Реферат: Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
Посмотрите, ядро Barton (справа) немного удлинено из-за большего объёма кэша:
Частотная политика AMD реализованная в модельном ряде Barton представляется мне несколько сомнительной. Выпущен кристалл с рейтингом 3000+, реальная частота которого 2167. Такая же частота у Thoroughbred 2700+, а у 2800+ частота уже выше(2233MHz). Получается что Barton 3000+, хоть и быстрее предыдущей модели 2800+, но не строго. Потому что с увеличением кэша, увеличение быстродействия во многом зависит и от приложения, а иногда его может не наступить вообще. В отличии от всех предыдущих моделей, когда при увеличении рейтинга, увеличивалась и частота. А при увеличении частоты производительность увеличивается всегда. Соответственно росло и быстродействие всей линейки, пусть и не равномерно, особенно с учётом разгона по частоте с 133 на 166 на последних моделях. Но - постоянно, от модели к модели. А теперь, с учётом того, что у 2800+ частота выше, возможно в некоторых приложениях он окажется даже быстрее. Впрочем основные усилия AMD сосредотачивает на K8, а модельный ряд К7, с надрывом достигает возможных и невозможных для него пределов, повторяя историю К6. Кстати и увеличение кэша до 512Мб погоды не делает - в случае большого потока данных кроме кэша ещё необходима быстрая связь с контроллером памяти (как впрочем и с остальными устройствами), а шина FSB (процессор-северный мост, через который процессор может соединяться со всеми устройствами, в том числе и с контроллером памяти) обладает пропускной способностью всего 2700Мб/с (при 166МГц, результирующая - 333 МГц), чего явно не достаточно. Добавленно декабрь 2003: для сравнения у Intel с 800MHz шиной пропускная способность состовляет 6400Мб/с. Чем больше частота процессоров AMD, тем более сказывается эффект узкой шины. Thorton - кодовое название 6-го ядра процессора Athlon XP. Это ядро завершает всю линейку K7. Младший брат ядра Barton комплектуется кэш-памятью второго уровня 256 Кб. Возможно появление таких процессоров с рейтингом от 3000+ и выше. Поддерживает технологию как и Athlon XP Barton "Bus Disconnect", которая в случае перегрева отключает процессор от системной шины. Duron - семейство процессоров K7, ориентированных на сектор компьютеров Low-End. Являются конкурентами процессоров Celeron, однако обладают меньшей ценой и большей производительностью при равных рабочих частотах. Построены на варианте ядра Thunderbird с урезанной до 64 Кбайт кэш-памятью L2. Выпускаются только в форм-факторе Socket A. Spitfire - кодовое название 1-го ядра Duron. Основано на ядре Thunderbird с урезанным в 4 раза кэшем 2-го уровня.
Morgan - кодовое название 2-го ядра Duron. Основано на ядре Palomino с урезанным в 4 раза кэшем 2-го уровня.
Appaloosa - кодовое название 3-го ядра Duron. Основано на ядре Thoroughbred с урезанным в 4 раза кэшем 2-го уровня. Должен был выпускаться с шиной 266 мгц при 0,13 техпроцессе. Ни одного экземпляра процессора выпущено не было. Этот процессор мог бы помешать продажам Athlon нижних частот, и поэтому AMD от него отказалась. Athlon MP - серверная версия Athlon XP, с хорошей масштабируемостью в 2-х процессорных системах, по маркетинговым соображениям вышел раньше Athlon XP. Вполне возможно, что новые ядра процессоров AMD получат технолонию виртуальной многоядерности, или даже реальной - в сервереных кристаллах. Intel уже имеет технологию виртуальной двухпроцессорности. Носит она название Hyper-Threading. Для иллюстрации подобного рода решений несколько слов о е работе. Технология очень кстати для многозадачности и задач с множеством потоков, а это востребованно практически повсеместно. Разумеется, для этого необходима поддержка многопроцессорности на уровне операционной системы (есть в Win2k - NT, 2000, XP, в различных Linux и Unix, в Win9x такой поддержки нет); для увеличения производительности в отдельном приложении важно, учитывалось ли при разработке распараллеливание кода на несколько процессоров. Реализовано Hyper-Threading в виде дополнительного набора регистров. Получается 2 независимых регистровых блока + процессорное ядро. В итоге могут исполняться 2 независимых участка кода на одном ядре - 2 процессорная система de facto. Однако необходимо учитывать, что "второй" процессор - логический, поэтому при загрузке процессора множеством потоков производительность растет (за счёт более "плотной" загрузке ядра потоками), но совсем не настолько, как при наличии второго физического ядра (или как у двухпроцессорных систем). В этой гонке основные козыри PIV перед AMD - SSE2 и широкая полоса пропускания шины процессор-память - практически единственные явные технологические преимущества Intel за долгое время. В спецификации Northwood увеличен кэш L2 до 512 Кб, что является традиционной для Intel "игре мускулами". Полоса пропускания взята с большим запасом и пока еще до конца не востребована, что дает возможность Intel спокойно и планомерно повышать частоты процессоров, сохраняя практически линейную масштабируемость, сосредотачивая усилия на оптимизации технологии изготовления, рекламных компаниях и будущих планах. Большинство приложений в первую очередь пишется с учетом технологий Intel, что делает эту компанию "законодателем мод", что способствует продаже процессоров в целом. Поэтому Intel, не обладая наиболее интересными и концептуально стройными решениями, но применяя свои наработки вовремя, к месту и в достаточном количестве, в данный момент является лидером по показателям абсолютной производительности.
