Обзор AMD FX. Что несут нам новые процессоры AMD Bulldozer?

На протяжении многих лет мы ожидали появления новой архитектуры процессоров от AMD. Уже в течение последних четырех лет мы знаем, что в скором времени появится архитектура Bulldozer, которая сможет вернуть позиции AMD в среднем и высшем ценовом диапазоне. Пока компания AMD разрабатывала свою новинку и каждые полгода откладывала выпуск новых процессоров на новом ядре, компания Intel активно захватывала рынки и представила столь совершенные процессоры, которые кажется заменить врятли чем удастся. Но нет, наконец мы дождались и в магазины начали поступать процессоры AMD FX на ядре Bulldozer. Чего нового несут в себе данные процессоры?
Новые процессоры изготавливаются по новому для AMD 32 нанометровому технологическому процессу. Данный технологический процесс лег в основу создания процессоров AMD Llano, обзоры которых были представлены на нашем сайте Мега Обзор. При этом у компании нет какой-либо логики создания новых перспективных решений. Если компания Intel достаточно агрессивно осваивает процессорный рынок, то она делает это последовательно. Как правило, вначале анонсируется новый технологический процесс, затем анонсируется новая микроархитектура процессоров. Данная очередность позволяет не "распылять" финансовый бюджет компании на множество проектов. У компании AMD нет никакой логики в создании новых перспективных решений. Пользователи годами ждут появления процессоров Bulldozer, а что будет за ним никому не известно. Даже после анонса новых процессоров, памятуя о проблемах с первыми партиями процессоров AMD Phenom, пользователи остерегаются - точно ли новые процессоры можно уже покупать?

О появлении какой-либо новой микроархитектуры процессоров после Bulldozer'а в течение последующей пятилетки от AMD - никто и не ожидает. Технология K10 успела сменить три поколения технологического процесса изготовления - от 65 нм до 32 нм, при этом о ее списании на данный момент не идет никакой речи. В течение этих пяти лет компания увеличивала количество ядер, играла с объемами кэш памяти, увеличивала максимальный частотный потенциал, но это не увеличивало кардинально производительность процессоров. Устаревающая архитектура K10 значительно менее эффективно расходует процессорное время в отличие от процессоров Intel Sandy Bridge. Тем самым, одни и те же вычислительные блоки процессоров, работающие на одной и той же частоте, показывают кардинально различные уровни производительности.

-- Картинка кликабельна --

Многие пользователи отметят, так зачем нам процессоры AMD, если на рынке существуют прекрасные решения от Intel? Ответ на этот вопрос прост - необходима постоянная конкуренция. Кроме AMD в сегменте персональных компьютеров у Intel нет конкурентов. Возможно, через несколько лет компания Samsung ворвется в данный сегмент рынка, и тогда мы сможем забыть о не совсем удачных решениях AMD, но на сегодняшний день мы не можем себе позволить не считаться с AMD. Компания Intel уже разработала новое поколение процессоров, которые должны заменить Intel Sandy Bridge. Анонс данных процессоров уже откладывался два раза. По прогнозам аналитиков это связано с монопольным положением Intel на рынке процессоров, поэтому у нее нет необходимости продавать новые процессоры, когда можно с успехом зарабатывать на процессорах существующего поколения.

Появление новых процессоров Bulldozer на рынке позволит несколько укрепить позиции AMD, но не более того. Компания не ставит свои процессоры в противовес топовым решениям Intel Core i7-2600, но периодически сравнивает их с ними, подчеркивая, что свои новые процессоры AMD FX компания предлагает по гораздо более низкой цене.

-- Картинка кликабельна --

Новое ядро Bulldozer оказалось кардинально переработанным решением, поэтому не может просто называться решением K11, как продолжение поколения процессоров K10. Новая архитектура приобрела новые явные преимущества и потеряла некоторые, которые присутствуют в процессорах K10. Главным преимуществом процессоров AMD являлась возможность создания процессоров с нечетным количеством рабочих ядер. Компания AMD вначале активно продвигала данную мысль и многие пользователи приобрели трехъядерные процессоры, которые при удачном исходе событий можно было легко превратить в четырехъядерные, путем разблокировки выключенного ядра.

Новые процессоры Bulldozer имеют парное расположение вычислительных ядер, что приводит к делению некоторых ключевых процессорных элементов. В частности, между ядрами делится кэш память второго уровня, блок вычислений FPU и т.д. Тем самым, если рассматривать два ядра процессора Bulldozer, это уже не совсем полноценные решения, относительно процессоров K10. Но именно этот подход позволяет усилить наработки в отдельных областях процессоров, за счет урезания количества необходимых транзисторов на указанных выше блоках процессорных ядер. Компания Intel в своих архитектурах достаточно длительное время придерживается данной технологии создания многоядерных процессоров, что позволяет ей создавать все более и более перспективные процессоры.

-- Картинка кликабельна --

Новым словом в микроархитектуре процессоров Bulldozer является блок Front end, который ранее не встречался в процессорах поколения K10. В задачи данного блока входит обработка поступающих команд перед началом их исполнения. В частности, данный блок отвечает за предсказание выполнения тех или иных действий. Например, предсказание переходов в коде инструкций, предсказание запроса последующих данных из оперативной памяти. Также имеется декодер, который отвечает за обработку присылаемых стандартных x86 инструкций в собственный вид для процессоров Bulldozer. Тем самым, Front end можно представить как "опухший блок" кэш памяти первого уровня.

