5.14. Temos apibendrinimas

1.    Su mikroprocesorių šeima Pentium pasaulinėje rinkoje sėkmingai konkuruoja kompanijos AMD sukurti Krypton (K-5, K-6, K-7, Athlon) bei naujieji Hammer šeimos procesoriai, turintys x86 komandų sistemą.

2.    Ne vienerius metus kompanija AMD mikroprocesorių gamybos srityje atsilikinėjo nuo Intel’io visa mikroprocesorių karta ir tenkindavosi tik tuo, kad procesorius gamindavo naudodama licenzijuotas technologijas, tik įdiegdama keletą savo konstrukcinių patobulinimų.

3.    Atsiradus mikroprocesoriui Pentium, matydami pavojų būti visiškai išstumtiems iš mikroprocesorių rinkos, AMD ėmėsi kurti visiškai naują mikroprocesorių šeimą suderinamą su x86 mikroprocesorių šeima.

4.    K5 - tai pirmasis AMD procesorius, sukurtas nesinaudojant jokia Intel turima informacija (išskyrus mikrokodą x86), ir pirmasis, siūlantis didesnį produktyvumą, nei Intel procesoriai. Kaip teigia AMD, tokios programos, kaip Microsoft Excel, Microsof Word ar Corel Draw su mikroprocesoriumi K5 dirba 30% sparčiau, negu su tokio pat taktinio dažnio Pentium.

5.    Toks K5 produktyvumas pasiektas dėl padidintos priešatmintinės ir progresyvesnės superskalirinės architektūros. Vietoje Pentium naudojamų sudvejintų konvejerių sveikų skaičių apdorojimui, K5 mikroprocesoriuje naudojama superskaliarinė architektūra su keturgubu komandų pateikimu, penkiais apdorojimo blokais ir RISC branduoliu su unikaliu x86 komandų dekoderiu.

6.    1998 metų gegužės pabaigoje AMD pranešė apie savo naują produktą – mikroprocesorių K6 – II su superskaliariniu MMX komandų apdorojimu ir 3DNow! technologija, kurioje yra 21 nauja instrukcija, tarp kurių - pagreitinančios trimačių objektų vaizdavimą, palaikančios stereo garsą bei video. Tokios galimybės Intel mikroprocesoriuose buvo įgyvendintos žymiai vėliau, kai buvo išleistas procesorius Pentium III.

7.    Pagreitintas apdorojimas, naudojant 3DNow! technologiją, gaunamas dėl to, kad vietoje MMX komandų yra naudojamos analogiškos, bet dirbančios su slankaus kablelio formato duomenimis SIMD komandos.

8.    1999 metų viduryje pasirodė naujas kompanijos AMD procesorius – K7. Jis sudarytas iš 20 milijonų tranzistorių ir gaminamas pagal 0,25 µm technologiją, darbinis dažnis 500 MHz.

9.     Procesorius AMD K7 gali dekoduoti tris x86 komandas į šešias RISC komandas. Po dekodavimo RISC86 komandos patenka į buferį, kur laukia, kol bus įvykdytos viename iš procesoriaus vykdymo blokų. K7 buferis gali saugoti 72 operacijas (tris kart daugiau, nei K6) ir    išduoda po devynias - kiekvienam vykdymo blokui po vieną.

10.     Naujų mikroprocesorių AMD šeima įgijo pavadinimą Hammer. Pagrindinių plokščių gamintojai iš anksto pasiruošė ir jau pradėjo tiekti motinines plokštes su 754 ir 940 procesorių lizdais (jie skirti 64 bitų   procesoriams.).

11.     Aštunta AMD procesorių karta paremta visiškai nauja AMD64 technologija, kuri praplečia tradicinę x86 architektūrą. Rezultate ne tik gaunamas didesnis sistemos našumas, bet ir prasiplečia panaudojimo galimybės bei padidėja sistemos lankstumas.

12.     Strateginis perėjimas prie 64 bitų skaičiavimo remiasi pilnu suderinamumu su jau egzistuojančiu 32 skilčių standartu operacinėms sistemoms ir tuo pačiu galimybe naudoti 64 skilčių skaičiavimus ten, kur tai reikalinga.

13.  AMD64 technologija vysto standartinė x86 architektūrą ir leidžia formuoti vieningą infrastruktūrą 64 skilčių technologijoje, kuri pilnai suderinama su tradicine standartine x86 architektūra. AMD64 technologija saugo klientų investicijas: jie toliau gali naudotis savo 32 skilčių programomis ir produktais, kol patys nuspręs diegti naują 64 bitų programinę įrangą.

14.     Procesoriaus AMD Opteron™ mikroarchitektūra leidžia panaudoti unikalų lankstumą naudojant naujas 64 skilčių operacijų sistemas ir programas tuo pačiu palikdama pilną suderinamumą su jau egzistuojančiomis 32 bitų programinėmis priemonėmis.

15.     Nauja architektūra operuoja 64 bitų adresų registrais ir duomenimis, o tai leidžia praplėsti operatyviosios atmintinės adresuojamąjį lauką ir atsikratyti egzistuojančio 4 GB apribojimo, kuris kelia sunkumus projektuojant informacijos apdorojimo sistemas.

16.     Technologija HyperTransport™ – tai dar viena naujos AMD technologijos sudedamoji dalis. Tai efektyvi ir greita taškas – taškas tipo sąsaja, skirta ryšiams su lustais ir suprojektuota didelių duomenų srautų siuntimui būsimoms komutacinėms ir skaičiavimų platformoms.

