Skrytá esa AMD: Bulldozer a Bobcat
20.10.2010, Petr Štefek, technologie
Dnes se podíváme, co na nás připravilo AMD pro konec tohoto roku a rok následující. Nebudu přehánět, pokud označím příchod nových architektur za revoluci pro celé AMD. Po mnoha letech se dočkáme něčeho opravdu nového a pravděpodobně také výkonného.
Kapitoly článku:
AMD ve svém snažení nepolevuje a jako menší z obou rivalů v oblasti procesorů a čipsetů si nemůže dovolit usnout ani na malou chvíli. Připravovaná architektura Bobcat a Bulldozer je budoucností AMD pro několik dalších let, a tak je vhodné se podívat, co nás v ní čeká. AMD prohlašovalo, že architektura Bulldozer bude na trhu již v roce 2009 a totéž s menším zpožděním mělo platit pro Bobcat pro mobilní segment. Bohužel se nic z proklamovaného nestalo a AMD mělo velký problém, aby dokázalo konkurovat stále výkonnějším Core iX (Nehalem). Částečně se jí to povedlo s posledními revizemi procesorů Phenom II X4/X6.
Na uvedení stále čekáme a předpokládaný dojezd nové architektury Bobcat je plánován na poslední kvartál roku 2010 a reálně se dostane na trh až v prvním kvartále 2011. Bulldozer už je vyloženě záležitostí roku 2011. Bohužel nemůžeme ani zdaleka odhadnout výkon obou řešení, který by se měl pohybovat pro zajištění úspěchu alespoň 10-15% výše na stejné frekvenci než současné procesory. AMD má vzorky svých nových čipů už funkční a vše nasvědčuje tomu, že se již významných problémů nedočká.
V dnešním článku se podíváme, jaké typy procesorů můžeme očekávat a jaké budou jejich nejvýznamnější vlastnosti ve srovnání s konkurencí a minulými generacemi procesorů AMD.
Jak jsem již zmiňoval na počátku, AMD uvede dvě odlišné architektury procesorů a každá z nich bude mít poněkud jiný cílový segment. Bobcat je z logiky věci (TDP 1-10 W) určena pro oblast levných notebooků a nettopů nebo klientů. Buldozer naproti tomu (TDP 10-100 W) směřuje do klasických desktopů, serverů a výkonnějších notebooků.
Když se podíváme mnoho let zpátky na příchod vynikajícího procesoru Pentium Pro (166 a 200MHz modely), které směřovalo na rozdíl od klasických Pentií spíše do profesionálního segmentu, musíme si připomenout i fakt, že Pentium Pro dostalo do vínku také možnost vykonávat instrukce mimo běžné pořadí. Out-of-order procesory vám umožňují plánování, jaké instrukce budou vykonány před jinými, které by před vykonáním musely čekat na další data z hlavní paměti nebo na specifické zdroje k vlastnímu vykonání. Díky tomu může dojít ke značnému navýšení výkonu, ale také tato funkčnost stojí v případné implementaci do čipu mnoho dalších tranzistorů a tím také větší plochu jádra a s tím spojený zvýšený odběr čipu.
Bobcat je plánován jako konkurent Intelu a jeho procesorové řadě Atom, kterou společnost navrhla v duchu in-order, jinak řečeno všechno v řadě a žádné přeskakování. Zdá se, že Atomy budou disponovat in-order architekturami i v příštích letech, ačkoli se dle dalších projektů a prototypů procesorů a architektur může zdát, že out-of-order je u Intelu také doma. Otázkou je, zda společnost vyhodnotila přínos out-of-order jako dostatečný v mobilních zařízeních. Je tedy možné, že až do roku 2013 zde bude vše beze změn.
Také musíme zmínit fakt, kterého si je Intel velmi dobře vědom, a to že pokud chcete procesor typu Atom využívat např. v zařízení typu mobilního telefonu, těžko do něj dáte procesor s vyšší spotřebou než 1 W. Podobná architektura s out-of-order funkcionalitou ale v současné době neexistuje a bude k ní potřeba jít mnohem dále ve výrobních procesech než je stávajících 45 nm. Na druhou stranu není úplně jasné, jak a kdy budou moci nejlevnější modely procesorů využít výrobních kapacit na pokročilých 22 nm, jak se plánuje u desktopových procesorů.
