD 6530D	320/443	65
A6-3500	3/3	2,1-2,4	Radeon HD 6530D	320/443	65
A4-3420	2/2	2,8	Radeon HD 6410D	160/600	65
A4-3400	2/2	2,7	Radeon HD 6410D	160/600	65
A4-3300	2/2	2,5	Radeon HD 6410D	160/443	65
E2-3200	2/2	2,4	Radeon HD 6370D	160/443	65

* US – liczba jednostek cieniujących, MHz – maksymalne taktowanie układu graficznego

Trinity (2012): Kolejna generacja APU również wymusiła zmianę podstawki (FM2). Spowodowane było to zastosowaniem rdzeni Piledriver (druga generacja mikroarchitektury Bulldozer). Zastosowanie dwóch modułów (2 x ALU + 1 x FPU) dało cztery wątki CPU, ale w efekcie przyniosło wydajność nieco mniejszą niż w poprzedniej generacji. Zastosowano jednak kolejne rozwinięcie architektury GPU (VLIV4), co podniosło wydajność zintegrowanej grafiki.

Model	Moduły/wątki	CPU (GHz)	GPU	GPU (US/MHz)*	TDP (W)
A10-5800K	2/4	3,8-4,2	Radeon HD 7660D	384/800	100
A10-5700	2/4	3,4-4	Radeon HD 7660D	384/760	65
A8-5600K	2/4	3,6-3,9	Radeon HD 7560D	256/760	100
A8-5500	2/4	3,2-3,7	Radeon HD 7560D	256/760	65
A6-5400K	1/2	3,6-3,8	Radeon HD 7540D	192/760	65
A4-5300	1/2	3,4-3,6	Radeon HD 7480D	128/723	65

* US – liczba jednostek cieniujących, MHz – maksymalne taktowanie układu graficznego

Richland (2013): To nic innego jak odświeżenie Trinity. Główne technologie pozostały bez zmian, zastosowano jednak szybszy kontroler RAM (2133 MHz). Richland może pochwalić się również wyższymi zegarami CPU i GPU przy zachowaniu TDP poprzednika. Zmienia się nazewnictwo GPU, ale w praktyce różnice dotyczą wyłącznie nieco podniesionych zegarów.

Model	Moduły/wątki	CPU (GHz)	GPU	GPU (US/MHz)*	TDP (W)
A10-6800K	2/4	4,1-4-4	Radeon HD 8670D	384/844	100
A10-6790K	2/4	4-4,3	Radeon HD 8670D	384/844	100
A10-6700	2/4	3,7-4,3	Radeon HD 8670D	384/844	65
A8-6600K	2/4	3,9-4,2	Radeon HD 8570D	256/844	100
A8-6500	2/4	3,5-4,1	Radeon HD 8570D	256/800	65
A6-6420K	1/2	4-4,2	Radeon HD 8470D	192/800	65
A6-6400K	1/2	3,9-4,1	Radeon HD 8470D	192/800	65
A4-7300	1/2	3,8-4	Radeon HD 8470D	192/800	65
A4-6320	1/2	3,8-4	Radeon HD 8370D	128/760	65
A4-6300	1/2	3,7-3,9	Radeon HD 8370D	128/760	65
A4-4020	1/2	3,2-3,4	Radeon HD 7480D	128/720	65
A4-4000	1/2	3-3,2	Radeon HD 7480D	128/720	65

* US – liczba jednostek cieniujących, MHz – maksymalne taktowanie układu graficznego

Kaveri (2014): Kaveri przyniosło kolejną zmianę podstawki (FM2+), co było spowodowane całkowitą zmianą architektury GPU (GCN – Graphic Core Next). Dzięki nowym Radeonom R5/R7 APU wzbogaciło się między innymi o obsługę bibliotek DirectX 12. Nie zapomniano o rdzeniach procesora i zastosowano kolejne rozwinięcie mikroarchitektury Bulldozer (Steamroller). Ta generacja przynosi również niższą litografię (28 nm).

