Quelltext der Seite Heterogeneous System Architecture

Die '''{{lang|en|Heterogenous System Architecture}}''' (kurz '''HSA''', ehemals ''{{lang|en|Fusion System Architecture}}'')<ref>[https://www.computerbase.de/2012-01/amds-fusion-basierte-architektur-wird-umbenannt/ AMDs „Fusion“-basierte Architektur wird umbenannt] – Artikel bei ''[[ComputerBase]]'', vom 20. Januar 2012. Abgerufen am 26. Juli 2012.</ref> ist ein von [[AMD]] entwickeltes Prozessorkonzept, um [[Hauptprozessor|Haupt-]] und Grafikprozessor möglichst effizient auf einem [[Integrierter Schaltkreis|Computerchip]] ([[Die (Halbleitertechnik)|Die]]) zu vereinen und dadurch das Ausführen von spezialisierten Programmen zu beschleunigen. Dies soll unter anderem die Gesamtleistung von APUs ([[Accelerated Processing Unit]]) deutlich steigern. Hauptmerkmal von HSA ist, dass die [[Prozessorkern]]e und der [[Grafikprozessor]] auf einen gemeinsamen [[Adressraum]] und Speicher (RAM) zugreifen.

== Geschichte ==
AMD kündigte das HSA-Programm auf dem AFDS (''AMD Fusion Developer Summit'') 2011 an, mit dem Ziel die Verarbeitungsgeschwindigkeit diverser Aufgaben immens zu beschleunigen. Wegen Markenrechtsschwierigkeiten mit [[Arctic (Unternehmen)|Arctic]] (unter anderem bekannt für CPU- und GPU-Kühler) musste AMD das damals noch FSA (''[[AMD Fusion|Fusion System Architecture]]'') genannte Programm in HSA umbenennen.

Auf dem ''AFDS 2012'' kündigte AMD die Gründung der sogenannten ''HSA Foundation'' an, bei der AMD mit anderen Chipentwicklern an einem gemeinsamen Konzept der HSA arbeiten wollte. Mitglieder der ''HSA Foundation'' sind unter anderen [[ARM Limited|ARM]] und [[Texas Instruments]].<ref>Martin Fischer: [https://www.heise.de/newsticker/meldung/AFDS-2012-AMD-und-ARM-gehen-Hand-in-Hand-1616555.html ''AFDS 2012: AMD und ARM gehen Hand in Hand.''] In: ''heise online''. 13. Juni 2012.</ref>

Zukünftig plant AMD in Zusammenarbeit mit ARM, die Softwareindustrie stärker dazu zu bewegen, ihre Produkte auf HSA zu optimieren und evtl. zusätzlich noch mehrere Hardwarehersteller zu gewinnen.

=== Gründer der HSA Foundation ===
* [[AMD]]
* [[ARM Limited|ARM]]
* [[Imagination Technologies|Imagination]]
* [[MediaTek]]
* [[Qualcomm]]
* [[Samsung]]
* [[Texas Instruments]]

== Technisches ==
[[Datei:Linux AMD graphics stack.svg|mini|500px|AMD-Graphikstack unter Linux mit HSA (durch den Treiber ''amdkfd'')]]
Das Konzept der HSA beruht darauf, dass der Grafikteil von APUs allgemeine Aufgaben (GPGPU) übernehmen und dadurch spezielle Rechenoperationen beschleunigen kann. Die Grafikeinheit ist mit [[C++]] und [[OpenCL]] programmierbar. Das Entwicklungspaket "HSA SDK" soll zusätzlich als Abstraktionsebene die "HSA intermediate language" (HSAIL) anbieten, um C++-Code für die APU zu Prozessorkernoptimieren. Ebenso erhält diese Zwischenschicht die Kompatibilität zwischen unterschiedlichen APUs.

Die aktuell höchste Ausbaustufe von HSA im Desktop- und Notebookmarkt ist die ''Kaveri APU'', die Kohärenz im Speicher gewährleisten kann und auch AMDs "Heterogeneous Uniform Memory Access" (hUMA) beherrscht.

Die GPU ({{lang|en|G''raphics ''P''rocessing ''U''nit''}}, [[Grafikprozessor]]) wird verwendet, da diese mit ihren parallelen Ausführungseinheiten sehr gut [[Gleitkommaoperation|Gleitkommarechenoperationen]] schnell und effizient ausführen können. Im Gegensatz zur normalen CPU ({{lang|en|C''entral ''P''rocessing ''U''nit''}}, [[Prozessor]]) bieten diese nämlich viel mehr Gleitkommaeinheiten. Aktuelle CPUs bieten bei AMD nur eine Gleitkommaeinheit pro Modul ([[AMD Bulldozer]] Architektur) und bei Intel nur eine Gleitkommaeinheit pro Kern (Intel-Sandybridge-Architektur').