AMD Ontario (40 nm)
Pokud si vezmeme výkony Atomu v netboocích, často si musíme položit otázku, k čemu takovéto zařízení vlastně je, neboť výkony jednojádrových verzí Atomů jsou často tristní. Bohužel trh si žádá velmi levné řešení pro možné připojení na internet a základní komunikaci, a tak zde Atom jen těžko hledá konkurenci. Klasické malé notebooky s CULV procesory Intel jsou o něco dražší a v tomto segmentu se počítá každá tisícikoruna opravdu opatrně. Když ale srovnáme parametry obou řešení, jako je výdrž baterie a hmotnost zařízení, tak zde skoro nenajdeme rozdíly. AMD se ovšem může chopit své příležitosti a nabídnout pro segment netbooků něco výživnějšího, než je v současné době Atom.
AMD začíná v tomto ohledu chápat, že dnes již proti Intelu nestačí vytahovat pouze okopírované technologie a architektury, ale je třeba konat a přinášet inovace. První krůčky v tomto ohledu jsme mohli již vidět při zavádění architektury K8 a 64bitových výpočtů. Pokud se týká mobilních procesorů a platforem, tak AMD vždy hrálo druhé housle. Bobcat s nízkou spotřebou a podporou 64bitových výpočtů by mohl být tím pravým, abychom mohli začít brát AMD vážně i na poli netbooků a ultra malých notebooků, které jsou na současném trhu velmi oblíbené.
AMD nás poměrně hodně překvapilo tím, že připravovaný mobilní Bobcat je navržen jako out-of-order. Společnost si vzhledem k nárokům na opravdu nízkou spotřebu zařazením této funkcionality docela troufá, neboť funkčnost out-of-order znamená větší plochu jádra a vyšší spotřebu. Bude přínos po výkonnostní stránce takový, že tato fakta ospravedlní?
Out-of-order by měl pro Bobcat znamenat podstatný výkonnostní nárůst v případě jednovláknových aplikací oproti Atomu. Bobcat má patnácti úrovňovou pipeline a Intel disponuje 16 „stage“ pipeline.
Pipeline jádra Bobcat
Když se podíváme pozorně na schéma pipelines Bobcatu, zjistíme, že pouze tři „fetch stages“ jsou započítány do celkového počtu 15. Společnost AMD to vysvětluje tím, že zbylé tři úrovně jsou využívaný pro „brach prediction“, ale za určitých okolností tomu může být jinak. Do podrobnějších vysvětlení se ovšem společnost nepouští.
Bobcat má dva nezávislé celočíselné schedulery, kde se jeden stará o dvě ALU (Arithmetic Logic Unit) a druhý o dvě AGU (Address Generation Unit) . FPU (Floating Point Unit) má jeden dvojportový seduler, který se stará o dvě nezávislá FPU. Stejně jako je tomu u konkurenčního Atomu, pouze jeden z portů umí pracovat s desetinným násobením. Jednotky FP (mul a add) mohou vykonávat dvě 32bitové „single precision“ operace sčítání a násobení. Bobcat má podporu SSE instrukcí 3 a nižších a přidání nových instrukčních sad by dle AMD nemělo být problémem.
Bobcat disponuje 6kB L1 cache (3-cycle), kde je standardně 32 kB instrukční a 32 kB datová cache. Pokud se podíváme na L2 cache, má kapacitu rovných 512 kB (16-way asociativní cache). Bobcat je částečně velmi podobný architektuře Intel Core, která rovněž disponovala out-of-order funkčností, ale na rozdíl od Bobcatu okupovala naše desktopy a výkonné notebooky.
Na rozdíl od Atomu se procesory Bobcat nebudou nikdy prodávat samostatně, ale vždy budou součástí celé platformy spolu s GPU a dalšími jádry. Samozřejmě Atom si také nemůžete koupit na pultech obchodů a je součástí platformy, ale fyzicky je samostatnou jednotkou.
První inkarnací procesorové architektury Bobcat bude platforma Ontario, která směřuje do segmentu netbooků a ultra přenosných notebooků. Ontario bude disponovat dvěma jádry Bobcat a zároveň GPU. Vše bude vyrábět TSMC na 40 nm, což není až tak významné jako fakt, že je to vůbec první x86 procesor, který se v TSMC bude vyrábět. Pokud vám nyní chybí ve světle předchozích článků zmínka o AMD Fusion, tak to hned napravíme, protože Ontario bude označeno nálepkou AMD Fusion, což signalizuje ucelené řešení dodávané AMD. Podobně tomu bylo u Intelu a Centrina.
