AMD Opteron - osmá generace procesorů
5.5.2003, Zdeněk Kabát, článek
Dne 22. dubna byl oficiálně představen první procesor osmé generace od AMD, serverový Opteron. Nová generace přináší mnoho architektonických změn a mezi ty nejdůležitější patří technologie AMD64 pro podporu 64- i 32-bitových aplikací a integrovaný paměťový řadič, zvyšující rychlost komunikace s pamětí.
Kapitoly článku:
- AMD Opteron - osmá generace procesorů
- Architektura Opteronu
- HyperTransport
- Čipové sady pro Opteron
- Výkonnostní testy
- Zhodnocení a budoucnost
Den 22. dubna byl, dalo by se říci, jedním z přelomových dat v historii procesorů. Tento den totiž spatřil světlo světa první procesor osmé generace s názvem AMD Opteron. Změny v architektuře, které přináší tak dlouho očekávaný procesor, dodávají velice slušný výkon na nižších frekvencích než dřívější serverové procesory AMD. Ano, Opteron je totiž určen pro pracovní stanice a jedno- až osmicestné servery. Klíčovým parametrem je zde podpora 64-bitových aplikací, ale o tom níže.
Obr. 1 - Oficiální logo Opteronu
Cesta k vypuštění Opteronu byla ovšem velice dlouhá a trnitá. Jedná se pravděpodobně o jedno z nejdelších zpoždění vypuštění procesoru, ale na největšího opozdilce Itanium zatím nemá. AMD se totiž začalo zmiňovat o "revolučním" připravovaném procesoru již v říjnu roku 1999 (na Microprocessor Forum) a dnes je tomu téměř rok ode dne, kdy byla oficiálně odhalena obchodní značka Opteron a procesor začal procházet prvními testy (konkrétně konec dubna 2002).
V té době, tedy v prvním kvartále roku 2002, se měl již začít podle úplně původních prohlášení začít prodávat procesor Athlon 64 (tehdy znám pouze jako ClawHammer), ale poté bylo datum vypuštění posunováno a posunováno a v současné době je již tato očekávaná událost pevně stanovena na září 2003. Na druhou stranu, dlouhé měsíce od prvních zmínek až ke 22. dubnu daly prostor pro "únik" informací, a proto bylo ještě před vypuštěním známo mnoho specifikací novinky od AMD.
Obr. 2 - Jeden z reklamních obrázků
Kvůli takto výraznému opoždění osmé generace procesorů AMD prakticky ztratil Hammer svůj revoluční ráz a triumfální porážka Intelu se nekonala. Důvody pro změny data vypuštění byly různé - problémy s integrovaným paměťovým řadičem, s 0,13mikronovým procesem SOI apod. Velkou zásluhu na urychlení a zkvalitnění výroby čipů mělo strategické spojení se společností IBM, která má s technologií SOI velké zkušenosti. A proto je dnes "Kladivo" skutečně na trhu.
Ale proč zrovna Opteron a nikoliv Athlon 64? Příčinu je nutno hledat ve finanční situaci AMD. Poslední měsíce se společnost nachází ve ztrátě, kterou špatná výtěžnost procesorů jen zvětšuje. Protože se výroba Hammerů tolik nedaří a AMD by nezvládalo vyrábět v odpovídajícím množství zároveň Athlony 64 i Opterony, dostal prostor lukrativnější segment, tedy serverový. Výkonný ředitel AMD, Hector Ruiz, označil Opteron za "nejvýznamnější vypuštění v historii společnosti."
Pro začátek by bylo vhodné říci, že Opteron nevychází pouze v jedné verzi, ale že se jich na trh dostane hned několik. Jsou to tyto tři série:
V současnosti jsou k dostání Opterony označené jako 240, 242 a 244 na frekvencích 1,4GHz, 1,6GHz, resp. 1,8GHz. Oficiální ceny byly stanoveny na $283, $690, resp. $794.
Obr. 3 - Postavení jednotlivých verzí na trhu
Prakticky již před třemi a půl roky avizovalo AMD novou technologii, která má být obsažena v procesorech osmé generace. Jde o podporu 64-bitových aplikací při zachování instrukční sady x86, tedy se současnou podporou 32-bitového kódu. Tato technologie, o které se dosud mluvilo jako o x86-64, získala nyní oficiální název AMD64. Společnost nemusela budovat pro procesory K8 novou architekturu, ale stačilo přidat novou instrukční sadu, která dovolí provozovat i 64-bitový kód.
