Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Застывшая в кремнии музыка: процессоры Opteron и Athlon 64

АрхивПлатформа
автор : Дмитрий Криканов   23.10.2007

По замыслу разработчиков, микроархитектура AMD K8 должна была начать своё триумфальное шествие с серверных процессоров, постепенно "спускаясь" до настольных и мобильных систем. Однако всё пошло несколько иначе.

По замыслу разработчиков, микроархитектура AMD K8 должна была начать своё триумфальное шествие с серверных процессоров, постепенно "спускаясь" до настольных и мобильных систем. Однако всё пошло несколько иначе.

Микроархитектура-многостаночница

Поскольку в серверном сегменте с 32-разрядной архитектурой делать было уже нечего, а пользователи настольных процессоров были не готовы одним махом отказаться от двадцатилетнего наследия программ архитектуры х86, AMD решила одной микроархитектурой угодить и тем, и другим, обеспечив обратную совместимость 64-разрядного ядра с х86-кодом.

На основе новой микроархитектуры AMD создала три линейки процессоров: серверный Opteron, настольный Athlon 64 и его модификацию Athlon 64 FX – "процессор для энтузиастов", как его называла сама AMD. В мобильный же сегмент "перекочевали" только Athlon 64, претерпев незначительные изменения.

Первые процессоры выпускались по технологическому процессу 130 нм, но за счёт технологии "кремний-на-диэлектрике" (SOI) удалось снизить паразитные ёмкости и задержки доступа по сравнению с "чистым" техпроцессом 130 нм. В результате, как за счёт технологии SOI, так и благодаря оригинальным схемотехническим решениям, новая микроархитектура обладала высокой эффективностью работы с памятью.

Серверные процессоры Opteron

Впервые микроархитектура К8 была реализована в процессорах Opteron. К тому времени 64-разрядная архитектура стала нормой для серверных систем, а острой необходимости в запуске 32-разрядного кода на серверах не было.

Таким образом, основное преимущество Opteron заключалось в возможности организации высокоэффективных многопроцессорных систем. Благодаря использованию технологии HyperTransport двухпроцессорную систему было так же просто организовать, как и восьмипроцессорную. Кроме того, встроенный в процессорный кристалл контроллер памяти позволял значительно обогнать конкурентов, в частности, Intel Xeon, по времени задержки доступа к памяти и её пропускной способности.

Opteron на ядре SledgeHammer

Процессоры на ядре SledgeHammer изготавливались по техпроцессу 130 нм и работали на частотах от 1,4 до 2,4 ГГц и могли использоваться в одно-, двух- и восьмипроцессорных системах. Объём кэш-памяти первого уровня составлял 128 Кб. Кэш второго уровня работал на полной частоте ядре и составлял 1 Мб. Однако, если вспомнить о том, что кэш-память ещё со времён К7 является эксклюзивной, то разделение на уровни можно считать условным. Кроме того, помимо "обязательной программы" в виде MMX и 3DNow!, процессоры поддерживали наборы инструкций SSE и SSE2.

Примечательной особенностью процессоров Opteron стала технология NX bit (Not eXecute bit - бит неисполнения), основной целью которой была аппаратная защита от вредоносного программного кода. Суть технологии состоит в том, что область памяти, отмеченная битом неисполнения, может только хранить данные. Если же в эту область записываются какие-либо инструкции, то они всё равно не могут выполняться. Такой подход позволил защитить систему от "подселения" вредоносного кода в программу, а также от нападений "с переполнением буфера".

Opteron на ядрах Venus, Troy и Athens

По всей видимости, AMD так понравилось давать красивые имена своим разработкам, что при переходе на техпроцесс 90 нм каждая из трёх модификаций ядра получила отдельное название. Так, ядро Venus предназначалось для использования в однопроцессорных системах, ядро Troy - в двухпроцессорных, а Athens - в восьмипроцессорных.

Новые ядра работали на более высоких, по сравнению со SledgeHammer, тактовых частотах: от 1,6 до 3,0 ГГц. Скорость системной шины также была увеличена с 400 до 500 МГц, что давало в результате 1000 МГц за счёт передачи данных по фронту и спаду сигнала. Объём кэш-памяти остался прежним, а набор поддерживаемых инструкций дополнила SSE3.

Настольные процессоры Athlon 64

Линейка процессоров Athlon 64 предназначалась для использования в настольных системах. Здесь уже микроархитектура К8 выглядела более представительно, нежели в серверном сегменте. Это обстоятельство даже всерьёз обеспокоило Intel. Корпорация в срочном порядке "состряпала" Pentium IV Extreme Edition, который сразу же окрестили "emergency edition", что в вольном переводе означает "скорая помощь".