Godavari/Kaveri Refresh (2015) to nic innego jak usprawnione APU Kaveri. Producentowi udało się zwiększyć taktowania CPU i GPU przy zachowaniu tego samego TDP, co w poprzedniej generacji. Firma AMD nie zdecydowała się jednak na stworzenia z Godavari oddzielnej serii o kolejnej numeracji. Wprowadza to jednak drobny zamęt np. w przypadku gdy model o niższej numeracji (np. A8-7670K – Godavari) jest wydajniejszy niż model o wyższej numeracji (np. A10-7700K – pierwsza generacja Kaveri).

Model	Moduły/wątki	CPU (GHz)	GPU	GPU (US/MHz)*	TDP (W)
A10-7890K	2/4	4,1-4,3	Radeon R7	512/866	95
A10-7870K	2/4	3,9-4,1	Radeon R7	512/866	95
A10-7860K	2/4	3,6-4	Radeon R7	512/757	65
A10-7850K	2/4	3,7-4	Radeon R7	512/720	95
A10-7800	2/4	3,5-3,9	Radeon R7	512/720	65
A10-7700K	2/4	3,4-3,8	Radeon R7	384/720	95
A8-7670K	2/4	3,6-3,9	Radeon R7	384/757	95
A8-7650K	2/4	3,3-3,8	Radeon R7	384/720	95
A8-7600	2/4	3,1-3,8	Radeon R7	384/720	65
A6-7470K	1/2	3,7-4	Radeon R5	256/800	65
A6-7400K	1/2	3,5-3,9	Radeon R5	256/756	65

* US – liczba jednostek cieniujących, MHz – maksymalne taktowanie układu graficznego

Bristol Ridge (2016): O ile nie doczekaliśmy się większych usprawnień w budowie samej zintegrowanej grafiki (ta sama liczba jednostek cieniujących), to generacja ta przynosi dwie duże zmiany. Od tej generacji APU wykorzystują tę samą podstawkę co procesory bez zintegrowanej grafiki (AM4) i dzięki temu wzbogaciły się o obsługę pamięci DDR4. Zastosowano tu końcową wersję mikroarchitektury Bulldozer (Excavator). Jak do tej pory wszystkie generacje APU miały w swoich szeregach modele z odblokowanym mnożnikiem (oznaczone literą K), które umożliwiały łatwe podkręcanie. Bristol Ridge jest jedyną generacją APU, w której skład wchodzą wyłącznie modele zablokowane. Oznacza to niestety, że pomimo kontrolera RAM DDR4 możemy wykorzystać jedynie pamięci o taktowaniu do 2400 MHz, co mocno ogranicza możliwości zintegrowanej grafiki.

Model	Moduły/wątki	CPU (GHz)	GPU	GPU (US/MHz)*	TDP (W)
A12-9800	2/4	3,8-4,2	Radeon R7	512/1108	65
A12-9800E	2/4	3,1-3,8	Radeon R7	512/900	35
A10-9700	2/4	3,5-3,8	Radeon R7	384/1029	65
A10-9700E	2/4	3-3,5	Radeon R7	384/847	35
A8-9600	2/4	3,1-3,4	Radeon R7	384/900	65
A6-9550	1/2	3,8-4	Radeon R5	256/800	65
A6-9500	1/2	3,5-3,8	Radeon R5	384/1029	65
A6-9500E	1/2	3-3,4	Radeon R5	256/800	35

* US – liczba jednostek cieniujących, MHz – maksymalne taktowanie układu graficznego

Raven Ridge (2018): Najnowsze APU AMD wykorzystywać będą całkowicie nowy układ graficzny (bazujący na układach Radeon Vega) o większej liczbie zunifikowanych jednostek cieniujących, a rdzenie procesora oparte będą na nowoczesnej mikroarchitekturze Zen (takiej jak w udanych procesorach AMD Ryzen).