=== Merkmale ===
Die Merkmale eines Prozessors mit HSA-Unterstützung sind, dass der Grafikprozessor und Hauptprozessor auf demselben Computerchip vereint sind. Dies erleichtert den schnelleren Datenaustausch zwischen den beiden Einheiten, und somit kann man softwareseitig Aufgaben stark beschleunigen. Unter anderem verringert dies die Komplexität von Rechner-Hauptplatinen, da dort kein Extra-Grafikchip mehr aufgelötet zu werden braucht. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass im Endausbaustadium der Grafikteil einen kohärenten Speicher und gemeinsamen Adressraum aufweist und mit C++ bzw. OpenCL programmierbar ist. Dies hat AMD bereits in seinen Kaveri-APUs mit [[Graphics Core Next#Architektur|Graphics-Core-Next]]-Grafikarchitektur integriert. Auch können Chipfertiger über die ''HSA 3rd-Party-IP''-Bestandteile in ihre Mikrochips integrieren. Dies ist bei der Nachfolgergeneration der stromsparenden ("low power") Chips auf Basis der [[AMD Fusion|Jaguar]]-Architektur der Fall. Dort ist beispielsweise die ARM TrustedZone direkt in den [[x86-Architektur|x86]][[x86-Prozessor|-Chip]] integriert.

=== Weiterentwicklung ===
AMD plant, diverse Logik-Einheiten von Dritten wie z.&nbsp;Bsp. [[Arm-Architektur|ARM]]-Kerne ihren APUs<ref>Martin Fischer: [https://www.heise.de/newsticker/meldung/AFDS-2012-AMD-kuendigt-APU-Kombiprozessoren-mit-ARM-Kernen-an-1616557.html ''AFDS 2012: AMD kündigt APU-Kombiprozessoren mit ARM-Kernen an.''] In: ''heise online''. 14. Juni 2012.</ref> hinzuzufügen und diese somit dem Verwendungszweck gezielt anzupassen. Die dritte Ausbaustufe von HSA vertreten die [[AMD Fusion#Kaveri|Kaveri- und Godavari]]-Modelle, die kohärenten Speicher und einen gemeinsamen Adressraum von CPU und GPU bieten. Sie sind mit 2–4 [[Steamroller]]-Kernen (Nachfolger von [[AMD Bulldozer#Piledriver|Piledriver]]) und [[AMD-Radeon-HD-7000-Serie#Architektur|Graphics-Core-Next]]-Grafikteil (momentan neueste Grafikchipgeneration von AMD) ausgestattet.<ref>[http://www.cpu-world.com/news_2012/images/L_AMD_mobile_roadmap_2012_2013.jpg ''AMD 2012–2013 Mobile Roadmap.''] In: ''CPU-World.com'' (englisch).</ref>

Sony kündigte im Februar 2013 an, in ihrer [[PlayStation&nbsp;4]] x86-APUs mit AMDs ''Jaguar'' als CPU- und "Graphics Core Next" als GPU-Architektur zu verwenden. Diese besitzen wie Kaveri und Godavari die dritte HSA-Ausbaustufe und haben als [[AMD Fusion#Kabini und Temash (Jaguar-Architektur)|Kabini bzw. Temash]] im Low-End Desktop- und Notebookmarkt bzw. im Tabletmarkt die vorherigen Modelle, basierend auf der Bobcat-Architektur, abgelöst.

Die vorerst letzte HSA-Ausbaustufe stellen die ''Carrizo''-APUs mit [[AMD Steamroller#Excavator|Excavator]]-Kernen dar, welche 2016 um ''Bristol-Ridge''-Versionen für den Desktop ergänzt werden sollen.<ref name="kitguru-2015">http://www.kitguru.net/components/cpu/anton-shilov/amd-preps-bristol-ridge-apus-carrizo-for-desktops/</ref>

== Software ==
Softwaremäßig wird HSA jetzt schon durch einige große Softwarehäuser unterstützt. Zu den unterstützten Programmen zählen die bekannten Bildbearbeitungsprogramme [[GIMP|Gimp]], [[Adobe Photoshop]]<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://helpx.adobe.com/de/photoshop/kb/photoshop-cc-gpu-card-faq.html |titel=Häufig gestellte Fragen zu Photoshop und GPUs |werk= |hrsg= |datum= |sprache=de |abruf=2016-07-31}}</ref> und [[Darktable]], wo diverse Funktionen via OpenCL auf dem Grafikteil laufen. Des Weiteren das Office-Paket [[LibreOffice]] (in der Tabellenkalkulation)<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://help.libreoffice.org/Calc/OpenCL_Options/de |titel=LibreOffice Wiki: OpenCL-Einstellungen |werk= |hrsg= |datum=2015-05-07 |sprache=de |abruf=2016-07-31}}</ref>, diverse Software zur Konvertierung und Anzeige von Videos wie z.&nbsp;B. [[HandBrake|Handbrake]]<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://trac.handbrake.fr/wiki/GPUAcceleration |titel=GPU Acceleration |werk= |hrsg= |datum= |sprache=en |abruf=2016-07-31 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160808200413/https://trac.handbrake.fr/wiki/GPUAcceleration |archiv-datum=2016-08-08 |archiv-bot=2018-04-14 21:13:30 InternetArchiveBot |offline=1}}</ref>, [[x264]], [[Sony Vegas]], [[Adobe Premiere]], [[Final Cut Pro]], [[AviSynth|Avisynth]] sowie Web-Browser und Software für 3D-Rendering (z.&nbsp;B. [[Blender (Software)|Blender]], [[Maya (Software)|Maya]], [[3ds Max|3dsMax]]<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://radeon-prorender.github.io/ |titel=AMD Radeon ProRender |werk= |hrsg= |datum= |sprache=en |abruf=2016-07-31 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160731201031/https://radeon-prorender.github.io/ |archiv-datum=2016-07-31 |offline=ja |archiv-bot=2022-11-15 00:42:51 InternetArchiveBot }}</ref>).