17.     Technologija HyperTransport™  palaiko pikinį našumo barjerą iki 12.8 GB/s. Technologija HyperTransport™ siūlo idealius sprendimus daugeliui didelio pralaidumo reikalaujančių programų. HyperTransport™ panaudojimas pakelia sistemos našumą, panaikindama “siauras “ vietas duomenų sraute, praplėsdama duomenų srautą ir mažindama kreipties vėlinimą.

18.     AMD Sempron™ skirti vidutinės klasės staliniams ir nešiojamiems kompiuteriams.

19.     Pagrindinis dual core procesorių skirtumas nuo ankčiau nagrinėtų - tai technologija patalpinanti du branduolius tame pačiame luste. Visus skaičiavimus tuomet galima vykdyti  dviem srautais. Atlikdami, tarkime, video failo konvertavimą (kuris naudoja nemažai procesoriaus resursų) antrame plane, galime vykdyti kitas programas pirmajame plane.

20.     Pagrindinis tikslas kurio buvo siekiama naujo procesoriaus AMD Opteron™ - užtikrinti naują našumo lygį vartotojams. Norint tą pasiekti, įvestas optimalus balansas tarp darbo dydžio atliekamo per vieną procesoriaus darbo taktą ir galimybės kelti taktinį dažnį vystant technologinį procesą.

21.     AMD Opteron™ procesorius gaminamas pačiomis naujausiomis technologijomis, naudojant SOI (Silicon on Insulator) technologiją, kuri išsiskiria naujoms galimybėms kelti procesoriaus taktinį dažnį ir produktyvumą.

22.     AMD Opteron™ 4 branduolių sistema turi  galimybę naudoti AMD Virtualization™ (AMD-V) privalumus.

23.     Pagrindinės specializuotų procesorių branduolių kūrimo veikloje dalyvaujančios kompanijos yra Tensilica, ARC Cores, Hewlett Packard ir STMicroelectronics. Jų veiklos "ideologija" panaši, bet skirtingi uždaviniai ir rinka.

Pačių naujausių AMD procesorių sandaros, darbo principų ir charakteristikų apžvalga

AMD K10

K10 architektūra yra vystoma jau nuo 2007 metų, todėl iš esmės yra gana pasenusi. Kaip tyčia ant nosies yra revoliucinių „Bulldozer“ procesorių pasirodymas, bet duomenų apie juos vis dar nėra daug. Vis dėlto pačią architektūrą pasistengsiu apžvelgti kiek įmanoma plačiau, nes jau rytoj būtent ši AMD architektūra bus aktuali namų vartotojams, kai tuo tarpu K10 jau bus pamiršta.

K10 turi pirmtakę apie kurią nebuvo daug šnekėta. Kaip paaiškės vėliau iš mano aprašymo, pati K10 nėra jau tokia revoliucinė, kaip buvo skelbta. Detaliau sulyginus šias architektūras ir jų veikimo principus pasidaro aišku, kad tai tik patobulinta K8, kuri savyje kažko kardinaliai pakeisto neneša. Per daug nesigilindamas į K10 pradėsiu apžvalgą nuo šios architektūros neženkliai patobulintos versijos, kuri buvo pristatyta 2009 metais ir gavo pavadinimą K10.5. Beje, visa kompiuterio platforma komplektuojama su 4xxx serijos „Radeon“ vaizdo plokštėm ir šios architektūros procesoriais gavo pavadinimą „Dragon“. Esminis K10 ir K10.5 skirtumas yra pagaminimo technologija (tech. procesas), K10 buvo gaminamas pagal 65nm, tuo tarpu K10.5 jau naudojos 45nm gaminimo technologijos privalumais.

pav. Pirmojo K10 architektūros procesoriaus palyginimas su ankstesniais AMD procesoriais. (paimta iš tomshardware.com)

 

pav. Dviejų branduolių K8 architektūros ir keturių branduolių K10 architektūros procesorių palyginimas (paimta iš ixbt.com)

Kaip matome   paveikslėlyje, kartu su nauja architektūra esminiai nauji komponentai buvo trečiojo lygmens spartinančioji atmintis ir patobulinta sistemos magistralė „Hyper-Transport 3.0“. Tačiau buvo ir daugiau patobulinimų, apie kuriuos ir papasakosiu žemiau pateiktoje medžiagoje.

Galima pamatyti, kad nors tranzistorių gaminimo technologija sumažėjo, vis dėlto dėl papildomų dviejų branduolių AMD inžinieriams teko paaukoti daugiau vietos. Lustas tapo didesnis nors ir visi branduoliai buvo apjungti į vieną.

pav. 128 bitų pralaidumo atminties valdiklis prieš 64 bitų pralaidumo valdiklį (paimta iš amd.com)

Viena iš didesnių K10 naujovių – naujas atminties valdiklis. K8 architektūroje buvo naudojamas vienas 128 bitų atminties valdiklis, kurį galima buvo traktuoti kaip du apjungtus 64 bitų valdiklius. Kaip matome 2.9 paveikslėlyje, K10 architektūroje yra realizuoti du nepriklausomi 64 bitų valdikliai, kurie leidžia ženkliai sumažint kreipties laiką į atmintį. 64 bitų atskiri valdikliai yra efektyvesni už vieną 128 bitų būtent dėl to, kad šiuo metu naudojama atmintis yra 64 bitų. . Taigi, kai K8 architektūros procesoriui reikia nuskaityti duomenis tik iš vieno atminties bloko, jis to padaryti negali, tenka nuskaitinėt iš dviejų, taip didinant vėlinimą. Tokiu būdu iš K10 atminties valdiklio išgaunamas dvigubas pralaidumas, nes jis gali nuskaitinėti duomenis nepriklausomai.

