Более быстрый контроллер памяти    С тех пор как AMD перенесла контроллер памяти на кристалл, она у каждого своего нового процессора делает его всё более совершенным. У Barcelona изменения значительные, и это должно существенно улучшить скорость работы памяти.    Одной из сильных сторон интеловской архитектуры FB-DIMM, используемой в серверах Xeon, является возможность одновременной записи и чтения в/из буфера. Со стандартной памятью DDR2 можно делать только первое или второе, и вы теряете темп при переключении с одной операции на другую. Если у вас эти события происходят случайным образом, на это тратится много времени, чего бы не было, если бы сначала выполнялись все операции чтения, а после переключения – запись. Контроллер памяти K8 старается сначала произвести чтение, так как на это нужно меньше времени, но у Barcelona контроллер памяти более интеллектуальный.    Теперь, вместо того чтобы произвести запись сразу же по приходу этой команды, они записываются в буфер, и как только буфер заполнится до заданного порога, контроллер выполнит подряд все эти операции. Таким образом, сокращаются задержки на переключение чтение/запись, что помогает увеличить пропускную способность и уменьшить задержки.    У ядра K8 (Socket-940/939/AM2) один контроллер памяти с 128 битной шиной, а у Barcelona AMD разделила контроллер DRAM на два отдельных 64-битных контроллера. Каждым контроллером можно управлять независимо, поэтому мы получаем некоторое увеличение быстродействия, особенно при задействовании 4 ядер, когда каждое ядро работает со своим потоком данных и своим массивом ячеек памяти.    Северный мост Barcelona также сделан так, чтобы обеспечивать более высокую пропускную способность, чем была раньше. У него более объемные буферы, что позволяет поддерживать более высокую пропускную способность, и северный мост уже подготовлен для работы с будущими технологиями памяти (например, DDR3). По-видимому, AMD переключит Barcelona на новую память только после выхода одной или двух модификаций процессора, а пока новое ядро дебютирует с поддержкой DDR2. [N8-Новый блок предвыборки]    Предвыборка осуществляется многими компонентами системы и во многих алгоритмах. Когда NVIDIA выпустила чипсет nForce2, он поразил тем, что мог делать интеллектуальную предвыборку при работе с очень широкой, на то время, 128-битной шиной памяти. Позже, с выходом процессоров Core 2, его 3 блока предвыборки на ядро позволили значительного уменьшить задержки при работе с памятью.    Ядро K8 имеет 2 блока предвыборки на ядро – один для команд, и один для данных. Ядро Barcelona имеет столько же блоков предвыборки, но они улучшены. Самое большое изменение – блок предвыборки данных теперь переносит данные прямо в L1 кэш данных, а не в L2 кэш, как у K8. AMD изучила точность работы блоков предвыборки, и пришла к выводу, что они работают довольно хорошо, поэтому имеет смысл делать предвыборку только в быстром L1 кэше и не засорять L2 кэш. AMD также увеличила гибкость своего блока предвыборки команд L1 кэша, чтобы он мог обрабатывать 2 предстоящих запроса по любому адресу.    На первый взгляд, предвыборка Intel у Core 2 солиднее, по крайней мере, блоков предвыборки у этих процессоров больше, чем даже AMD планирует для Barcelona. Напомним, что у Core 2 у каждого ядра 2 блока предвыборки данных и 1 блок предвыборки команд, плюс 2 дополнительных блока предвыборки в L2 кэше, и все они хорошо контролируются, чтобы они не злоупотребляли запросами. В то же время нужно иметь в виду, что Intel эти предвыборки нужны для маскировки более длинного пути до оперативной памяти. Если говорить о перспективах CPU, преимущество здесь у Intel, но, говоря о платформе в целом, здесь трудно отдать кому-нибудь предпочтение.    