AMD Bulldozer – prve informacije

Prošlo je četiri godine od kada je AMD lansirao procesorsku arhitekturu Stars, na kojoj su zasnovane kompletne aktuelne linije Athlon i Phenom II. K10, kako su je neki po inerciji krstili, bila je unapređenje popularne K8, na kojoj su se bazirale generacije procesora Athlon 64 i Opteron. Unapređenja su se ogledala u omogućavanju rada sa četiri jezgra, povećanju efikasnosti (Cool’n’Quiet 2.0), optimizovanijoj hardverskoj virtuelizaciji, te implementaciji deljene L3 keš memorije.

Jasno, četiri godine je dug period, u kome je i sama arhitktura Stars evoluirala. Prva verzija patila je od tzv. TLB greške, koja je relativno brzo otklonjena, ali ne i lako zaboravljena. Pravo unapređenje došlo je prelaskom sa 65 na 45 nanometara. Ovaj tehnološki proboj doneo je podršku za DDR3 memoriju i trostruko veću količinu L3 keša, uz povećanje štedljivosti i smanjenje zagrevanja. Tada je AMD konačno postao konkurentan Intelovoj aktuelnoj arhitekturi Penryn, kao i njenom unapređenju u 45 nm po imenu Merom. No, tada je Intel izbacio Nehalem i AMD je mogao da mu parira samo u nižem i srednjem segmentu – najbrži Core i5 i i7 procesori bili su nedostižni čak i za najbrže Phenom procesore. Jaz se samo produbio nakon što je Intel predstavio 32-nanometarski Westmere. Samo zahvaljujući agresivnoj cenovnoj politici i, reklo bi se, nezainteresovanošću Intela da AMD dobije u svakom segmentu, AMD je uspeo da sa vremešnom arhitekturom zadrži solidan udeo na desktop tržištu. Dolaskom najnovije Intelove arhitekture Sandy Bridge, AMD se našao u poziciji biti il’ ne biti. Izbacivanjem familije APU stvoren je manevarski prostor na notebook tržištu, kao i na mainstream desktop tržištu. Međutim, i dalje je ostalo otvoreno pitanje High Enda, kao i serverskog tržišta, gde je AMD u proteklih pet godina stekao odlične pozicije koje su Xeoni, bazirani na aktuelnim Intelovim arhitekturama, ozbiljno ugrožavali.

Kad se sve to ima u vidu, jasno je zašto se pred novu AMD-ovu arhitekturu, koja se već duže vreme najavljuje, stavljaju tako velika očekivanja. Hoće li biti ispunjena, saznaćemo u idućem broju, kada nam konkretna materijalizacija ove nove arhitekture dođe na test. U ovom broju pozabavićemo se ključnim detaljima u vezi sa samom arhitekturom, koju AMD naziva Bulldozer.

Jedan od osnovnih problema s kojima se AMD susreo pre četiri godine, kada je lansirao arhitekturu Stars, bila je činjenica da je njena prva implementacija u formi četvorojezgarnih Phenom procesora realizovana u 65-nanometarskoj tehnologiji. Posledica kombinovanja nove arhitekture i stare tehnologije izrade bila je prevelik čip koji se mnogo zagrevao i teško dostizao više radne taktove. Tek kada je Stars implementiran na 45 nm SOI tehnologiji, dobili smo Phenome koji su imali odgovarajuće dimenzije, potrošnju i frekvencije, no tada su Intelovi procesori Core zagospodarili tržištem.

U slučaju Bulldozera, AMD je odlučio da ne ponovi istu grešku. Naime, za ovu arhitekturu od starta je predviđeno da koristi najnapredniji 32-nanometarski proizvodni proces, uz primenu tehnologija SOI i HKMG za smanjenje potrošnje i povećanje radnog takta. Ovo je prvi procesor iz AMD-a koji koristi tehnologiju HKMG, a Intel je koristi od prethodne generacije 45 nm modela. Pored HKMG, koja omogućava više radne frekvencije, AMD koristi i silicijum-germanijum kako bi unapredio performanse. Procesore zasnovane na arhitekturi Bulldozer proizvodiće Globalfoundries, kompanija koja je otkupila AMD-ove fabrike, pa i onu u Drezdenu gde će Bulldozer biti proizveden.

AMD naglašava da se nova arhitektura zasniva na tri osnovna principa – modularnost, deljenost resursa i energetska efikasnost. Cilj ovakvog pristupa je podizanje efikasnosti u multithreadovanom softveru, uz minimalnu redundantnost resursa. Naravno, to nije samo AMD-ova agenda. Navedenom cilju teže svi proizvođači procesora, na čelu sa Intelom. Ta kompanija ovom problemu pristupa kroz implementaciju tehnologije Hyper-Threading. Originalni naziv za HT je Simultani Multi Threading (SMT), koji deskriptivno govori da je paralelizacija postignuta simultanim izvršavanjem dva threada. Oba threada istovremeno koriste slobodne jedinstvene resurse pojedinačnog jezgra. Kao i u slučaju bilo kojih resursa, oni nisu beskonačni i jasno su definisani arhitekturom. U prevodu, to znači da postoji gornja granica efikasnosti tehnologije SMT i ona se kreće do oko 30 procenata u najoptimizovanijim aplikacijama.