K10 architektūra nesugebėjo parodyti jokių ypatingų rezultatų. Be to pirmieji egzemplioriai, kurie turėjo kodinius branduolių pavadinimus „Agena“ ir „Barcelona“ be viso to pagarsėjo dar ir taip vadinama TLB (Transliacijos asociacinis buferis) klaida. Ši klaida sutinkama visuose keturių branduolių B2 revizijos AMD procesoriuose ir gali išvesti sistemą iš rikiuotės stipriai ją apkraunant. Ypač didelę problemą klaida keldavo serverių segmente, kur sistemos nesklandumai skaudžiai atsiliepdavo jų savininkui. Vėliau buvo išleistas papildinys, kuris atjungdavo dalį loginių procesoriaus blokų, taip priversdamas jį dirbt stabiliai, tačiau labai sumažindamas bendrą našumą. Klaida buvo ištaisyta B3 revizijoje.

pav. Esminiai K10 technologiniai pranašumai prieš K8 (paimta iš amd.com)

·         Didesnis tranzistorių skaičius ir naujoji trečiojo lygmens spartinančioji atmintis, kuri apjungia procesorius.

·         SSE instrukcijų blokų pralaidumas padidintas nuo 64 bitų iki 128 bitų.

·         Pralaidumas tarp antrojo lygio spartinančiosios atminties ir atminties valdiklio taip pat padidintas iki 128 bitų

·         Pagerinta išsišakojimų nuspėjimo technologija.

K10 architektūra daug geriau nuspėja perėjimus ir atsišakojimus. Dėka šito pagerėja nuspėjimų tikslumas, o kuo tikslesnis perėjimų nuspėjimas, tuo efektyviau procesorius gali užkrauti savo vykdomuosius blokus.

Taip pat dvigubai padidintas gražinimo steko dydis. K8 architektūrai, vykdant ilgą užklausų grandinę, galima situacija, kai naujojo pradinio adreso įrašymui į steką neužtenka vietos. Tokiu būdu išsišakojimų nuspėjimas darosi neįmanomas. Dėka šio patobulinimo, tokio persipildymo galimybė ženkliai sumažinta.

·         Beeilė komandų užkrovimo technologija.

K8 ir „NetBurst“ architektūros procesoriai iškrauna apdorotus duomenis tik po to kai gauna naujus ir tai sulėtina našumą, nes dalis vykdomųjų procesoriaus blokų stovi „be darbo“. Savo ruožtu K10 turi galimybę naujus duomenis įkrauti dar neiškrovus senų.

pav. Supaprastinta K10 ir K8 architektūrų branduolio sandaros schema (paimta iš wikipedia.com)

pav. Procesoriaus AMD „Phenom II X6 1100T Black Edition“ sandaros chema. (paimta iš amd.com)

Šis procesorius turi šešis branduolius, kurie turi atskirą antrojo lygio ir bendrą trečiojo lygio spartinančiąją atmintį. Nors pavaizduota tik DDR2, tačiau procesorius turi ir DDR3 atminties kontrolerį. „Crossbar“ tipo sujungimas (kai į matricą turinčią daug išėjimų ir įėjimų sujungiami reikalingi įrenginiai) ir „HyperTransport“ magistralė.

lentelė. Phenom II šešių branduolių procesorių charakteristikų lentelė

2.3 lentelė. Phenom II keturių branduolių procesorių charakteristikų lentelė

lentelė. Athlon II keturių branduolių procesorių charakteristikų lentelė

2.5 lentelė. Vieno branduolio Sempron procesorių charakteristikų lentelė

Model number – procesoriaus modelis.

Step.(stepping) – revizija, procesoriaus versija.

Freq.– darbo dažnis.

Turbo – dažnis naudojant technologiją „Turbo Core“.

L2 cache – antrojo lygmens spartinančioji atmintis.

L3 cache – trečiojo lygmens spartinančioji atmintis.

HT – Hyper transport magistralės darbo dažnis.

Multi. – procesoriaus dažnio daugiklis.

Voltage – procesoriaus darbo įtampa.

TDP – išskiriamos šilumos kiekis vatais.

Socket – lizdo tipas.

Release date – pasirodymo data.

 

AMD bulldozer

Naujoji dar neišleista, bet jau pristatyta AMD kompanijos architektūra. Ši architektūra bus gaminama pagal 32nm technologinį procesą, o pirmieji viešajai rinkai skirti egzemplioriai bus prieinami jau netrukus.

Pasak AMD atstovų ši architektūra bus visiškai išsiskirianti nuo prieš tai buvusių K10 ir K8 (nors tą patį galima buvo girdėti ir prieš K10 pasirodymą). Pirmą kartą AMD realizuos Intel „Hyper-threading“ technologijos analogą. Taip pat „Bulldozer“ palaikys visiškai naujų instrukcijų rinkinį (SSE 4.1, SSE 4.2, CVT16, AVX ir XOP). Dar vienas nuo Intel nukopijuotas žingsnis – vaizdo branduolio integracija į procesoriaus lustą. Namų rinkai skirti „Bulldozer“ architektūros procesoriai palaikys iki 8 branduolių, tuo tarpu serverių segmentui bus siūlomi iki 16 branduolių turintys procesoriai.

pav. Lygiagretus daugiasrautis apdorojimas, blokinė schema, privalumai. (paimta iš amd.com)

Taigi, pasak AMD atstovų jų „Hyper-threading“ analogas bus kur kas sėkmingesnis (to ir reiktų tikėtis, nes Intel technologijai jau bemaž 9 metai). Technologijos esmė tame, kad kiekvienas sveikųjų skaičių išskaičiavimo blokas galės dirbti su savo srautu. Būtent tą ir matome pavaizduota 2.13 paveikslėlyje.