За счет значительного расширения функционала, данный блок имеет явные преимущества перед одиночным блоком кэш-памяти первого уровня. В первую очередь, это повышение точности предсказаний запросов и переходов. Расширены каналы обработки инструкций. Теперь для этих целей имеется четыре канала.

Выше на рисунке представлена схема расположения блока Front end в ядре. Данная схема показывает явный недостаток всего этого - это разделение функциональности данного блока между двумя ядрами, что увеличит его загрузку при 100% загрузке обоих ядер.

-- Картинка кликабельна --

С выпуском Bulldozer'a компания AMD признала несостоятельность своей предыдущей архитектуры K10, каждый блок которого занималось обработкой одного потока инструкций. Блоки новых процессоров увеличены и теперь один блок выполняет сразу два потока команд, что позволяет ускорить производительность, не сильно увеличивая количество необходимых транзисторов.

Новые процессоры Bulldozer созданы с целью увеличения производительности любыми методами. Многие пользователи считают удачными процессоры с большим объемом кэш-памяти, так как они наиболее производительные. Новые процессоры Bulldozer опровергают данную теорию, так как в новой архитектуре отмечается уменьшение объема кэш-памяти первого уровня с одновременным повышением ее производительности.

-- Картинка кликабельна --

Если дальше листать презентацию AMD, посвященную новым процессорам, то наступает время ознакомления с блоком FPU новых процессоров Bulldozer. Данный блок в первых поколениях процессоров назывался "сопроцессором" и производил вычисления с плавающей точкой. Отсутствие данного блока лишало пользователя многих возможностей, в частности, некоторые игровые приложения наотрез отказывались работать в данных компьютерах. Появление программных эмуляторов не смогло решить задачу их отсутствия, так как эмуляция функций FPU требовало значительное количество процессорного времени.

Новые блоки FPU оказались кардинально переработанными. Вычислительные FMAC устройства стали универсальными и они готовы самостоятельно выполнять любые функции. Количество FMAC блоков два, что позволяет каждому процессорному ядру в блоке использовать один свободный 128-битный блок FMAC. Сразу же необходимо заметить, что разделение функций возможно не при всех операциях. Из-за того, что один блок FMAC 128-битный, для выполнения 256-битных команд FPU Необходимо объединение производительности сразу обоих блоков.

-- Картинка кликабельна --

Кэш память второго уровня является ключевым элементом любого процессора. Многие пользователи выбирают процессоры, обращая внимание на объем кэш-памяти второго уровня. Напомним, именно данным параметром отличались между собой процессоры Pentium и Celeron, Athlon и Duron. Появление процессоров с кэш-памятью третьего уровня позволило несколько снизить интерес пользователей к данному параметру, тем не менее, в процессорах Bulldozer имеется увеличенный объем кэш-памяти второго уровня. Теперь на один процессорный блок используется 2 мегабайта кэш-памяти второго уровня. В процессорах предыдущего поколения было лишь 512 мегабайт кэш-памяти второго уровня.

-- Картинка кликабельна --

Если вы внимательно следили за ходом описания вычислительного блока новых процессоров Bulldozer и его особенностей по сравнению с K10, то вы заметите, что вычислительный блок теперь содержит два ядра. Поэтому получается, что у двух ядер процессора в распоряжении 2 мегабайта кэш-памяти второго уровня.

Новые процессоры Bulldozer не остались обделенными и по объему кэш памяти третьего уровня. Средний объем составляет 8 Мбайт. На данный момент представлены лишь восьмиядерные процессоры, поэтому у всех процессоров объем кэш-памяти третьего уровня равен 8 мегабайтам. Кэш память третьего уровня общий для всех ядер. В то время как 2 мегабайта кэш-памяти второго уровня делится между двумя ядрами.

-- Картинка кликабельна --

Новые процессоры не имеют интегрированного северного моста, что освобождает их от необходимости иметь свободный множитель в сторону повышения для достижения какого-либо разгонного потенциала. Они сохраняют интегрированный контроллер оперативной памяти. Он не претерпел каких-либо изменений и остается двухканальным с поддержкой планок памяти типа DDR3.

---

Заключение
Новые процессоры Bulldozer лишь подтвердили правильное развитие идей компании Intel, которые были реализованы в процессорах Intel Sandy Bridge. Особенно это оказалось актуальным при рассмотрении технологии Turbo Core 2.0 процессоров Bulldozer. Данная технология отвечает за разгон процессорных ядер при простое остальных. Компания AMD также сообщает о контроле энергопотребления ядрами процессора, и только при его снижении, усовершенствованная технология Turbo Core 2.0 будет повышать рабочую частоту отдельного ядра. К примеру, топовый на сегодняшний день процессор AMD FX-8150 готов легко разогнать отдельное ядро до 4,2 Ггц при отсутствии необходимости в других ядрах.

Первые тестирования процессоров AMD FX-8150 показывают, что они могут обернуться головной болью пользователю, так как популярная операционная система Windows 7 не умеет с ними правильно работать. О появлении "заплатки", обучающий работать популярную операционную систему с микроархитектурой AMD Bulldozer, на момент написания статьи, не сообщалось.