Procesory ze zintegrowaną grafiką Intela

dotyczy stacjonarnych (montowanych w podstawce) modeli Core z wyłączeniem wersji energooszczędnych oraz Pentium i Celeron

Generacja	Clarkdale	Sandy Bridge	Ivy Bridge	Haswell/ Devil’s Canyon	Broadwell	Skylake	Kaby Lake	Coffee Lake
Premiera	2010	2011	2012	2012	2013	2015	2016	2017
Numeracja	5xx i 6xx	2xxx	3xxx	4xxx	5xxx	6xxx	7xxx	8xxx
Podstawka	LGA 1156	LGA 1155	LGA 1155	LGA 1150	LGA 1150	LGA 1151	LGA1151	LGA 1151
Litografia	32/45-nm	32-nm	22-nm	22-nm	14-nm	14-nm	14-nm	14-nm
Obsługa RAM	DDR3	DDR3	DDR3	DDR3	DDR3	DDR4	DDR4	DDR4
Kontroler RAM	1333 MHz	1600 MHz	1600 MHz	1600 MHz	1600 MHz	2133 MHz	2400 MHz	2666 MHz
Architektura GPU	GT1	GT1/GT2	GT1/GT2	GT2	GT3e	GT1/GT2	GT2	GT2
Nazewnictwo GPU	Intel HD	Intel HD	Intel HD	Intel HD	Iris Pro	Intel HD	Intel HD	Intel UHD
Numeracja GPU	n/d	2000/3000	2500/4000	4400/4600	6200	510/530	630	630
Jednostki wykonawcze GPU (EU)	12	6/12	6/16	20	48	12/24	24	24
Obsługa DirectX	10	10.1	11.1	11.1	11.2	12	12	12
eDRAM/L4	nie	nie	nie	nie	tak	nie	nie	nie
Modele K	tak	tak	tak	tak	tak	tak	tak	tak
TDP	do 87 W	do 95 W	do 95 W	do 88 W	do 65 W	do 91 W	do 91 W	do 95 W

Filozofia Intela dotycząca zintegrowanych grafik jest zupełnie inna – przynajmniej jeśli chodzi o segment procesorów biurkowych. O ile APU AMD miały być w założeniu ekonomicznymi procesorami z wydajną zintegrowaną grafiką (a wydajniejsze wersje CPU AMD nie posiadały i nie posiadają jej w ogóle), to iGPU w procesorach Intela stanowi zaledwie dodatek i jest obecny w większości modeli mainstreamowych.

Intel nie nadał swoim procesorom ze zintegrowaną grafiką oddzielnej nazwy. Generalnie wszystkie procesory z podstawowej oferty od czasu Clarkdale są wyposażone w zintegrowaną grafikę. Jest ona nieobecna w droższych procesorach. Wśród unikalnych technologii dla zintegrowanych grafik Intela wyróżnia się zwłaszcza…

QuickSync – czyli sprzętowy koder/dekoder wideo. W dużym stopniu przyśpiesza operacje na plikach wideo (np. konwersję). Niestety, w segmencie desktop funkcjonalność ta została w dużym stopniu ograniczona, bowiem nie można w prosty sposób jej włączyć przy wykorzystaniu zewnętrznej karty graficznej. Swego czasu dostępne było oprogramowanie, które to umożliwiało, ale nie jest one już rozwijane. Tego problemu nie ma w segmencie mobilnym.

Clarkdale (2010): Ciekawostka – rdzenie CPU procesorów Clarkdale wykonane były w 32-nanometrowym procesie produkcyjnym, ale zintegrowany z procesorem układ Intel HD jeszcze w 45-nanometrowym. Równocześnie na rynku funkcjonowały Core i5 Lynnfield pozbawione zintegrowanej grafiki, ale mogące się za to pochwalić czterema rzeczywistymi rdzeniami.