pav. Lygiagretus daugiasrautis apdorojimas vieno branduolio kristale palyginimas su dviejų branduolių apdorojimu. (paimta iš amd.com)

 Iš dalies pateisinantis pačią architektūrą pavadinimas – „Bulldozer“. Tikėtina, kad šie procesoriai galės dirbti žemesniais dažniais lyginant su konkurentais, kai tuo tarpu našumas bus daug geresnis. Skritingi „Bulldozer“ lusto komponentai galės formuoti modulius, kurių kiekvienas iš esmės galės virsti visaverčiais dviem branduoliais. Tokiu būdu AMD gali sukurti 8 branduolių procesorių, panaudodama mažesnį lusto plotą ir tranzistorių kiekį palyginus (jei būtų toks procesorius) su K10 architektūra. Be visą ko, operacinė sistema matys tikrus 8 loginius procesorius, o tam kad paskirstyt duomenų srautą procesorių viduje (kaip ta daro HT), nereikės papildomų tvarkiklių, nes tuo pasirūpins pati procesoriaus architektūra. Viskas atrodytų gražu, tačiau tikėtina, kad gausim apgaulingą kiekį branduolių turinčius procesorius. Viską paaiškina marketingas. Juolab, jeigu gausim realią aštuonių branduolių spartą, niekam ir nekils noro skųstis tokia “apgaulinga“ sparta.

pav. Lygiagretus daugiasrautis apdorojimas dviejų branduolių kristale. (paimta iš amd.com)

Pačios AMD kompanijos teigimu, toks vidaus įrenginys bus vadinamas moduliu. Iš esmės, kaip galima pamatyt 2.15 paveikslėlyje modulis turi savyje du apdorojančius branduolius ir bendrą padedančiųjų blokų sistemą.

AMD ne tik įvedė revoliucinį „Hyper-threading“ analogą į savo sistemą, bet ir sugebėjo perimti stipriąsias konkurentų procesorių savybes: bendroji antrojo lygmens spartinančioji atmintis ir padidintas dekoderio kanalų skaičius, jų dabar keturi. Toks dekoderio kanalų skaičius leis per vieną taktą dekoduoti iki 4 instrukcijų (naudojant makrosusiliejimą, kai tipinės instrukcijų poros yra apjungiamos į vieną iki aštuonių). Tuo tarpu K10 gali įvykdyti iki trijų (naudojant makrosusiliejimą iki šešių) instrukcijų, o „Nehalem“ architektūros procesoriai iki keturių (naudojant makrosusiliejimą iki penkių) instrukcijų. Toks sprendimas leis geriau apkrauti išskaičiavimo modulius, kas turėtų gerai atsiliepti bendrajam našumui.

Pirmas įspūdis kurį sudaro „Bulldozer“ architektūra yra labai teigiamas, tačiau kol kas viskas yra tik “ant popierio“ ir aklai pasikliauti AMD reklamuojama architektūra nereikėtų. Juolab, netrukus turėtų pasirodyti procesoriai kodiniu pavadinimu „Zambezi“, kurie ir galės apginti AMD pozicijas realioje situacijoje.

Kaip matome iš 2.3, 2.4, 2.5 lentelių AMD siūlomų procesorių gama yra kiek didesnė nei Intel kompanijos. Kol kas AMD užbaiginėja savo senai naudojamos K10.5 architektūros erą. Kad architektūra buvo nevykusi sakyti negalima, tačiau reikėtų pastebėti, kad kompanija kiek uždelsė su naujovėm. K10 tebuvo patobulinta K8 ir radikalių pasikeitimų į procesorių našumą įnešt negalėjo. Nepaisant keleto naujų modulių, tokių kaip - planuotojas, naujas atminties valdiklis ar šakų nuspėjimo mechanizmas, K10 architektūra nieko naujo neatnešė, nes pats operacijų vykdymo mechanizmas išliko tas pats. To ko nepadarė K10, turėtų padaryti naujoji „Bulldozer“ architektūra. Jau dabar aišku, kad mūsų laukia revoliuciniai sprendimai, kurie teoriškai yra pažangesni ne tik už senus K10 architektūros sprendimus, bet ir už naujosios Intel „Sandy Bridge“ architektūros novatoriškumus. Deja, „Bulldozer“ procesoriai dar nėra išleisti, todėl realiai vertinti situaciją šių procesorių atžvilgiu kol kas yra neįmanoma.

5.11. Aštuntosios kartos AMD Opteron

Šie procesoriai skirti serveriams bei darbo stotims.

AMD Opteron™ procesorių karta turi šiuos patobulinimus: galimybė naudoti 4 branduolių sistemą, AMD Virtualization™ (AMD-V).

Panaudota “Direct Connect Architecture” architektūra, jungianti atminties bei Į/I valdiklius tiesiai prie procesoriaus (komunikacija vyksta procesoriaus dažniu).

Trys lygiagrečios Hyper Transport sąsajos palaiko iki 24GB/s maksimalų pralaidumą kiekvienam procesoriui. Integruotas DDR2 atminties valdiklis leidžia pasiekti iki 10.7GB/s pralaidumą atskiriems procesoriams.

AMD Virtualization™ (AMD-V™):

Aparatūriškai palaikoma AMD Virtualization™ ir Direct Connect Architektūra leidžia serveryje naudoti daugiau virtualių mašinų, nutolusių darbo vietų.

Enhanced Performance-per-Watt:

Taupi DDR2 atmintis suvartoja iki 30% mažiau energijos nei DDR1 ir iki 58% mažiau nei FBDIMM.

