Архитектура AMD K8L: собираем все слухи воедино
Архитектура AMD K8L: собираем все слухи воедино
Архитектура AMD K8L: собираем все слухи воедино
Всегокаких-то 10 лет назад на компьютерном рынке всё было предельно просто.Intel производила самые быстрые и популярные процессоры дляпотребительского рынка, то и дело превосходя свои собственныедостижения. У её конкурентов не было достойного аналога. Поэтомуникакого усложнения не происходило: для трёх сегментов рынка(бюджетного, потребительского и серверного) выпускалось по одномусемейству процессоров.
Выход процессора AMD Athlon перевернулвсё с ног на голову. У Intel не было достойного ответа на момент анонсаAthlon. С тех пор AMD хоть и осталась в отстающих, но её сталипринимать всерьёз. Представление в 2003 году архитектуры AMD64подтвердило серьёзные намерения второго производителя ЦП отвоевать какможно большую долю рынка.
Как раз в то время началось то самоеусложнение. Вместе с Athlon 64 был выпущен первый Athlon 64 FX, которыйна самом деле был переименованным Opteron серии 100. Intel в ответвыпускает Pentium 4 Extreme Edition, оснащённый кэшем третьего уровня.По сути, это была разогнанная версия Xeon MP, выпускаемая в те времена.
Далеесобытия стали развиваться по нарастающей: Pentium 4 5xx, Pentium 4 6xx,Pentium D, Core 2 Duo – все эти процессоры производятся до сих пор, ивсе они предназначаются только для настольного сегмента. Но на основеодних можно собирать более дешёвые компьютеры, а на основе других –более дорогие.
У AMD ситуация не лучше. Сегодня в настольномсегменте у неё минимум четыре процессора: Athlon 64 Sempron, Athlon 64,Athlon 64 X2 и Athlon 64 FX. Все они существуют в четырёх (!)исполнениях: Socket 754, Socket 939, Socket 940 и Socket AM2. Но впоследнее время AMD встала на путь унификации процессорного разъёма, зачто честь ей и хвала. Вскоре все настольные чипы перейдут «под крыло»Socket AM2, а экстремальные (как в плане быстродействия, так и в планестоимости) Athlon 64 FX опять станут походить на серверные Opteron, ноуже серии 2ххх, что выпускаются под Socket F.
Однако следующиедва года готовят нам встречу с тремя новыми процессорными разъёмамиAMD: Socket AM2+, Socket AM3 и Socket F+. С ними будут выпускатьсячипы, основанные на архитектуре, условно названной K8L. Что это такое,какие процессоры будут представлены на её базе, а также смогут ли онидать достойный ответ производительным Intel Core 2 Duo – в этом мы ипопробуем разобраться.
Архитектурные изменения
Главнаяособенность обновлённой архитектуры K8 заключается во внесенииизменений в алгоритмы вычисления. Эти так называемые архитектурныеизменения должны будут вывести производительность процессоров AMD хотябы на сравнимый с Core 2 Duo уровень. Конечно, при работе на одинаковыхтактовых частотах.
Примерные улучшения, «грозящие» процессору K8L
Всепроцессоры K8 производят выборку команд из L1-кэша блоками по 16 байт.Такой темп позволяет умещать в один блок до четырёх команд длиной по 4байт или до трёх длиной по 5 байт. Однако длина может быть и больше.Таким образом, эффективность может оказаться ниже заявленной. ПроцессорCore 2 Duo также делает выборку по 16 байт. Но у него есть специальныйбуфер, кэширующий циклы размером до 64 байт. Отчасти это позволяетобойти ограничение 16-байтной выборки. В K8L AMD планирует увеличитьвыборку команд до 32 байт.
Помимо этого, будет улучшена схемаработы с SSE-командами. Как известно, их разрядность составляет 128бит. Но из-за 64-битных регистров процессора их приходится обрабатыватьпо частям: сначала одну половину, а потом вторую. В K8L разрядностьблоков, работающих с SSE, будет увеличена до 128 бит. Таким образом,AMD избавится от ещё одного узкого места.