AMD je odlučio da pristupi problemu na drugačiji način, koji bi se najlakše mogao nazvati srednjim putem između dve suprotnosti. Dok s jedne strane postoji SMT, koji ima na raspolaganju samo jedno jezgro za oba threada, a s druge Chip-level Multi Processing (CMP), koji za svaki thread ima po jedno namensko jezgro, kao srednje rešenje nameće se pristup koji svakom threadu obezbeđuje po jedno integer jezgro, ali istovremeno deli ostatak izvršnih jedinica između dva threada. Implementacija jednog ovakvog koncepta je pionirski poduhvat u svetu procesora i s tim u vidu sasvim je jasno zašto je AMD-u trebalo toliko dugo da ovaj jedinstveni dizajn i materijalizuje.

Osnovnu gradivnu jedinicu arhitekture Bulldozer čini pomenuto integer jezgro. Ono se sastoji od četiri Out-Of-Order pajplajna (arhitektura Stars imala je tri integer pajplajna), u kojima se obrađuju instrukcije i L1 keš memorije, sa pripadajućim TL baferima. Dva takva jezgra čine sledeći korak arhitekture, koji AMD naziva modul. Pored dva integer jezgra, modul se sastoji i od FPU jedinice, čije resurse dele oba jezgra. Modul je upotpunjen sa 2 MB L2 keš memorije, koja je takođe deljena između pripadajućih jezgara. Modul je zaokružen pripadajućim L1 instrukcijskim kešom, četiri x86 dekodera, jedinicom za zahvatanje instrukcija (Fetcher) i jedinicom za predviđanje grananja. Sve navedene jedinice deljene su između dva integer jezgra.

Zahvaljujući modularnom pristupu organizaciji, moguće je kombinovati broj modula, a AMD će na početku spojiti četiri modula kako bi dobio pravi OctaCore – osmojezgarni procesor. Moduli između sebe komuniciraju preko integrisanog northbridgea, koji čine SRQ i Crossbar jedinice sa pripadajućim kontrolerima, memorijskim, keš i i HyperTransport kontrolerom. Podaci koje jezgra razmenjuju smeštaju se u L3 keš memoriju kapaciteta 8 MB. Trećestepeni keš deljen je na nivou modula i povezan je na SRQ preko L3 kontrolera. Integrisani memorijski kontroler podržava DDR3 memoriju i dvokanalni rad. U memorijski kontroler implementiran je niz tehnologija za uštedu energije u trenucima kada se ne zahtevaju podaci iz RAM-a.

Deljena FPU jedinica arhitekture Bulldozer donosi najzanimljivije novitete. Naime, AMD je u fleksibilni FPU implementirao sve postojeće SSE tehnologije, od prve do verije 4.2. Sve su kompatibilne sa Intelovim tehnologijama, što je posledica „sravnjivanja računa” između dve kompanije. To u prevodu znači da Bulldozer procesori neće kaskati za Intelovim procesorima ako je neki softver bolje optimizovan za poslednji set SSE instrukcija, koje po pravilu prvi dobijaju Intelovi modeli. Podržane su i instrukcije za hardversku akceleraciju AES enkripcije, kao i AVX vektorske instrukcije, koje su do sada imali samo procesori sa Sandy Bridge jezgrima. Ono što je eksluzivno kada je u pitanju Bulldozer jesu dve nove instrukcije FMA4 i XOP, koje su namenjene primeni kod superkompjutera, odnosno u multimedijskoj akceleraciji.

AMD ostaje veran ideji da svaka nova arhitektura treba da bude univerzalna, u smislu da se na njoj baziraju i desktop i serverski procesori. S obzirom na opisanu poziciju AMD-a na serverskom tržištu, jasno je da se u razvoju određenih rešenja implementiranih u arhitekturu Bulldozer pažnja posvećivala i potrebama serverskog tržišta. S tim u vezi je i mogućnost da se može napraviti 16-core procesor ugrađivanjem dva 8-core čipa u procesorsko LGA pakovanje. Usled unapređenja implementiranih u memorijski kontroler, ovakav „dvočipni” dizajn neće imati nikakve negativne posledice po performanse. U domenu specifičnih serverskih optimizacija je i mogućnost manuelnog postavljanja maksimalne potrošnje (TDP-a) procesora. To je od koristi u ogromnim data centrima sa velikim brojem blade servera i specifičnim potrebama napajanja i hlađenja. Uostalom, dovoljno je malo razmisliti o odluci AMD-a da pristupi pionirskom rešenju za problematiku multithreadinga, pa je jasno da je to učinjeno zbog toga što su MT performanse najbitnija stavka za bilo kakav server.

Ono što nas svakako najviše zanima jeste to kako će se implementacija arhitekture Bulldozer pokazati u desktop primeni. Već u sledećem broju imaćemo opširan test prvog AMD-ovog desktop procesora zasnovanog na ovoj arhitekturi. Naziv mu je jednostavno FX, i to je sve što vam o njemu u ovom tekstu možemo otkriti. Petnaestog oktobra prestaje embargo na informacije o novom procesoru, pa preporučujemo da ne propustite novembarsko izdanje, gde ćete saznati ono što ovoga puta nismo mogli da podelimo sa vama.

Saša UZELAC