Теперь более подробно рассмотрим архитектуру процессора AMD Athlon.
2. Общие сведения о процессоре AMD Athlon (Thunderbird)
AMD Athlon (Thunderbird) - первый выпускаемый серийно процессор седьмого поколения микроархитектуры x86 - наиболее мощный микропроцессор для x86-совместимых компьютеров. Все семейство процессоров AMD Athlon™ разрабатывается как ядро x86-совместимых компьютеров следующего поколения. Разработка этих процессоров явилась ответом на все возрастающие требования к вычислительной мощи процессоров, предъявляемых со стороны современного программного обеспечения, используемого на персональных компьютерах высокого уровня, рабочих станциях и серверах. Процессоры AMD Athlon для настольных компьютеров выпускались в двух вариантах корпусов: SECC (все модификации) и FCPGA (Thunderbird).
Процессор Athlon в корпусе SECC представляет собой полностью закрытый картридж, содержащий процессорную плату с установленным на ней ядром процессора (во всех модификациях), а также микросхемами кэш-памяти BSRAM (во всех модификациях, кроме процессоров на ядре Thunderbird). Процессор предназначен для установки в 242-контактный щелевой разъём Slot A. В процессорах, основанных на ядрах Argon, Pluto и Orion, кэш-память второго уровня работает на частоте от трети до половины частоты ядра, а в процессорах на ядре Thunderbird — на частоте ядра.
На процессорной плате также находится ножевой 40-контактный технологический разъём, закрытый картриджем. Разъём содержит контакты, отвечающие за установку напряжения питания и тактовой частоты. С помощью специального устройства, подключаемого к процессору, возможно изменение этих параметров[2].
Картридж состоит из двух частей: металлической теплоотводной пластины, контактирующей с кристаллом процессора и микросхемами кэш-памяти (в случае с процессорами, имеющими внешний кэш), а также пластикового кожуха, закрывающего процессорную плату и защищающего установленные на ней элементы от повреждений. Маркировка находится на верхней грани картриджа.
Процессоры Athlon в корпусе типа FCPGA предназначены для установки в системные платы с 462-контактным гнездовым разъёмом Socket A и представляют собой подложку из керамического материала с установленным на ней открытым кристаллом на лицевой стороне и контактами на обратной (453 контакта). Существовали также процессоры с органической подложкой, выпущенные ограниченной партией[3]. На стороне ядра расположены SMD-элементы, а также контакты, задающие напряжение питания и тактовую частоту (обычно называемые мостиками). Контакты располагаются группами, которые имеют обозначения L1 — L7. Маркировка нанесена на кристалл процессора.
Изначально кристалл не был защищён от сколов, которые могли происходить в результате перекоса радиатора при его неправильной установке неквалифицированными пользователями, однако вскоре появилась защита от перекосов в виде четырёх круглых прокладок, расположенных в углах подложки. Несмотря на наличие прокладок, при неаккуратной установке радиатора неопытными пользователями кристалл всё же мог получать трещины и сколы (процессоры с такими повреждениями обычно назывались "ко́лотыми"). В ряде случаев процессор, получивший существенные повреждения кристалла (сколы до 2—3 мм с угла), продолжал работать без сбоев или с редкими сбоями, в то же время, процессор с незначительными сколами мог полностью выйти из строя. Простейший способ проверки процессора на наличие сколов кристалла заключался в проведении по граням кристалла ногтем[4]. В случае наличия сколов палец явно ощущал шероховатость. При наличии лупы или микроскопа сколы определялись визуально. Однако соблюдение мер предосторожности при сборке или установка опытным сборщиком, вместо самостоятельной установки, исключали механические повреждения процессоров с открытым ядром, таких, как процессоры семейства AMD K7 или Intel Pentium III и Celeron с ядром Coppermine.
2.1 Основные свойства архитектуры процессора AMD Athlon™
К основным свойствам архитектуры процессора AMD Athlon™ относятся:
Первая, оптимизированная для работы с высокой тактовой частотой, суперконвейерная, суперскалярная микроархитектура, предназначенная для выполнения 9 инструкций за один такт. Включает в себя:
· Несколько параллельных декодеров x86-инструкций;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для выполнения вычислений с плавающей точкой, включая инструкции MMX™ и 3DNow!™;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для целочисленных вычислений;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для генерации адресов;
· Контроль за 72 инструкциями;
· Усовершенствованное динамическое предсказание ветвлений;
Расширение возможностей технологии 3DNow! для достижения высокой производительности.