Одним из самых узкихмест в архитектуре K7 и K8 была разрядность шины, объединяющей кэшипервого и второго уровней. Если в K7 с этим было совсем плохо (еёширина составляла 64 бит, тогда как уже в Pentium III на ядреCoppermain она была 256 бит), то в K8 AMD несколько улучшила ситуацию.Она добавила второй 64-битный канал. Однако каждый из них используетсядля передачи данных только в одну сторону. То есть шина кэша как быравна 128 бит, но на самом деле более 64 бит данных в одну сторону непередашь. Выходит, что двукратная эффективность достигалась далеко нево всех случаях.
Насчёт изменения этой ситуации в K8L покаизвестно только то, что процессор одновременно сможет производить либодве операции чтения, либо одно чтение и одну запись. Но этого такжеможет оказаться недостаточно, если ширина каналов, связывающих кэши L1и L2, не возрастёт.
Продолжая тему кэша, необходимо упомянуть икэш третьего уровня. По вышеприведённому слайду ясно видно, чтопроцессор будет выполнен по «настоящему» четырёхъядерному дизайну. Судяпо всему, это означает наличие общего для всех ядер L3-кэша. Этонововведение должно поднять эффективность обмена данными между ядрами.Сегодня обмен производится с использованием шины памяти, что,согласитесь, совсем малоэффективно из-за высокой латентности такогоспособа.
В Core 2 Duo эта проблема решается благодаряиспользованию общего кэша второго уровня. Но в своих первыхчетырёхъядерных процессорах Intel собирается отказаться от такой схемы.В ЦП Kentsfield (версия для производительных настольных компьютеров) иClovertown (серверная версия) она банально объединит в одном корпуседва кристалла Conroe и Woodcrest соответственно. Получится, что четыреядра будут иметь попарно общий L2-кэш, но для обмена информацией сдругой парой придётся прибегать к системной шине, что ещё менееэффективно, чем в случае с процессорами AMD64, где контроллер памятивстроен прямо в процессор. Так что будет очень интересно, что жеокажется быстрее: K8L или новые четырёхъядерники Intel.
Процессорные разъёмы, новый тип памяти и HyperTransport 3.0
AMDвсегда гордилась тем, что после очередного обновления линейкипроцессоров не приходится менять материнскую плату для ихиспользования. Формально почти любой чип Socket A можно установить влюбую плату, причём так, чтобы это всё заработало (конечно, не безшаманства с бубном и танцами, но всё же). Однако перенос контроллерапамяти на кристалл изменил эту ситуацию.
При смене типа памятиили добавлении ещё одного канала теперь приходится менять ипроцессорный разъём. Это случилось уже два раза: при переходе от Socket754 к Socket 939 (был добавлен второй канал памяти) и от Socket 939 кSocket AM2 (внедрена поддержка DDR2). В будущем нас ждёт как минимумещё один тип памяти: DDR3. Неудивительно, что многие потенциальныепокупатели систем Socket AM2 насторожились, – его может хватить опятьна год-два, а после этого для замены процессора придётся докупать новуюплату и память.
И действительно, так и есть, но только отчасти.К 2008 году современный Socket AM2 сначала сменится на Socket AM2+, азатем на Socket AM3. Сведём все свойства этих разъёмов в одну таблицу:
Разъём
Socket AM2
Socket AM2+
Socket AM3
Поддержка памяти
DDR2
DDR2
DDR2, DDR3
Версия HyperTransport
1.0
3.0
3.0
Поддержка процессоров
Rev F/G (K8)
Rev B (K8L)
Будущие 45 нм ЦП
Rev F/G (K8)
Rev B (K8L)
Будущие 45 нм ЦП
Будущие 45 нм ЦП
Частота HyperTransport
2,0 ГГц
Больше 4,0 ГГц
Больше 4,0 ГГц
Тип соединения
Параллельный
Параллельный
Последовательный
Мониторинг температуры
Диод
Диод и FSI
FSI
Размер BIOS
4 Мбит
8 Мбит
8 Мбит
Размер кэша
2×1 Мбайт
2×1 Мбайт
2×1 Мбайт
Дата выхода
Май 2006-го
3-й кв. 2007-го
2-й кв. 2008-го
Первое,что бросается в глаза, – обратная совместимость процессоров под SocketAM2+ и Socket AM3 с Socket AM2. Да, да – даже внедрение поддержки DDR3никак не отразится на совместимости современных плат с будущими ЦП. AMDсмогла достичь этого довольно просто: новыйконтроллер памяти сможет работать как с DDR2, так и с DDR3. Нечтоподобное мы могли наблюдать при переходе на DDR2: первая серия чипсетовIntel 915 могла работать как с DDR, так и с DDR2. Конечно, неодновременно. То же самое произойдёт и при переходе на DDR3. Вследующем году Intel представит чипсеты серии Bearlake, которые смогутработать с двумя типами памяти – DDR2 и DDR3.