Новый Pentium был чисто маркетинговым ходом и был призван "оттянуть" внимание от AMD. Однако сделать это было достаточно трудно. Новая 64-разрядная микроархитектура процессоров Athlon 64 сама по себе была довольно привлекательной, а в сочетании с активной маркетинговой поддержкой становилась привлекательной вдвойне. Справедливости ради стоит отметить, что Athlon 64 не получили столь широкого признания, как рассчитывала AMD, однако семейство Pentium и вовсе оказалось "в тени", и, по большому счёту, AMD своей цели добилась.

Athlon 64 на ядрах ClawHammer и NewCastle

Чтобы подчеркнуть "благородное" происхождение процессоров Athlon 64, название ядра было выбрано в соответствии с названием первого Opteron. Так, если серверное ядро звалось SledgeHammer ("кувалда"), то первое ядро настольного процессора получило имя ClawHammer ("молоток"). На этом поэзия заканчивалась, и следующее ядро уже носило ни к чему не обязывающее название NewCastle. Строго говоря, NewCastle - это был тот же самый ClawHammer, только с "урезанным" вдвое кэшем второго уровня. В остальном же эти ядра были практически идентичны.

Процессоры Athlon64 унаследовали от своего могучего прародителя практически всё - техпроцесс 130 нм, тактовые частоты от 1,8 до 2,4 ГГц, поддержку инструкций MMX, 3DNow!, SSE и SSE2, технологию NX bit и полноскоростной кэш второго уровня.

Единственный неприятный момент - процессоры рассеивали до 90 Вт и требовали серьёзного охлаждения. Для этого AMD внедрила технологию со звучным названием Cool'n'Quiet, во многом похожую на Intel SpeedStep. Суть технологии состояла в снижении частоты процессора при выполнении нетребовательных к ресурсам задач. В результате, несмотря на высокое пиковое тепловыделение, процессор мог довольствоваться штатной системой охлаждения, не перегреваясь.

Athlon 64 на ядрах Winchester, Venice и San Diego

С переходом на технологический процесс 90 нм AMD "перевыпустила" ядро NewCastle по новым нормам, назвав его Winchester. Новое ядро технически ничем не отличалось от оригинала, но более сложный техпроцесс позволил сократить тепловыделение до 67 Вт.

Следующие ядра, Venice и San Diego, выпускались также по нормам 90 нм, но изготавливались с применением технологии "напряжённого кремния", разработанной совместно с IBM. Технология позволила повысить скорость работы транзисторов на 35%, однако тактовые частоты процессоров при этом остались в прежнем диапазоне - от 1,8 до 2,4 ГГц.

От своего предшественника ядра Venice и San Diego отличались возможностью исполнять инструкции SSE3, а также увеличенным до 1 Мб объёмом кэша второго уровня у ядра San Diego. Тепловыделение процессоров также осталось на уровне 67 Вт, хотя старшие модели с частотой 2,4 ГГц всё-таки "грешили" излишним нагревом до 87 Вт.

"Процессоры для энтузиастов" - Athlon 64 FX

Серия Athlon 64 FX предназначалась главным образом для геймеров. Процессоры строились на базе "раскочегаренных" серийных ядер. Первый Athlon 64 FX строился на основе серверного ядра SledgeHammer. В дальнейшем были выпущены процессоры на ядрах ClawHammer и San Diego.

Тактовые частоты и частоты системной шины процессоров были максимально увеличены, а объём полноскоростной кэш-памяти второго уровня составлял 1 Мб. Однако самое приятное заключалось в том, что все множители процессора были полностью разблокированы. Это давало пресловутым "компьютерным энтузиастам" просторное поле для экспериментов, что было сразу же оценено это по достоинству.

AMD K8: не К7, но тоже неплохо!

По заявлению самой AMD, микроархитектура K8 получилась не столь удачной, как легендарная К7, однако в целом выглядела очень достойно. По крайней мере, новая разработка сумела выполнить "задачу-минимум" - привлечь всеобщее внимание к корпорации и заставить говорить об AMD, как о создателе "первой в мире" микроархитектуры. И если объективная польза от архитектуры х86-64 остаётся предметом для обсуждения, то следующий шаг корпорации однозначно снимал все вопросы - AMD готовила выпуск многоядерных процессоров. И, опять же, первых в мире.

Однако на этот раз AMD опоздала. Заявив ещё в 2002 году о планах создания двуядерного процессора, приступить к выпуску AMD смогла только в 2005. За это время IBM, Sun и Intel успели выпустить свои многоядерные процессоры. АMD же оставалось только догонять конкурентов и гордиться своей "первой в мире" микроархитектурой К8.


Предыдущие статьи цикла:
© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.