AMD PowerNow!™:

Technologija su optimizuotu energijos valdymu, priklausomai nuo apkrovos, sumažina energijos sąnaudas.

Standartinės magistalės dirba su sumažinto voltažo signalais, todėl mažiau trigdžių ir mažiau suvartojama elektros energijos.

5.13 pav. Keturių branduolių Opteron sistema

5.10. AMD Atlhlon 64 Dual-core

Pagrindinis skirtumas nuo anksčiau paminėtų procesorių  - tai dual core technologija patalpinanti du branduolius tame pačiame luste. Tai leidžia atlikti visus skaičiavimus dviem srautais, atlikdami, tarkime, vaizdo failo konvertavimą (kuris naudoja nemažai procesoriaus resursų) antrame plane, galime vykdyti kitas programas pirmajame plane. Programos, kurios naudojamos pastoviai įjungus kompiuterį (antivirusinės, ugniasienės ir t.t.), dabar neatima procesoriaus resursų iš programų, su kuriomis dirbama, nes  gali veikti antrajame plane. Tai padidina efektyvumą ir spartumą dirbant kelioms ar daugiagijėms programoms. Darbas su ofisinėm programomis paspartėja iki 22%. Vienas iš privalumų  - tai jog dual core procesoriui tinka tos pačios pagrindinės plokštės, tik reikalingas BIOS atnaujinimas.

5.12 pav. AMD Atlhlon 64 Dual-core procesorius

Pagrindiniai pokyčiai:

Ø    Spartesnė atminties magistralė: iki 12.8GB/s (AM2 lizdas);

Ø    Didesnio pralaidumo sisteminis interfeisas: iki 20.8GB/s (AM2 lizdas);

Ø    Cool'n'Quiet™ technologija tyliam veikimui ir mažesnėms energijos sąnaudoms.

Cool'n'Quiet™: ši sistema 30 kartų per sekundę stebi procesoriaus resursų panaudojimą ir kai resursai yra neišnaudojami (pvz.: dirbama teksto redaktoriumi) sklandžiai sumažina procesoriau dažnį, bei voltažą. Padidėjus resursų panaudojimui, dažnis bei voltažas didinami. Tokiu būdu, dirbant su programomis, reikalaujančiomis mažai sistemos resursų, yra sumažinama sistemos sparta  ir tuo pačiu sutaupoma energija bei sumažinamas šilumos atidavimas (lėtesnės aušintuvo apsukos, mažesnis triukšmo lygis).

5.9. AMD Athlon 64

Architektūra liko nepakitusi nuo Sempron serijos procesorių, pagrindinis skirtumas yra padidinta L2 spartinančioji atmintis iki 1MB (939 lizdui) arba 512KB (AM2 lizdui). Yra didesnio pralaidumo sisteminė sąsaja -  iki 14.34Gb/s (939 lizdas) ir 18.6Gb/s (AM2 lizdas).

5.11 pav. Athlon 64 procesorius

5.8. AMD Sempron

5.9 pav. Sempron procesorius

AMD Sempron™ skirti vidutinės klasės staliniams ir nešiojamiems kompiuteriams. Procesorius gaminamas pagal AMD64 ir  HyperTransport™ technologiją.

Jis turi iki 256KB priešatmintinės, iki 1600MHz dvipusio veikimo sisteminę magistralę, ir integruotą DDR atminties valdiklį. Integruota “Enhanced Virus Protection” apsauga nuo virusų, kuri veikia su Microsoft® Windows® XP SP2, Linux, Solaris ir BSD Unix, kartu su antivirusinėm programom sudaro bendrą apsaugą nuo kenkėjiškų programų.

Enchanced Virus Protection (EVP): technologija skirta apriboti kenkėjiškų programų plitimui. Ji daliai sisteminės atminties uždraudžia vykdomąsias funkcijas, palikdama tik įrašymo ir nuskaitymo funkcijas.

Pagrindinės charakteristikos:

Ø AMD64 branduolys užtikriną spartų darbą tiek su 32-bitų, tiek su 64-bitų programomis

Ø AMD64 technologija užtikrina pilną x86 kodo palaikymą;

Ø 40-bitų fiziniai adresai, 48-bitų virtualūs adresai;

Ø Šešiolika 64-bitų sveikojo skaičiaus registrų;

Ø Šešiolika 128-bitų SSE/SSE2/SSE3 registrų;

Ø AMD Digital Media XPress™ palaiko SSE, SSE2, SSE3 ir MMX instrukcijas;

Ø Integruotas spartus didelio pralaidumo DDR atminties valdiklis;

Atminties magistrales pralaidumas iki 3.2GB/s (socket 754) arba 10.6GB/s (socket AM2).

Didelio pralaidumo ryšys su I/O įrenginiais naudojant HyperTransport™ technologiją (iki 6,4 Gb/s).

Didelio našumo integruotos spartinančios atmintys luste:

Ø L1 instrukcijų spartinančioji atmintis 64KB;

Ø L1 duomenų spartinačioji atmintis 64KB;

Ø L2 spartinančioji atmintis iki 256KB.

Sempron serijos procesoriaus ir lustyno ryšio sistema parodyta pav.5.10.

5.10 pav. Sempron serijos procesoriaus ir lustyno ryšio sistema

5.7. Aštuntosios kartos procesoriaus mikroarchitektūros apžvalga

Pagrindinis tikslas kurio buvo siekiama projektuojant naują procesorių AMD Opteron™ - užtikrinti naują našumo lygį vartotojams. Norint tai pasiekti, įvestas optimalus balansas tarp darbo dydžio atliekamo per vieną procesoriaus darbo taktą ir galimybės kelti taktinį dažnį vystant technologinį procesą. Naudojamas pakeistas konvejeris, kuris turi 12 pakopų sveikiems skaičiams apdoroti ir 17 pakopų slankaus kablelio skaičiams. Procesoriaus branduolio mikroarchitektūra parodyta paveikslėlyje 5.6.

