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:
- Skrytá esa AMD: Bulldozer a Bobcat
- Bobcat a spotřeba energie a očekáváne výkony
- Bulldozer mezi procesory
- Pohled pod pokličku Bulldozeru
- Bulldozer - pipeline, řízení spotřeby a turbo
- Závěr - máme se na co těšit?
Originální instrukční sada x86 má poměrně malý počet registrů (8) a aby byla zachována zpětná kompatibilita s x86 kódem, bylo nutné tyto registry a ISA (Instruction Set Architecture) zachovat. Ke zvýšení výkonu s integrací out-of-order je nutné mít dostatečný počet register files (pole procesorových registrů). K vyřešení problému je nutné mít funkčnost přejmenování registrů. Můžete tak mít přidané registry, které nejsou součástí x86 specifikací.
Přejmenování registrů je využíváno ve všech moderních x86 procesorech právě k odstranění limitací na straně x86 instrukčního setu. Existují ovšem dva přístupy k celému problému. AMD se svými procesory Phenom II a Opteron k tomu přistupují udržováním dat z přejmenovaných registrů spolu s instrukcí, která se pohybuje ve frontě, dokud není vykonána. Tím si vyrobíte velmi širokou instrukci, která se pohybuje jako data uvnitř čipu, což vyžaduje poměrně hodně energie, ale na druhou stranu to je výhodné z výkonového hlediska.
Alternativa k výše uvedenému principu existuje, ale v současné době ji nikdo nevyužívá. Místo toho, aby se spolu s instrukcí přenášela data registru v čipu, zde přenášíme pouze „pointer“ k datům. Eliminujeme tak potřebu přenášení velkého kvanta dat napříč čipem, což má podstatný vliv na jeho spotřebu. Pointer referuje o datech uložených někde jinde v paměti čipu a není třeba tak tato data „vláčet“ s sebou spolu s instrukcemi.
Bobcat využívá „physical register files“ k úspoře energie stejně jako desktopový Bulldozer. Intel přišel s velmi podobným řešením už u Pentia 4, ale pak vše utnul. AMD naopak vidí PRF jako jeden z klíčových faktorů pro nové procesorové architektury.
Ptáte se, jaká bude očekávaná výkonnostní hladina, na kterou se Bobcat dostane? Když si srovnáme délky obou procesorových pipelines, téměř stejné latence cache a také velmi podobné instrukční sady, pak nám logicky vychází, že by výkony měly být podobné na stejných frekvencích. Bobcat bude zároveň pracovat na frekvencích velmi podobných Atomu, což znamená hodnotu někde okolo 1.5 - 1.8 GHz. Zklamaní ovšem být nemusíme, protože jsme zde ještě nezmínili jeden ze stěžejních faktů, které na výkon procesoru mohou mít vliv. Out-of-order architektura Bobcatu by mohla mít stěžejní vliv na celkový výkon procesoru a v určitých ohledech překonat Intel Atom, který ovšem také není bez vlastních es v rukávu.
Atom má výhodu v tom, že každé jádro je schopno zpracovávat více vláken současně, a tak je více než pravděpodobné, že v „multi-threaded“ aplikacích dožene výhodu out-of-order architektury AMD. Mobilní řešení s Atomem dostávají na frak v jednovláknových aplikacích. Pokud se ptáte, jaké aplikace jsou jednovláknové, tak vězte, že je to např. Acrobat Reader, iTunes nebo WinZip. Bobcat zde bude mít výhodu, jde jen o to, do jaké míry budou ještě za rok či dva převažovat u programů běžně využívaných na zařízeních typu netbooku nebo nettopu právě jednovláknové aplikace.
AMD bude v případě Bobcatu uvažovat i o jiných platformách, než je připravované Ontario, kde bude využito dvou jader Bobcat. V budoucnu jistě uvidíme také SoC (System On a Chip) se 4 jádry Bobcat, ale můžeme se dočkat i platformy pouze s jediným jádrem do opravdu levných terminálů a mobilních zařízení. Stěžejní pro výkony Bobcatu bude samozřejmě jeho frekvence, která nesmí být nižší než v případě Atomu a zároveň si SoC musí uchovat solidní spotřebu, aby celá akce nebylo Pyrrhovo vítězství.
Celkových parametrů, které určí, zda bude Bobcat dodatečnou konkurencí pro Intel Atom, bude samozřejmě více, a tak je nyní velmi předčasné spekulovat a vyhlašovat vítěze. Každá architektura má své výhody a slabší stránky. AMD bojuje s integrovaným GPU a také out-of-order a navíc společnost prohlašuje, že Ontario poskytne 90 % výkonu běžného mainstreamového notebooku při poloviční velikosti čipu. Pokud bude Ontario dost dobré, pak lze očekávat, že se prosadí v segmentu CULV notebooků, kde nyní kraluje Intel.
AMD se dušuje, že Bobcat je schopen fungovat se spotřebou pod 1 W v zatížení, což by ho předurčovalo k životu ve smartphonech a dalších super malých mobilních výpočetních strojcích. Samozřejmě do mobilů by neputovalo Ontario, ale vyžadovalo by to další úpravy a pravděpodobně také využití pouze jediného jádra Bobcat bez GPU. Na samotnou spotřebu bude mít pravděpodobně také vliv 40nm výrobní proces, který je vyspělejší než v případě Intelu a jeho Atomu, který je vyráběn na 45 nm. Tento fakt může nulovat logicky předpokládanou vyšší spotřebu out-of-order architektury AMD. Neznámých je mnoho a odpovědí zatím pramálo. Na Bobcat si každopádně ještě několik měsíců počkáme.