Software, die mit OpenCL programmiert wurde, wird auf Grafikprozessoren aller Hersteller beschleunigt. Ins Hintertreffen gerät dem gegenübergestellt aber NVIDIAs Eigenentwicklung [[Compute Unified Device Architecture|CUDA]].

PGI (The Portland Group) plant, einen entsprechenden HSA-Compiler in Partnerschaft von AMD zu entwickeln, mit dem man ohne viel eigenes Zutun Programme kompilieren kann, die durch die HSA-Erweiterungen beschleunigt werden.<ref>http://www.planet3dnow.de/cgi-bin/newspub/viewnews.cgi?category=1&id=1351715019</ref><ref>http://www.planet3dnow.de/vbulletin/showthread.php?t=408921</ref>

== Prozessoren mit HSA-Unterstützung ==
{| class="wikitable sortable"
|+ Übersicht der Prozessoren mit HSA-Unterstützung
! Entwickler ||CPU-Architektur || GPU-Architektur || Befehlssatz || Codename || Veröffentlichungsdatum || Fertigung
|-
| [[AMD]] || [[AMD Fusion|AMD Jaguar]] || rowspan="11" | [[Graphics Core Next]] ||rowspan="3"| [[x86-Architektur|x86]][[x64|-64]] || [[PlayStation 4]] [[System-on-a-Chip|SoC]] || 2013 ||rowspan="7"| 28&nbsp;nm
|-
| [[AMD]] || [[AMD Steamroller]] || [[AMD Fusion|Kaveri]] ||rowspan="3"| 2014
|-
| [[AMD]] || [[AMD Fusion|AMD Puma+]] || [[AMD Fusion|Mullins & Beema]]
|-
| [[AMD]] || [[Advanced RISC Machines Ltd.|ARM Cortex]] A57 || [[Arm-Architektur#ARMv8|ARMv8]] (64-bit) || Seattle
|-
| [[AMD]] || [[AMD Steamroller]] || rowspan="5" | [[x86-Architektur|x86]][[x64|-64]] || Godavari ||rowspan="3"| 2015
|-
| [[AMD]] || [[AMD Steamroller#Excavator|AMD Excavator]] || [[AMD Fusion|Carrizo]]
|-
| [[AMD]] || [[AMD Fusion|AMD Puma+]] || [[AMD Fusion|Carrizo-L]]
|-
|[[AMD]]
|[[AMD Steamroller#Excavator|AMD Excavator]]
|Bristol Ridge
|2016
|28 nm
|-
| [[AMD]] || [[AMD Zen]] || Summit Ridge || 2016 ||rowspan="2"| 14 nm
|-
| [[AMD]] || [[AMD K12]] || [[ARMv8]] (64-bit) || n/a
|-
| [[AMD]] ||[[Zen 2|AMD Zen 2]]||[[x86-Architektur|x86]][[x64|-64]] || / || 2019 || 7 nm

|}

== Weblinks ==
* [http://www.hsafoundation.com/ HSA Foundation] (englisch) – offizielle Startseite der Stiftung

* [http://www.golem.de/news/amd-und-arm-allianz-fuer-einheitliche-cpu-gpu-architektur-1206-92485.html AMD und ARM Allianz für einheitliche CPU-GPU-Architektur] – Artikel bei ''[[Golem.de]]'', vom 12. Juni 2012

* [http://www.tomshardware.de/fusion-hsa-opencl-Geschichte-APU,testberichte-241088.html AMD Fusion: Wie alles begann, wo die Entwicklung hingeht und was es bedeutet] – Artikel bei tomshardware.de vom 27. August 2012

* [http://www.hardwareluxx.de/index.php/news/hardware/prozessoren/28687-heterogenous-system-architecture-was-ist-das-eigentlich-.html Heterogenous System Architecture - Was ist das eigentlich?] – Artikel bei hardwareluxx.de vom 17. November 2013

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste AMD-Prozessoren}}


{{SORTIERUNG:HSA}}
[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]
[[Kategorie:AMD-Prozessor|!]]
[[Kategorie:AMD]]