5.6 pav. Procesoriaus branduolio mikroarchitektūra

Eilė architektūrinių pakeitimų buvo padaryta siekiant padidinti atliekamų instrukcijų skaičių per vieną taktą lyginant su praeitos kartos procesoriais. Remiantis novatoriškom technologijom AMD Opteron™ procesorius rodo žymiai geresnius rezultatus ir produktyvumą tuo pačiu taktiniu dažniu, palyginus su praeitos kartos procesoriais.

AMD Opteron™ procesorius gaminamas pačiomis naujausiomis technologijomis, naudojant SOI (Silicon on Insulator) technologiją, kuri įgalina kelti procesoriaus taktinį dažnį ir produktyvumą. Ateityje planuojama šio procesoriaus gamyboje panaudoti technologines normas, kurios leis prieiti prie 0.10 mikronų technologijos.

5.7.1. AMD dviejų branduolių procesoriai

Šiaurės tiltas AMD dviejų branduolių procesoriuose integruotas į procesoriaus lustą. Privalumas yra tas, kad dvejų branduolių procesorius galima pajungti per standartinį lustyną, skirtą paprastam K8 architektūros vieno branduolio procesoriui. Kompiuterio architektūra yra NUMA.  Tokios architektūros dėka procesorius gali kreiptis į kito procesoriaus atmintinę. Kad procesoriai netrukdytų vienas kitam, kreipdamiesi į tą patį atmintinės segmentą, buvo sukurtas komutatorius  “Cross bar”. Jis atsakingas ir už automatinį duomenų, kurie įvedami iš išorinių įrenginių, paskirstymą. Šiaurės tilto integravimas ir “AMD” “Hiper transport” technologijos naudojimas leidžia dirbti dviem branduoliams praktiškai netrukdant vienas kitam.

5.7. pav. Klasikinė AMD dvejų branduolių procesoriaus sandara

5.8 pav. Opteron procesorius ir jo jungimas daugiaprocesorinėje sistemoje

Be procesoriaus branduolio kristale integruotas atmintinės valdiklis, pirmo ir antro laipsnio priešatmintinė ir HyperTransport™ magistralės valdiklis. Toks sprendimas pirmą kartą naudojamas procesorių industrijoje ir atveria naujas galimybes projektuojant aukšto našumo platformas.

Efektyviam srautų paskirstymui tarp trijų HyperTransport™ sąsajų, atminties valdiklio ir vidinių sisteminių sąsajų, naudojamas vidinis procesoriaus komutatorius XBAR, kuris parodytas paveikslėlyje 5.7.

AMD Athlon 64 FX-51 procesorius specialiai skirtas vartotojams, kuriems reikia maksimalaus našumo, žaidimų mėgėjams, “greitos sistemos” entuziastams.

5.6. Technologija HyperTransport™

Technologija HyperTransport™ – tai dar viena naujos AMD technologijos sudedamoji dalis. Tai efektyvi ir greita taškas – taškas tipo sąsaja, skirta ryšiams su lustais ir suprojektuota didelio duomenų srauto praeinamumui būsimoms komutacinėms ir skaičiavimų platformoms. Ji palaiko pikinį našumo barjerą iki 12.8 GB/s. Technologija HyperTransport™ siūlo idealius sprendimus daugeliui didelio pralaidumo reikalaujančių programų. HyperTransport™ panaudojimas pakelia sistemos našumą, panaikindama “siauras “ vietas duomenų sraute, praplėsdama duomenų srautą ir mažindama kreipties vėlinimą.

Pagrindinės technologijos HyperTransport™ techninės charakteristikos pateiktos lentelėje:

5.2 lentelė. Pagrindinės technologijos HyperTransport™ techninės charakteristikos

Sąsajos tipas	„Taškas-taškas“
Plotis	2, 4, 8,16 arba 32 bitai
Protokolas	Paketinis duomenų perdavimas (daugelio keturių baitų paketų pluoštais)
Pralaidumo juosta (abiem kryptimis)	Nuo 100 iki 6500 МB/s
Pikinis našumas	Iki 12,GB/s
Signalai	1,2 V – žemos įtampos diferencialiniai signalai (LVDS) 100 omų
Daugiaprocesoriškumo palaikymas	Taip
Atmintinės modelis	Koherentinė ir nekoherentinė

Pagrindinės HyperTransport™ technologijos ypatybės:

Ø  Gali apjungti iki 32 įrenginių;

Ø  Reikalauja nedidelio skaičiaus signalinių laidininkų, kas labai supaprastina sistemos projektavimą;

Ø  Mažos srovės diferencialinių signalų panaudojimas padeda išspręsti kryžminių trukdžių ir elektromagnetinio suderinamumo problemas;

Ø  Palaiko PCI gyvybinį ciklą, leidžiant pilnai suderinti su PCI programinių modelių palaikymu, operacinių sistemų tvarkyklėmis.