Pokud jste celou dobu čekali na zmínku o paměťovém řadiči, tak vězte, že je po vzoru všech vyspělých řešení integrován přímo do procesoru. Zde jej najdeme mezi procesorovými jádry Bobcat a integrovaným GPU, protože služeb paměťového řadiče využívají obě strany. Další podrobnosti známy prozatím nejsou, ale celkový koncept se zdá být podařený.
Na uvedení stále čekáme a předpokládaný dojezd nové architektury Bobcat je plánován na poslední kvartál roku 2010 a reálně se dostane na trh až v prvním kvartále 2011. Bulldozer už je vyloženě záležitostí roku 2011. Bohužel nemůžeme ani zdaleka odhadnout výkon obou řešení, který by se měl pohybovat pro zajištění úspěchu alespoň 10-15% výše na stejné frekvenci než současné procesory. AMD má vzorky svých nových čipů už funkční a vše nasvědčuje tomu, že se již významných problémů nedočká.
V dnešním článku se podíváme, jaké typy procesorů můžeme očekávat a jaké budou jejich nejvýznamnější vlastnosti ve srovnání s konkurencí a minulými generacemi procesorů AMD.
Jak jsem již zmiňoval na počátku, AMD uvede dvě odlišné architektury procesorů a každá z nich bude mít poněkud jiný cílový segment. Bobcat je z logiky věci (TDP 1-10 W) určena pro oblast levných notebooků a nettopů nebo klientů. Buldozer naproti tomu (TDP 10-100 W) směřuje do klasických desktopů, serverů a výkonnějších notebooků.
Bobcat proti Atomu aneb out-of-order
Když se podíváme mnoho let zpátky na příchod vynikajícího procesoru Pentium Pro (166 a 200MHz modely), které směřovalo na rozdíl od klasických Pentií spíše do profesionálního segmentu, musíme si připomenout i fakt, že Pentium Pro dostalo do vínku také možnost vykonávat instrukce mimo běžné pořadí. Out-of-order procesory vám umožňují plánování, jaké instrukce budou vykonány před jinými, které by před vykonáním musely čekat na další data z hlavní paměti nebo na specifické zdroje k vlastnímu vykonání. Díky tomu může dojít ke značnému navýšení výkonu, ale také tato funkčnost stojí v případné implementaci do čipu mnoho dalších tranzistorů a tím také větší plochu jádra a s tím spojený zvýšený odběr čipu.
Bobcat je plánován jako konkurent Intelu a jeho procesorové řadě Atom, kterou společnost navrhla v duchu in-order, jinak řečeno všechno v řadě a žádné přeskakování. Zdá se, že Atomy budou disponovat in-order architekturami i v příštích letech, ačkoli se dle dalších projektů a prototypů procesorů a architektur může zdát, že out-of-order je u Intelu také doma. Otázkou je, zda společnost vyhodnotila přínos out-of-order jako dostatečný v mobilních zařízeních. Je tedy možné, že až do roku 2013 zde bude vše beze změn.
Také musíme zmínit fakt, kterého si je Intel velmi dobře vědom, a to že pokud chcete procesor typu Atom využívat např. v zařízení typu mobilního telefonu, těžko do něj dáte procesor s vyšší spotřebou než 1 W. Podobná architektura s out-of-order funkcionalitou ale v současné době neexistuje a bude k ní potřeba jít mnohem dále ve výrobních procesech než je stávajících 45 nm. Na druhou stranu není úplně jasné, jak a kdy budou moci nejlevnější modely procesorů využít výrobních kapacit na pokročilých 22 nm, jak se plánuje u desktopových procesorů.
AMD Ontario (40 nm)
Pokud si vezmeme výkony Atomu v netboocích, často si musíme položit otázku, k čemu takovéto zařízení vlastně je, neboť výkony jednojádrových verzí Atomů jsou často tristní. Bohužel trh si žádá velmi levné řešení pro možné připojení na internet a základní komunikaci, a tak zde Atom jen těžko hledá konkurenci. Klasické malé notebooky s CULV procesory Intel jsou o něco dražší a v tomto segmentu se počítá každá tisícikoruna opravdu opatrně. Když ale srovnáme parametry obou řešení, jako je výdrž baterie a hmotnost zařízení, tak zde skoro nenajdeme rozdíly. AMD se ovšem může chopit své příležitosti a nabídnout pro segment netbooků něco výživnějšího, než je v současné době Atom.