· 21, уже применяющаяся инструкция технологии 3DNow!, первой технологии расширяющей возможности суперскалярной обработки SIMD;
· 19 новых инструкций улучшающих расчеты с целочисленными данными, необходимыми для кодирования голоса и видео и интенсификации обмена данными, как для Internet-приложений, так и для любых других приложений требующих потока данных;
· 5 новых DSP-инструкций для программных модемов, ADSL, Dolby Digital, и приложений использующих MP3;
· Совместимость с Windows 98, Windows ME, Windows NT 4.x и Windows 2000 без какой-либо коррекции программного обеспечения. 266-МГц (а в будущем и 400-МГц) системная шина AMD Athlon, обеспечивает небывалую полосу пропускания для приложений требующих интенсивного обмена данными.
· Технология синхронизации исходящих данных;
· 8-разрядная коррекция (ECC) для контроля целостности пересылаемых данных;
· Максимальное значение ширины полосы пропускания от 1,6 до 3,2 Гб/с;
· Поддержка многопроцессорной обработки - топология точка-точка, с числом процессоров в многопроцессорных системах определяемым вариантом реализации чипсета;
· Поддержка 24 отложенных транзакций на процессор.
Процессор AMD Athlon имеет полноскоростной кэш первого уровня включающий в себя 64 Кбайт кэш инструкций и 64 Кбайт кэш данных, дающих в сумме 128 Кбайт. Интегрированный на кристалл полноскоростной кэш второго уровня имеет объем 256 Кбайт. Таким образом суммарный объем полноскоростного кэша составляет 384 Кбайт.
Кристалл процессора содержит приблизительно 37 млн. транзисторов на площади 120 мм2.
Изготавливается по современной 0.18 микронной технологии компании AMD с применением медных проводников на заводе Fab 30 (г. Дрезден, Германия).
2.2 Характеристики процессора AMD Athlon
Ø Чип, производимый по технологии 0.25 мкм
Ø Ядро нового поколения с кодовым именем Argon, содержащее 22 млн. транзисторов
Ø Работает в специальных материнских платах с процессорным разъемом Slot A
Ø Использует высокопроизводительную системную шину Alpha EV6, лицензированную у DEC
Ø Кеш первого уровня 128 Кбайт - по 64 Кбайта на код и на данные
Ø Кеш второго уровня 512 Кбайт. Расположен вне процессорного ядра, но в процессорном картридже. Работает на половинной частоте ядра
Ø Напряжение питания - 1.6В
Ø Набор SIMD-инструкций 3DNow!, расширенный дополнительными командами. Всего 45 команд.
Ø Выпускаются версии с частотами 500, 550, 600 , 650 и 700МГц.
3. Архитектура процессора AMD Athlon (Thunderbird)
Процессор седьмого поколения AMD Athlon (Thunderbird) использует, на данный момент наиболее совершенную микроархитектуру x86. Сочетание указанных ниже свойств предоставляет тем, кто работает с системами на базе AMD Athlon (Thunderbird) не только высокую вычислительную мощь, но и дает уверенность в том, что архитектура их системы не устареет, по крайней мере, в ближайшее время.
3.1 Микроархитектура
Как и процессоры от Intel с ядром, унаследованным от Pentium Pro, процессоры Athlon имеют внутреннюю RISC-архитектуру. Это означает, что все CISC-команды, обрабатываемые процессором, сначала раскладываются на простые RISC-операции, а потом только начинают обрабатываться в вычислительных устройствах CPU. Казалось бы, зачем усложнять себе жизнь? Оказывается, есть зачем. Сравнительно простые RISC-инструкции могут выполняться процессором по несколько штук одновременно и намного облегчают предсказание переходов, тем самым позволяя наращивать производительность за счет большего параллелизма.
Говоря более просто, тот производитель, который сделает более "параллельный" процессор, имеет шанс добиться превосходства в производительности гораздо меньшими усилиями. AMD при проектировании Athlon, по-видимому, руководствовалась и этим принципом. Однако перед тем, как начать работу над параллельными потоками инструкций, процессор должен их откуда-то получить.
Для этого в AMD Athlon, как впрочем и в Intel Pentium III, применяется дешифратор команд (декодер), который преобразует поступающий на вход процессора код.
Дешифратор в AMD Athlon может раскладывать на RISC-составляющие до трех входящих CISC-команд одновременно.
Структура поцессора AMD Athlon (Thunderbird)
Современные интеловские процессоры могут также обрабатывать до трех команд, однако если для Athlon совершенно все равно, какие команды он расщепляет, Pentium III хочет, чтобы две из трех инструкций были простыми и только одна - сложной. Это приводит к тому, что если Athlon за каждый процессорный такт может переварить три инструкции независимо ни от чего, то у Pentium III отдельные части дешифратора могут простаивать из-за неоптимизированного кода.
Кристалл процессора AMD Athlon (ThunderBird)
Перед тем, как попасть в соответствующий вычислительный блок, поступающий поток RISC-команд задерживается в небольшом буфере (Instruction Control Unit), который, что уже неудивительно, у AMD Athlon расчитан на 72 инструкции против 20 у Pentium III. Увеличивая этот буфер, AMD попыталась добиться того, чтобы дешифратор команд не простаивал из-за переполнения Instruction Control Unit.