Вместе с тем всерверном сегменте наблюдается несколько иная ситуация. С выходом Xeonна ядре Woodcrest Intel выпустила новый чипсет, поддерживающий FB-DIMM.Главное преимущество этих модулей заключается в большой ёмкости. Новместе с тем мы получили очень большие задержки (а, как известно,именно из-за них AMD в своё время не торопилась с переходом на DDR2) итепловыделение.
Высокое тепловыделение модулей FB-DIMM сводит на нет все преимущества низкого TDP новых Xeon
Степловыделением вообще отдельная история. На недавно проведённойпрезентации в Москве AMD открыто говорила о высокой тепловойэффективности новых чипов Xeon. Но из-за сильно греющихся чипсетов имодулей памяти энергопотребление всей системы в целом оказывается выше,чем у основанной на базе Opteron. Неудивительно, что AMD изначальноотносилась к FB-DIMM скептически. И, судя по всему, даже Intel начинаетпризнавать очередное своё упущение в вопросе памяти (заметим, далеко непервое упущение такого рода).
Сегодня второй производитель процессоров принимает активное участие в разработке новоготипа памяти DDR3. Новые модули позволят поднять пропускную способностьв два раза в сравнении с DDR2. Кроме того, новый тип позволит выпускатьпланки ёмкостью от 512 Мбайт до 32 Гбайт, что уже как минимум сравнимос современными FB-DIMM. Кстати, если FB-DIMM каким-то макаром всё жевыживет и получит широкое распространение, AMD внедрит и его поддержку.Так что здесь всё зависит от «as market requires».
Вернёмся кнашим процессорным разъёмам. Единственным серьёзным отличием Socket AM2от Socket AM2+ станет внедрение поддержки новой шины HyperTransport3.0. Она должна будет поднять пропускную способность на участке«процессор-чипсет», а также «процессор-процессор» в случае Opteron ибудущих Athlon 64 FX. Что интересно, скорость новой шины будет зависетьот частоты процессора. Эту зависимость хорошо отражает следующая таблица:
Частота процессора
Частота тактового генератора
Пропускная способность HyperTransport
2,0 ГГц
1,5 ГГц
12,0 Гбайт/с
2,1 ГГц
1,5 ГГц
12,0 Гбайт/с
2,2 ГГц
1,6 ГГц
12,8 Гбайт/с
2,3 ГГц
1,7 ГГц
13,6 Гбайт/с
2,4 ГГц
1,8 ГГц
14,4 Гбайт/с
2,5 ГГц
1,8 ГГц
14,4 Гбайт/с
2,6 ГГц
1,9 ГГц
15,2 Гбайт/с
2,7 ГГц
2,0 ГГц
16,0 Гбайт/с
2,8 ГГц
2,0 ГГц
16,8 Гбайт/с
2,9 ГГц
2,1 ГГц
16,8 Гбайт/с
3,0 ГГц
2,2 ГГц
17,6 Гбайт/с
3,1 ГГц
2,3 ГГц
18,4 Гбайт/с
3,2 ГГц
2,3 ГГц
19,2 Гбайт/с
3,3 ГГц
2,4 ГГц
19,2 Гбайт/с
3,4 ГГц
2,5 ГГц
20,0 Гбайт/с
3,5 ГГц
2,6 ГГц
20,8 Гбайт/с
Всравнении с HyperTransport, что применяется в современных чипах AMD,пропускная способность возрастёт минимум в два раза (сегодня онасоставляет 6,4 Гбайт/с). А для самых быстрых представителей новыхпроцессоров, частота которых достигнет в ближайшие год-два 2,9-3,0 ГГц,этот показатель возрастёт в три раза.