Mnozí sice říkají, že x86 má již dny své slávy za sebou, ale tato architektura je stále velice efektivní a rozšiřitelná (vezměte si MMX, SSE, 3DNow!, SSE2). Technologie x86-64 by měla i v současných aplikacích zlepšit práci s velkými objemy dat a také zrychlit některé 32-bitové algoritmy pomocí 64-bit portů. Podpora 64-bit bude podle AMD praktická v budoucnosti, kdy nastane potřeba rozpoznávání hlasu a jazyků, analýza velkých bloků dat a náročnější bude také editace videa a počítačové hry.
Obr. 4 - Pro AMD do dneška neobvyklý vzhled
Další argument AMD, který je vcelku pravdivý, říká, že přenos existujících aplikací do prostředí x86-64 je mnohem jednodušší než kompletní přestavba do 64-bitového kódu jako je IA-64 u Itanií. Vývojáři musí sice stále rekompilovat aplikace, ale mnohem jednodušeji. Velkou výhodou také je, že společnosti mohou plynule přecházet k 64-bitovému softwaru. Protože servery založené na Opteronu dokáží provádět 32-bit i 64-bitový kód při plné rychlosti, mohou na nich běžet stejně kvalitně staré i nové aplikace. Odpadá tak nutnost provozovat 32-bit v módu kompatibility jako u Itanií, příp. nutnost používat více serverů s různými procesory.
Další výhodou 64-bitové podpory je maximální velikost adresovatelné paměti. 32-bitové procesory dovolují adresovat nejvíce 4GB fyzické a 4GB virtuální paměti, což je zejména u jednoprocesorových pracovních stanic zádrhel. Virtuální paměť, ze které jsou pro aplikace využitelné max. 3GB, už prostě někdy nestačí. Opteron ale dokáže díky AMD64 využít až 1024GB fyzické (40-bit) a 256TB virtuální paměti (48-bit), což by mělo na nějaký čas stačit a pro rozsáhlé databáze či CAD programy nebude nutno sahat k drahým IA-64 procesorům.
Ještě zopakuji, že 64-bitová architektura přináší další výhody, jako jsou např. rozsáhlejší registry (paměťové buňky procesoru s minimálním zpožděním). Konkrétně u Opteronu lze nalézt 16 registrů o šířce 64-bit, což umožňuje zpracovávat větší objemy dat přímo v registrech a není nutný tak častý přístup do paměti.
Obr. 1 - Oficiální logo Opteronu
Pár let zpátky...
Cesta k vypuštění Opteronu byla ovšem velice dlouhá a trnitá. Jedná se pravděpodobně o jedno z nejdelších zpoždění vypuštění procesoru, ale na největšího opozdilce Itanium zatím nemá. AMD se totiž začalo zmiňovat o "revolučním" připravovaném procesoru již v říjnu roku 1999 (na Microprocessor Forum) a dnes je tomu téměř rok ode dne, kdy byla oficiálně odhalena obchodní značka Opteron a procesor začal procházet prvními testy (konkrétně konec dubna 2002).
V té době, tedy v prvním kvartále roku 2002, se měl již začít podle úplně původních prohlášení začít prodávat procesor Athlon 64 (tehdy znám pouze jako ClawHammer), ale poté bylo datum vypuštění posunováno a posunováno a v současné době je již tato očekávaná událost pevně stanovena na září 2003. Na druhou stranu, dlouhé měsíce od prvních zmínek až ke 22. dubnu daly prostor pro "únik" informací, a proto bylo ještě před vypuštěním známo mnoho specifikací novinky od AMD.
Obr. 2 - Jeden z reklamních obrázků
Kvůli takto výraznému opoždění osmé generace procesorů AMD prakticky ztratil Hammer svůj revoluční ráz a triumfální porážka Intelu se nekonala. Důvody pro změny data vypuštění byly různé - problémy s integrovaným paměťovým řadičem, s 0,13mikronovým procesem SOI apod. Velkou zásluhu na urychlení a zkvalitnění výroby čipů mělo strategické spojení se společností IBM, která má s technologií SOI velké zkušenosti. A proto je dnes "Kladivo" skutečně na trhu.