Ø  Mažos srovės diferencialinių signalų panaudojimas padeda sistemų kūrėjams naudoti energijos taupymo technologijas ir projektuoti paprastas ir pigias plokštes;

Ø  Palaiko platų signalinį diapazoną, tai leidžia sistemas lengvai papildyti naujomis aukšto produktyvumo dalimis;

Ø  Trumpina projektavimo laiką, diegiant naujus elementus, nes nereikia pilnai perprojektuoti sistemos

5.5. Hammer šeimos procesoriai

Naujų mikroprocesorių AMD šeima įgijo pavadinimą Hammer. Pagrindinių plokščių gamintojai iš anksto pasiruošė ir jau pradėjo tiekti motinines plokštes su 754 ir 940 procesorių lizdais (jie skirti 64 bitų procesoriams.). Šiuo metu išleisti AMD procesoriai, priklausantys Hammer šeimai ir palaikantys 64 bitų instrukcijas - Athlon 64 3200+ (Clawhammeris – skirtas PC kompiuteriams) ir Athlon FX 51 (Sladgehammeris – skirtas serveriams). Šie procesoriai yra gaminami pagal 0,13 µm technologiją. Abu turi padidintą L2 vidinę atmintį - 1MB, FSB800 magistralę, atitinkamai 2GHz ir 2,2GHz dažnį, pirmasis skirtas 754 lizdui, antrasis - 940.

Clawhammeris skirtas "masėms", tuo tarpu gerokai galingesnis Sladgehammeris labai reikliems vartotojams, ypatingai sudėtingoms 3D instrukcijoms apdoroti (S754 palaiko vieno kanalo atminties pralaidumą, S940 - dviejų, pirmasis turi vieną Hypertransporto sąsają, antrasis - net 3). Mikroprocesorius turės tris jungtis su "HyperTransport" magistrale ir galės perduoti duomenis iki 19,2 Gb/s greičiu (tai beveik 6 kartus didesnis pralaidumas, nei turi dauguma šiuolaikinių serverių procesorių).  Kainos taip pat atitinkamai skirsis - paprastiems vartotojams skirtas Clawhammeris turėtų būti gerokai pigesnis.

Savo technologiją AMD vadina x86-64: kompanija tiesiog pridėjo naujas 64 bitų instrukcijas prie įprastos x86 procesorių architektūros. Atstovo teigimu, 64 bitų "Hammer" architektūra nesuteikia asmeniniams kompiuteriams ypatingų pranašumų, tačiau yra "darbinio našumo pagerinimo mechanizmas". Procesoriai "Athlon 64" ir iš dalies "Opteron" turi greitaeigę sąsają su kompiuterio atmintine - "HyperTransport", kuri kilsteli darbinį našumą naudojant daug atminties reikalaujančias programas, ypač trijų dimensijų žaidimus.

Pagrindiniai x86-64 architektūros privalumai:

Ø  Suderinamumas su x86 instrukcijomis;

Ø  Bendros paskirties 64 bitų  registrų versija;

Ø  8 nauji bendrieji registrai GPRs (General Purpose Registers);

Ø  SSE ir SSE2 palaikymas, pridėti 8 nauji SSE2 registrai;

Ø  Padidinta adresuojamos atmintinės erdvė;

Ø  64 bitų instrukcijų palaikymas.

Architektūrų skirtumai x86 ir x86 – 64 parodyti 5.3. pav.

5.3.pav. Architektūrų x86 ir x86 – 64 skirtumai

AMD64 architektūra praplečia egzistuojančią x86 architektūrą įvedus kelis kodo vykdymo režimus, priklausomai nuo poreikio užduoties vykdymui.

Kodo vykdymo režimai

Režimas “Long mode” realizuoja svarbiausią naujos technologijos privalumą. Jis turi du palaikymus:

64 skilčių režimą ir “suderinamumo rėžimą”. Režimas “Long mode” turi sekančias ypatybes:

Ø 64 skilčių virtuali adresų aplinka ir 52 – skilčių fiziškas adresų laukas (pirmosios AMD Opteron™ procesorių versijos bus leidžiamos su mažesnėmis reikšmėmis);

Ø “puslapinis” atmintinės valdymas;

Ø ribotas segmentacijos palaikymas;

Ø nepalaikomas mechanizmas x86 architektūros uždavinių perjungimui;

Ø pasenęs realus rėžimas ir režimas “Virtual-8086” nepalaikomas, palaikomas tiktai 64, 32 ir 16 bitų rėžimas;

Ø saugaus režimo palaikymas;

64-bitų režimas palaiko visas naujas procesoriaus galimybes:

Ø 64- skilčių virtuali adresacija;

Ø registrų plėtimas  galimas naujojo prefikso (REX) pagalba:

o  8 naujų bendros paskirties registrų (R8 - R15);

o  plėtimas visų bendros paskirties registrų iki 64 bitų;

o  8 naujų 128-bitų registrų SSE (XMM8 - XMM15);

Ø 64-bitų komandų interpretatorius (RIP);

Ø 64 skilčių komandų nuoroda RIP;

Ø “plokščias” adresų laukas, vieningas kodui, duomenims ir stekui.

Suderinamumo rėžimas leidžia 64- skilčių operacijų sistemoms išsaugoti pilną suderinamumą su egzistuojančiomis 16- ir 32- skilčių sistemomis, t.y. galimybę dirbti be perkompiliavimo į 64- skilčių sistemą. Suderinamumo rėžimas turi prieigą prie pirmųjų 4 GB virtualiosios atminties adresų. Suderinamumo rėžimas atrodo kaip saugus rėžimas x86. žiūrint iš operacijų sistemos pusės, adresų transliacija, pertraukymų valdymas o tai pat duomenų struktūros sistemą naudoja rėžimo “Long mode”. Mechanizmą.

Režimas “Legacy mode”. Rėžimo “Long mode” papildyme, architektūra palaiko “Legacy mode”, kuri palaiko pilną dvejetainį suderinamumą su egzistuojančiomis 16 ir 32 skilčių operacijų. sistemomis. Rėžimas“ Legacy mode” pilnai palaikomas su 32 skilčių realizacija x86 architektūroje.