Кроме того, намгарантируется обратная совместимость со старой шиной. Конечно, еслиустановить ЦП с поддержкой HT 3.0 в Socket AM2, он будет обмениватьсяданными с чипсетом на сниженной скорости. Но благодаря тому, чтоконтроллер памяти встроен в процессор, это вряд ли приведёт ксерьёзному падению производительности. Исключением могут статьчетырёхъядерные процессоры – там повышенная пропускная способность HT3.0 может оказаться более востребованной.
Все остальныеизменения, ожидаемые при переходе на Socket AM2+ и Socket AM3, не стользначительны. Они касаются нового типа BIOS, а также изменённогомониторинга рабочего состояния процессора (температуры, напряжения).Что касается сроков появления новых разъёмов на рынке, то Socket AM2+мы сможем «потрогать» уже через год, а Socket AM3 выйдет не ранеевторого квартала 2008 года. Но, опять же, это неофициальная информация,и она может измениться.
Новый техпроцесс, частоты процессоров, технологии энергосбережения
Несекрет, что AMD всегда отставала от Intel в плане внедрения новыхтехнологических процессов производства. Например, Intel сегодня ужепрекратила выпуск чипов по техпроцессу 0,09 мкм и перешла на нормы0,065 мкм, а AMD сделает это только в следующем году, когда Intel ужепредставит чипы 45 нм. Однако второй производитель процессоров доводитсвои технологии до такого уровня, что при сравнимых показателяхпроизводительности тепловыделение процессоров если и выше, чем уконкурента, то не намного.
Современные ЦП AMD в среднем выделяют68 Вт тепла. У самых производительных версий этот параметрувеличивается до 95 Вт, а у экстремальных Athlon 64 FX составляетвнушительные 120 Вт. Примерно такая же схема сохранится и при переходена архитектуру K8L.
Ядро
Intel Yorfield
AMD Altair FX
AMD Altair
AMD Antares
AMD Arcturus
AMD Spica
Возможное официальное название
Quad 2 Extreme
Athlon 64 FX
Athlon 64 X4
Athlon 64 X2
Athlon 64 X2
Sempron
Позиционирование
Ultimate performance
Ultimate performance
Performance
Mainstream
Low mainstream
Value
Число ядер
4
4
4
2
2
1
Техпроцесс
45 нм
65 нм
65 нм
65 нм
65 нм
65 нм
Частота
?
2,7-2,9 ГГц
2,7-2,9 ГГц
2,0-2,9 ГГц
2,1-2,3 ГГц
?
Размер L2
?
4×512 Кбайт
4×512 Кбайт
2×512 Кбайт
2×512 Кбайт
?
Размер L3
?
2 Мбайт
2 Мбайт
2 Мбайт
—
—
HyperTransport
—
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
Пропускная способность HT 3.0
—
4,0-4,2 ГГц
4,0-4,2 ГГц
3,0-4,2 ГГц
3,0-3,4 ГГц
?
Технология виртуализации
Intel VT
AMD-V
AMD-V
AMD-V
AMD-V
AMD-V
TDP
?
125 Вт
125 Вт
35/65/89 Вт
65 Вт
?
Разъём
LGA775
Socket F+
Socket AM2+
Socket AM2+
Socket AM2+
Socket AM2+
Дата выхода
3-й кв. 2007-го
3-й кв. 2007-го
3-й кв. 2007-го
3-й кв. 2007-го
4-й кв. 2007-го
4-й кв. 2007-го
Первоначальночетырёхъядерные процессоры будут доступны только в сегменте дляэнтузиастов, поэтому их тактовые частоты постараются поднять домаксимума, который, по неофициальным данным, составит 2,9 ГГц.Согласитесь, весьма неплохо для процессора с четырьмя ядрами. Но вотTDP таких чипов будет далек от идеала. 125 Вт – это максимум длясовременных процессоров, и именно таким тепловым пакетом будут обладатьновые Athlon 64 FX (ядро Altair FX) и Athlon 64 X4 (ядро Altair).