Каждое ядро Barcelona имеет свой набор блоков предвыборки команд, но главное его усовершенствование в том, что теперь у него есть новый блок предвыборки – блок предвыборки DRAM. Расположенное в контроллере памяти, где раньше у AMD никогда не было подобного блока логики, новый блок предвыборки DRAM просматривает все запросы к памяти и старается извлечь из неё данные, которые, по его мнению, понадобятся в будущем. Так как этот блок предвыборки помогает всем четырем ядрам по отдельности, он реально помогает всему процессору улучшить производительность, и может эффективно намечать тенденции, которые будут положительно влиять на работу всех ядер. Блок предвыборки DRAM не переносит данные ни в L2, ни в L3 кэш CPU – у него есть собственный буфер, поэтому он не засоряет кэши. У этого буфера примерно 20 - 30 строк кэша и он может быть тем же самым буфером, который использует Barcelona для накопления записей, о котором говорилось на предыдущей странице. [N9-Добавим ещё транзисторов – L3 кэш]    AMD уже давно проиграла гонку кэшей Intel, но только из-за технологических возможностей. В AMD знают, что они не могут угнаться за Intel по размещению большего числа транзисторов на тех же кристаллах, поэтому они придумали отличную вещь – сделать на кристалле процессора интегрированный контроллер памяти. С накристалльным контроллером памяти у K8 AMD уменьшила необходимость иметь большие кэши, поэтому даже нынешние Athlon 64 X2 имеют L2 кэш объемом всего 512 Кбайт на ядро – столько же Intel делала уже в 2002 году у своего ядра Northwood.    Сейчас у двух ядер Core2 4 МБ общего L2 кэша, в то время как у самого быстрого процессора AMD он в 2 раза меньше. Отставание продолжится и с Barcelona, так как каждое из его четырех ядер будет иметь только 512 кБ L2 кэш. В то время как четырехъядерный чип Barcelona будет иметь в сумме 2 МБ кэша L2 на все 4 ядра, четырехъядерный Kentsfield в настоящее время имеет 8 МБ L2 кэш на 4 ядра. К концу этого года ожидается, что у интеловского Penryn будет 12 МБ L2 кэш на все его ядра.    Чтобы сохранить размеры кристалла приемлемыми, AMD сделала свой четырехъядерный процессор Barcelona на одном кристалле с 4 ядрами, у каждого 128 кБ L1 и 512 кБ L2 кэш – как у большинства сегодняшних массовых K8. Однако в эру многопотоковых приложений, для обеспечения высокой производительности, многоядерным CPU нужен общий пул скоростной памяти.    Разместив 4 ядра на одном кристалле, AMD не хотела усложнять конструкцию большим общим L2 кэшем. Вместо этого, оставив иерархию кэшей K8, она добавила третий уровень кэша – общий для всех четырех ядер. Сделанный по 65 нм технологии, четырехъядерный Barcelona будет иметь 2 МБ L3 кэш, доступный для всех четырех ядер.    Иерархия в Barcelona работает таким образом: L2 кэши заполняются излишками L1 кэшей. Когда кэш заполняется до конца, данные, которые не использовались в последнее время, освобождают место для новых данных, которые контроллер кэш-памяти посчитает нужным иметь в кэше. В структуре кэша с запасником, выселенные данные помещаются в участок памяти, известный как запасник, а не удаляются из кэша сразу. Если данные снова понадобятся, кэш-контроллер просто возьмет их запасника, а не из намного более медленной оперативной памяти. Barcelona отселяет данные из L1 кэша в L2 кэш.    Новый кэш L3 работает как запасник для L2 кэшей. Поэтому, когда маленький L2 кэш заполняется, выселенные данные переносятся в более объемный L3 кэш, где они и хранятся до тех пор, пока не понадобится место для новых данных. Алгоритмы, которые управляют работой L3 кэша, стараются сохранять в нем данные, которые могут понадобиться нескольким ядрам. Если CPU сделает выборку кода, его копия останется в L3 кэше, чтобы этот код был доступен всем четырем ядрам. Но простая загрузка данных осуществляется независимо. Контроллер кэш-памяти следит за хронологией, и если данные уже были в общем доступе, их копия остается в L3 кэше; если нет – они не сохраняются.    У L1 и L2 кэшей ассоциативность не изменена – 2 и 16 уровней соответственно. Однако у нового L3 кэша уровень ассоциативности 32. Это должно повысить число успешных обращений к относительно маленькому, по сравнению с его конкурентами, кэшу. [N10-Улучшение виртуализации AMD]    Говоря об увеличении быстродействия, стоит отметить, что у Barcelona увеличена скорость переадресации адресов виртуализации. В виртуальном программном стеке, где гипервизор управляет несколькими гостевыми ОС, трансляция адресов памяти происходит по-новому, и с этим тоже нужно уметь работать: нужно производить переадресацию от гостевой ОС к гипервизору, так как у каждой гостевой ОС свой собственный диспетчер памяти. Согласно AMD, в настоящее время этот новый уровень переадресации осуществляется программно методом shadow paging. В качестве альтернативы shadow paging Barcelona предлагает Nested Paging – свою технологию с аппаратным ускорением.    