Ale proč zrovna Opteron a nikoliv Athlon 64? Příčinu je nutno hledat ve finanční situaci AMD. Poslední měsíce se společnost nachází ve ztrátě, kterou špatná výtěžnost procesorů jen zvětšuje. Protože se výroba Hammerů tolik nedaří a AMD by nezvládalo vyrábět v odpovídajícím množství zároveň Athlony 64 i Opterony, dostal prostor lukrativnější segment, tedy serverový. Výkonný ředitel AMD, Hector Ruiz, označil Opteron za "nejvýznamnější vypuštění v historii společnosti."
Různé verze Opteronu
Pro začátek by bylo vhodné říci, že Opteron nevychází pouze v jedné verzi, ale že se jich na trh dostane hned několik. Jsou to tyto tři série:
- Opteron 1xx - série určená pro pracovní stanice a jednocestné servery
- Opteron 2xx - pro dvoucestné servery
- Opteron 8xx - pro čtyř- a osmicestné servery
V současnosti jsou k dostání Opterony označené jako 240, 242 a 244 na frekvencích 1,4GHz, 1,6GHz, resp. 1,8GHz. Oficiální ceny byly stanoveny na $283, $690, resp. $794.
Obr. 3 - Postavení jednotlivých verzí na trhu
Největší trumf Opteronu - technologie AMD64
Prakticky již před třemi a půl roky avizovalo AMD novou technologii, která má být obsažena v procesorech osmé generace. Jde o podporu 64-bitových aplikací při zachování instrukční sady x86, tedy se současnou podporou 32-bitového kódu. Tato technologie, o které se dosud mluvilo jako o x86-64, získala nyní oficiální název AMD64. Společnost nemusela budovat pro procesory K8 novou architekturu, ale stačilo přidat novou instrukční sadu, která dovolí provozovat i 64-bitový kód.
Mnozí sice říkají, že x86 má již dny své slávy za sebou, ale tato architektura je stále velice efektivní a rozšiřitelná (vezměte si MMX, SSE, 3DNow!, SSE2). Technologie x86-64 by měla i v současných aplikacích zlepšit práci s velkými objemy dat a také zrychlit některé 32-bitové algoritmy pomocí 64-bit portů. Podpora 64-bit bude podle AMD praktická v budoucnosti, kdy nastane potřeba rozpoznávání hlasu a jazyků, analýza velkých bloků dat a náročnější bude také editace videa a počítačové hry.
Obr. 4 - Pro AMD do dneška neobvyklý vzhled
Další argument AMD, který je vcelku pravdivý, říká, že přenos existujících aplikací do prostředí x86-64 je mnohem jednodušší než kompletní přestavba do 64-bitového kódu jako je IA-64 u Itanií. Vývojáři musí sice stále rekompilovat aplikace, ale mnohem jednodušeji. Velkou výhodou také je, že společnosti mohou plynule přecházet k 64-bitovému softwaru. Protože servery založené na Opteronu dokáží provádět 32-bit i 64-bitový kód při plné rychlosti, mohou na nich běžet stejně kvalitně staré i nové aplikace. Odpadá tak nutnost provozovat 32-bit v módu kompatibility jako u Itanií, příp. nutnost používat více serverů s různými procesory.
Další výhodou 64-bitové podpory je maximální velikost adresovatelné paměti. 32-bitové procesory dovolují adresovat nejvíce 4GB fyzické a 4GB virtuální paměti, což je zejména u jednoprocesorových pracovních stanic zádrhel. Virtuální paměť, ze které jsou pro aplikace využitelné max. 3GB, už prostě někdy nestačí. Opteron ale dokáže díky AMD64 využít až 1024GB fyzické (40-bit) a 256TB virtuální paměti (48-bit), což by mělo na nějaký čas stačit a pro rozsáhlé databáze či CAD programy nebude nutno sahat k drahým IA-64 procesorům.
Ještě zopakuji, že 64-bitová architektura přináší další výhody, jako jsou např. rozsáhlejší registry (paměťové buňky procesoru s minimálním zpožděním). Konkrétně u Opteronu lze nalézt 16 registrů o šířce 64-bit, což umožňuje zpracovávat větší objemy dat přímo v registrech a není nutný tak častý přístup do paměti.