Technologija AMD64 sukuria naujas galimybes programinio kodo optimizavimui programų kūrėjams.

Klasikinė architektūra x86 turi nedaug bendrosios paskirties registrų, kas stabdo sistemos paralelinius skaičiavimus. Dažnas duomenų keitimas tarp registrų stabdo sistemos našumą ir daro sudėtingesniu programinį kodą. AMD64 architektūra papildomai turi 8 naujus registrus ir leidžia panaudoti naujas skaičiavimo perspektyvas.

Pilnas aparatinis palaikymas klasikinės x86 komandų sistemos, leidžia eksploatuoti AMD64 sistemas nelaukiant 64 bit programinio versijos palaikymo. Nebūtina įsigyti naujos programinės įrangos kuria būtinas 64 bit palaikymas, tai sutaupo investicijas.

5.4 pav. Supaprastinta Hammer architektūra

Kurdami nauja architektūrą, AMD kompanijos specialistai stengėsi padidinti mikroprocesoriaus darbo našumą (ne tik didinant taktinį dažnį) . Tuo tikslu mikroprocesorių patobulino:

Ø padidinti konvejerių ilgiai: iki 12 pakopų fiksuoto kablelio skaičiams ir iki 17 pakopų skaičiams su slankiu kableliu;

Ø    įtaisytas atmintinės valdiklis;

Ø    įtaisyta koherentinė sąsaja HyperTransport.

Vienprocesorinė ir daugiaprocesorinė  konfigūracijos yra su antrojo lygmens priešatmintine, taip pat su „HyperTransport“ sąsaja. Vienprocesoriniai konfiguracijai priklauso mikroprocesorius Athlon ClawHammer – DT (DT reiškia DeskTop)..

Daugiaprocesorinei sistemai priklauso mikroprocesorius Opteron Sledge Hammer – MP (MP Multi Processing) su 72 – bitų kanalu DDR SDRAM DDR200/266/333 (PC1600/PC2100/PC2700), 16 – bitų sąsaja HyperTransport su 3,2 GB/s pralaidumu, antrojo lygmens 1MB spartinančiąja atmintine.

5.5 pav. Dviprocesorinio Hammer konfigūracija

Aštunta AMD procesorių karta paremta visiškai nauja AMD64 technologija, kuri praplečia tradicinę x86 architektūrą. Rezultate ne tik gaunamas didesnis sistemos našumas, bet ir išauga  panaudojimo galimybės bei padidėja sistemos lankstumas.

Naujos architektūros galimybėmis pirmiausiai pasinaudos didesnės skaičiavimo spartos reikalaujantys ir naudojantys didelius duomenų masyvus serveriai, duomenų bazių valdymo sistemos, galingi skaičiavimo kompleksai.

Strateginis   AMD  perėjimo prie 64 bitų skaičiavimų sprendimas remiasi pilnu suderinamumu su jau egzistuojančiu 32 skilčių standartu operacinėms sistemoms ir tuo pačiu galimybe naudoti 64 skilčių skaičiavimus ten kur tai reikalinga.

5.5.1. Procesoriaus AMD Opteron™

AMD64 technologija vysto standartinę x86 architektūrą ir leidžia formuoti vieningą infrastruktūrą 64 skilčių technologijoje, kuri pilnai suderinama su tradicine standartine x86 architektūra. AMD64 technologija saugo klientų investicijas: jie toliau gali naudotis savo 32 skilčių programomis ir produktais, kol patys nuspręs diegti naują 64 bitų programinę įrangą.

Procesoriaus AMD Opteron™ mikroarchitektūra leidžia panaudoti unikalų lankstumą taikant naujas 64 skilčių operacijų sistemas ir programas, tuo pačiu palikdama pilną suderinamumą su jau egzistuojančiomis 32 bitų programinėmis priemonėmis.

Nauja architektūra operuoja 64 bitų adresų registrais ir duomenimis, o tai leidžia praplėsti operatyviosios atmintinės adresuojamąjį lauką ir atsikratyti egzistuojančio 4 GB apribojimo, kuris kelia sunkumus projektuojant informacijos apdorojimo sistemas.

Naujas patobulintas procesoriaus branduolys leidžia pakelti greitaveiką ir 64 skilčių ir 32 skilčių sistemoms.

AMD64 ir kitų 64 bitų architektūros procesorių palyginimas pateiktos lentelėje 5.1.

5.1 lentelė . 64-ių skilčių procesorių palyginimas

Architektūra AMD64	Kiti 64-bitų sprendimai
Pilnas suderinamumas su egzistuojančia x86 architektūra.	Instrukcijų rinkinys nesuderinamas su x86 architektūra.
Didelis našumas ir 32 bitų ir 64 bitų rėžime	Žemas našumas 32 bitų režime. Visi tobulinimai orientuoti į 64 bitų režimo greitaveiką.
Įgalina sklandžiai pereiti prie naujos architektūros, jei tai reikalinga.	Reikalauja pereiti prie 64 bitų skaičiavimo, net jeigu tai nebūtina.
Leidžia išsaugoti investicijas egzistuojančioje 32 bitų programinėje įrangoje.	Reikalauja naujų investicijų: 2 instrukcijų rinkiniams, 2 operacinėms sistemoms, 2 rinkiniams taikomojo palaikymo sistemų.
Pilnas  palaikymas 16 , 32  ir 64-skilčių formatų vienu metu.	16  ir 32  skilčių palaikymas tiktai programinės ar aparatinės emuliacijos režimu.
32-bitų kodas dirba be pakitimų. Gali dirbti senais būdais, naudojant 64- skilčių adresaciją.	Reikalauja 32- skilčių kodo keitimo, norint gauti maksimalų našumą.