AMD začíná v tomto ohledu chápat, že dnes již proti Intelu nestačí vytahovat pouze okopírované technologie a architektury, ale je třeba konat a přinášet inovace. První krůčky v tomto ohledu jsme mohli již vidět při zavádění architektury K8 a 64bitových výpočtů. Pokud se týká mobilních procesorů a platforem, tak AMD vždy hrálo druhé housle. Bobcat s nízkou spotřebou a podporou 64bitových výpočtů by mohl být tím pravým, abychom mohli začít brát AMD vážně i na poli netbooků a ultra malých notebooků, které jsou na současném trhu velmi oblíbené.
AMD nás poměrně hodně překvapilo tím, že připravovaný mobilní Bobcat je navržen jako out-of-order. Společnost si vzhledem k nárokům na opravdu nízkou spotřebu zařazením této funkcionality docela troufá, neboť funkčnost out-of-order znamená větší plochu jádra a vyšší spotřebu. Bude přínos po výkonnostní stránce takový, že tato fakta ospravedlní?
Out-of-order by měl pro Bobcat znamenat podstatný výkonnostní nárůst v případě jednovláknových aplikací oproti Atomu. Bobcat má patnácti úrovňovou pipeline a Intel disponuje 16 „stage“ pipeline.
Pipeline jádra Bobcat
Když se podíváme pozorně na schéma pipelines Bobcatu, zjistíme, že pouze tři „fetch stages“ jsou započítány do celkového počtu 15. Společnost AMD to vysvětluje tím, že zbylé tři úrovně jsou využívaný pro „brach prediction“, ale za určitých okolností tomu může být jinak. Do podrobnějších vysvětlení se ovšem společnost nepouští.
Bobcat má dva nezávislé celočíselné schedulery, kde se jeden stará o dvě ALU (Arithmetic Logic Unit) a druhý o dvě AGU (Address Generation Unit) . FPU (Floating Point Unit) má jeden dvojportový seduler, který se stará o dvě nezávislá FPU. Stejně jako je tomu u konkurenčního Atomu, pouze jeden z portů umí pracovat s desetinným násobením. Jednotky FP (mul a add) mohou vykonávat dvě 32bitové „single precision“ operace sčítání a násobení. Bobcat má podporu SSE instrukcí 3 a nižších a přidání nových instrukčních sad by dle AMD nemělo být problémem.
Bobcat disponuje 6kB L1 cache (3-cycle), kde je standardně 32 kB instrukční a 32 kB datová cache. Pokud se podíváme na L2 cache, má kapacitu rovných 512 kB (16-way asociativní cache). Bobcat je částečně velmi podobný architektuře Intel Core, která rovněž disponovala out-of-order funkčností, ale na rozdíl od Bobcatu okupovala naše desktopy a výkonné notebooky.
Na rozdíl od Atomu se procesory Bobcat nebudou nikdy prodávat samostatně, ale vždy budou součástí celé platformy spolu s GPU a dalšími jádry. Samozřejmě Atom si také nemůžete koupit na pultech obchodů a je součástí platformy, ale fyzicky je samostatnou jednotkou.
První inkarnací procesorové architektury Bobcat bude platforma Ontario, která směřuje do segmentu netbooků a ultra přenosných notebooků. Ontario bude disponovat dvěma jádry Bobcat a zároveň GPU. Vše bude vyrábět TSMC na 40 nm, což není až tak významné jako fakt, že je to vůbec první x86 procesor, který se v TSMC bude vyrábět. Pokud vám nyní chybí ve světle předchozích článků zmínka o AMD Fusion, tak to hned napravíme, protože Ontario bude označeno nálepkou AMD Fusion, což signalizuje ucelené řešení dodávané AMD. Podobně tomu bylo u Intelu a Centrina.
Pokud jste celou dobu čekali na zmínku o paměťovém řadiči, tak vězte, že je po vzoru všech vyspělých řešení integrován přímo do procesoru. Zde jej najdeme mezi procesorovými jádry Bobcat a integrovaným GPU, protože služeb paměťového řadiče využívají obě strany. Další podrobnosti známy prozatím nejsou, ale celkový koncept se zdá být podařený.