Přejmenování registrů je využíváno ve všech moderních x86 procesorech právě k odstranění limitací na straně x86 instrukčního setu. Existují ovšem dva přístupy k celému problému. AMD se svými procesory Phenom II a Opteron k tomu přistupují udržováním dat z přejmenovaných registrů spolu s instrukcí, která se pohybuje ve frontě, dokud není vykonána. Tím si vyrobíte velmi širokou instrukci, která se pohybuje jako data uvnitř čipu, což vyžaduje poměrně hodně energie, ale na druhou stranu to je výhodné z výkonového hlediska.
Alternativa k výše uvedenému principu existuje, ale v současné době ji nikdo nevyužívá. Místo toho, aby se spolu s instrukcí přenášela data registru v čipu, zde přenášíme pouze „pointer“ k datům. Eliminujeme tak potřebu přenášení velkého kvanta dat napříč čipem, což má podstatný vliv na jeho spotřebu. Pointer referuje o datech uložených někde jinde v paměti čipu a není třeba tak tato data „vláčet“ s sebou spolu s instrukcemi.
Bobcat využívá „physical register files“ k úspoře energie stejně jako desktopový Bulldozer. Intel přišel s velmi podobným řešením už u Pentia 4, ale pak vše utnul. AMD naopak vidí PRF jako jeden z klíčových faktorů pro nové procesorové architektury.
Ptáte se, jaká bude očekávaná výkonnostní hladina, na kterou se Bobcat dostane? Když si srovnáme délky obou procesorových pipelines, téměř stejné latence cache a také velmi podobné instrukční sady, pak nám logicky vychází, že by výkony měly být podobné na stejných frekvencích. Bobcat bude zároveň pracovat na frekvencích velmi podobných Atomu, což znamená hodnotu někde okolo 1.5 - 1.8 GHz. Zklamaní ovšem být nemusíme, protože jsme zde ještě nezmínili jeden ze stěžejních faktů, které na výkon procesoru mohou mít vliv. Out-of-order architektura Bobcatu by mohla mít stěžejní vliv na celkový výkon procesoru a v určitých ohledech překonat Intel Atom, který ovšem také není bez vlastních es v rukávu.
Atom má výhodu v tom, že každé jádro je schopno zpracovávat více vláken současně, a tak je více než pravděpodobné, že v „multi-threaded“ aplikacích dožene výhodu out-of-order architektury AMD. Mobilní řešení s Atomem dostávají na frak v jednovláknových aplikacích. Pokud se ptáte, jaké aplikace jsou jednovláknové, tak vězte, že je to např. Acrobat Reader, iTunes nebo WinZip. Bobcat zde bude mít výhodu, jde jen o to, do jaké míry budou ještě za rok či dva převažovat u programů běžně využívaných na zařízeních typu netbooku nebo nettopu právě jednovláknové aplikace.
AMD bude v případě Bobcatu uvažovat i o jiných platformách, než je připravované Ontario, kde bude využito dvou jader Bobcat. V budoucnu jistě uvidíme také SoC (System On a Chip) se 4 jádry Bobcat, ale můžeme se dočkat i platformy pouze s jediným jádrem do opravdu levných terminálů a mobilních zařízení. Stěžejní pro výkony Bobcatu bude samozřejmě jeho frekvence, která nesmí být nižší než v případě Atomu a zároveň si SoC musí uchovat solidní spotřebu, aby celá akce nebylo Pyrrhovo vítězství.
Celkových parametrů, které určí, zda bude Bobcat dodatečnou konkurencí pro Intel Atom, bude samozřejmě více, a tak je nyní velmi předčasné spekulovat a vyhlašovat vítěze. Každá architektura má své výhody a slabší stránky. AMD bojuje s integrovaným GPU a také out-of-order a navíc společnost prohlašuje, že Ontario poskytne 90 % výkonu běžného mainstreamového notebooku při poloviční velikosti čipu. Pokud bude Ontario dost dobré, pak lze očekávat, že se prosadí v segmentu CULV notebooků, kde nyní kraluje Intel.
AMD se dušuje, že Bobcat je schopen fungovat se spotřebou pod 1 W v zatížení, což by ho předurčovalo k životu ve smartphonech a dalších super malých mobilních výpočetních strojcích. Samozřejmě do mobilů by neputovalo Ontario, ale vyžadovalo by to další úpravy a pravděpodobně také využití pouze jediného jádra Bobcat bez GPU. Na samotnou spotřebu bude mít pravděpodobně také vliv 40nm výrobní proces, který je vyspělejší než v případě Intelu a jeho Atomu, který je vyráběn na 45 nm. Tento fakt může nulovat logicky předpokládanou vyšší spotřebu out-of-order architektury AMD. Neznámých je mnoho a odpovědí zatím pramálo. Na Bobcat si každopádně ještě několik měsíců počkáme.