Болеескромны в этом отношении будут Athlon 64 X2 (ядро Antares). Взависимости от тактовой частоты их тепловыделение будет равно 35, 65или 89 Вт. При этом данные ЦП сохранят двухмегабайтный L3-кэш. Похоже,новые двухъядерные процессоры AMD будут получены путём отключения двухядер у Athlon 64 X4. Но в отличие от них обновлённые Athlon 64 X2 будутвыпускаться с гораздо большим разбросом тактовых частот: от 2,0 до 2,9ГГц.
Современные одноядерные Athlon 64 будут заменены на болееупрощённую версию будущих Athlon 64 X2 (те, что основаны на ядреAntares). В упрощённых Athlon 64 X2 (ядро Arcturus) не будет кэшатретьего уровня, а их тактовые частоты составят 2,1-2,3 ГГц. При этоммаксимальное тепловыделение не превысит 65 Вт.
Что касаетсябюджетного сегмента, то двух ядер там пока что не предвидится. Причёмэто касается как Intel, так и AMD. AMD собирается представить чипы,известные сейчас под кодовым именем Spica. Сохранят ли они официальноеназвание Sempron, пока не ясно. Также не ясно, какими характеристикамиони будут обладать. О последних известно только то, что будетподдерживаться шина HyperTransport 3.0.
Кстати, всё следующеепоколение процессоров AMD будет поддерживать технологию виртуализацииAMD-V, ранее известную под названием Pacifica. Это касается дажебюджетного ядра Spica. Не исключено, что Intel пойдёт на такой же шаг.Судя по всему, её внедрение обходится совсем «дёшево».
В численововведений архитектуры K8L также планируется внедрение новыхтехнологий энергосбережения. Именно благодаря им тепловыделение новыхчипов возрастёт не так значительно. Ожидается, что процессоры смогутдинамически регулировать тактовую частоту своих ядер. То есть если однозагружено на 100%, а другие, например, на 30%, то их частота будетпропорционально снижена. Современные двухъядерные процессоры пока умеюттолько отключать одно ядро целиком, если оно не занято.
Системная логика
Вполнеестественно, что с внедрением поддержки шины HyperTransport 3.0потребуется обновить все современные чипсеты. Формально все выпущенныеранее наборы микросхем будут совместимы с новыми процессорами, однакоих (процессоров) потенциал будет раскрыт не полностью. Так чтовыпущенные в этом году nForce серии 500 станут далеко не самымипоследними.
Но не одна NVIDIA будет обновлять свои продукты. Недавняя покупка ATI компаниейAMD позволит ей начать выпуск чипсетов для собственных процессоров, даещё и под собственной торговой маркой. Буквально на днях появилисьслухи, на основе которых можно составить более-менее целостную картинувыхода системной логики для ЦП AMD.
Hi-end-чипсеты ATI будут и дальше поддерживать технологию CrossFire
Сегоднянаиболее прогрессивным чипсетом ATI для процессоров AMD64 являетсяRadeon Xpress 3200, также известный как RD580. Тем не менее в первомквартале 2007 года он будет обновлён. Если сейчас предлагаетсяподдержка технологии CrossFire, позволяющей устанавливать двевидеокарты в два полноскоростных разъёма PCI Express x16, то в новой версиитаких разъёмов будет три. Две видеокарты будут вместе трудиться надпостроением кадра, а третья будет использоваться для расчёта физики.Кроме того, в этом наборе микросхем будет добавлена поддержка платформы4х4. То есть на его основе будут представлять платы с двумя разъёмамиSocket F, а впоследствии и Socket F+ (он обеспечит поддержку шиныHyperTransport 3.0). По сути, обновлённый RD580 – это аналог RD600, чтопредназначается для платформы Intel.
Следующим шагом станетвыход RD790. Этот чипсет уже будет ориентирован на новые процессорыK8L. Поэтому в числе нововведений значатся шина HyperTransport 3.0, атакже разъём Socket F+. Вместе с тем не исключается возможностьвнедрения поддержки интерфейса PCI Express 2.0, который позволитувеличить пропускную способность в два раза в сравнении со своей первойверсией. Также возможна поддержка установки до четырёх видеокарт посхеме 4x PCI Express x8 или двух по схеме 2x PCI Express x16. Неисключено, что это станет своеобразным «нашим ответом Quad SLI».
Новая линейка чипсетов ATI для рынков mainstream и low-end
Довольноскоро может появиться новая линейка чипсетов RX690, RS690 и RS690C. Всеони будут предназначаться для более дешёвых сегментов, нежели RD580.Первый из них будет основой для компьютеров среднеценовой категории. Онне будет поддерживать технологию CrossFire, в нём не будет встроенногографического ядра. Его включат в RS690. Ожидается, что в основуинтегрированной графики ATI новогопоколения ляжет GPU Radeon X700. Правда, число пиксельных конвейеровбудет урезано с 8 до 4. Но всё равно это будет куда как более быстрымрешением, нежели теперешнее встроенное ядро класса Radeon X300SE сдвумя конвейерами.
Следующее поколение серии 700 уже будеториентировано исключительно на архитектуру K8L. К сожалению, изхарактеристик этих чипсетов известно совсем немного. В них будетинтегрирована поддержка HyperTransport 3.0 (кто бы сомневался?).Интегрированная версияRS790 получит в своё распоряжение графическое ядро с поддержкой DirectX10, а в бюджетном RS740 останется совместимость со «старым» DirectX 9.
Такжек концу 2007 года можно ожидать появления нового южного моста SB700. Онзаменит современный SB600. Число портов USB возрастёт до 12, а числоканалов Serial ATA II до 6. Вместе с тем возможно внедрение поддержкивстроенной флэш-памяти. Не исключено, что это будет чем-то вродеаналога технологии Intel Robson.
Выводы
Через год AMDпроизведёт очередное массированное обновление линейки своихпроцессоров. Внесённые изменения коснутся основных вычислительныхблоков, что должно положительным образом сказаться на ростепроизводительности. Однако пока что неизвестно, помогут ли этиизменения противостоять Intel Core Architecture, если сравнивать чипы содинаковыми тактовыми частотами.
Несмотря на переход на новыепроизводственные нормы, частотный потенциал процессоров K8L будетпримерно таким же, как и у современных ЦП. Это объясняется увеличениемчисла ядер у старших моделей с двух до четырёх. Это изменение такжеповлияет и на максимальное тепловыделение наиболее производительныхчипов. Оно будет достигать 125 Вт, что много даже по меркам особо«горячих» Pentium 4.
Также, что немаловажно, ожидается обратнаясовместимость новых процессоров с современными материнскими платами подSocket AM2. Это коснётся даже чипов 45 нм, контроллер памяти которыхбудет поддерживать работу с DDR2 и DDR3.
В отношении чипсетовпроизойдёт логическое обновление, которое должно обеспечитьполноскоростной канал шины HyperTransport 3.0. Хотя не исключено, чтонекоторые из наборов микросхем станут поддерживать вторую версию шиныPCI Express, но первое время это будет касаться преимущественно версийдля самого производительного сегмента.
Intel, конечно же, небудет стоять в стороне, почивая на лаврах после выпуска Core 2 Duo.Несомненно, она представит четырёхъядерный процессор, дизайн которогобудет специально разработан под четыре ядра. Возможно, им станетYorfield, чьи примерные спецификации приведены в сводной таблицехарактеристик. В любом случае в ближайшие 2-3 года нас ждётожесточённая конкуренция на рынке процессоров, что должно будетвылиться в более высокую производительность, а заодно и в более низкуюстоимость.
Мой блог находят по следующим фразам