Предположительно до 75% времени гипервизор может работать с теневыми страницами, которые AMD ликвидирует, научив процессор работать как с гостевыми таблицами страниц, так и с хостовыми. Транслируемые адреса кэшируются в новом большем буфере TLB, что ещё больше увеличивает производительность. AMD указывает, что включить поддержку Nested Paging у Barcelona очень просто; достаточно установить соответствующий бит режима, что разработчики ПО могут легко осуществить. Управление питанием    Последним раскрытым аспектом дизайна Barcelona является управление питанием. Хотя все 4 ядра все еще работают на одном уровне питания (одинаковое напряжение), северный мост Barcelona теперь имеет независимое питание. Напряжения ядра и северного моста у Barcelona могут изменяться в пределах 0,8 - 1,4 В независимо друг от друга.    В обычной платформенной архитектуре северный мост является отдельным от CPU чипом, и у них разные шины питания. Плюсом такой конструкции является то, что эти две микросхемы могут снижать своё энергопотребление независимо друг от друга. Поэтому, когда у контроллера памяти мало работы, он может перейти в состояние с пониженным энергопотреблением и оставаться в нем до тех пор, пока он не понадобится. У K8 этого нет, так как северный мост и ядро(ра) CPU имеют общую шину питания. У Barcelona шины сделаны разными, чтобы можно было улучшить эффективность энергопотребления.    На все ядра подается одно и то же опорное напряжение, но каждое ядро имеет свой собственный PLL, так что, в зависимости от загрузки, они могут работать на разных тактовых частотах. Хотя напряжение на все 4 ядра подается одинаковое, тактовую частоту, а, следовательно, и ток, проходящий через каждое отдельное ядро, можно уменьшить в соответствии с загрузкой этого ядра, что даст экономию электроэнергии при поддержании нужной производительности процессора. Особенно это интересно для настольных компьютеров, так как не часто у них загружены все ядра процессоров на 100%.    Barcelona поддерживает до 5 независимых энергетических уровней для каждого ядра, которые отличаются только тактовой частотой. Эти уровни полностью контролируются аппаратно, поэтому для задействования этой функции драйвер не нужен. У Barcelona AMD также увеличила количество ступеней и объектов clock gating, по сравнению с K8, в том числе и у логики. Больше об этом AMD ничего не сообщает, но учитывая, сколько времени прошло с выхода K8, можно ожидать, что здесь можно было многое сделать.    Улучшение эффективности Barcelona, вместе с обновленным управлением питанием, продвинутый clock gating и 65 нм техпроцесс позволят первому четырехъядерному процессору AMD иметь такое же энергопотребление, как у нынешних Opteron'ов. [N11-Заключение]    Когда Intel выпустила свой первый Core 2 процессор, улучшение производительности было просто революционным. Это самое большое увеличение производительности, которое мы видели у нового процессора за несколько прошлых лет, к тому же ничего близкого тоже не было. Большая часть успеха Core 2 основана на его архитектуре, но нельзя отрицать того, что она бы не появилась, если бы у Intel дела шли хорошо.    Все, что нужно было сделать Conroe, Merom и Woodcrest – опередить по быстродействию стареющие и неудачные процессоры Pentium 4 с ядром NetBurst. Процессоры AMD делали это довольно легко и много раз, начиная с их появления в 2000 году. Не имея соперников в лице Intel, AMD и не старалась сильно от неё оторваться. Хотя архитектура K8 на то время была успешной, но она устаревала. С начала своего появления в 2003 году у неё не было серьезного изменения в архитектуре, что могло бы увеличить её производительность, и она была для Intel как неподвижная мишень. С каждой последовательной итерацией архитектуры Pentium M, Intel приближалась всё ближе и ближе с разработкой своего процессора, который бы мог обойти Athlon 64, и в итоге она его сделала – это Core 2 Duo.    Это не было какое-то мистическое действо по созданию процессора, которое позволило Intel в прошлом году вырваться вперед – это была хорошая архитектура и удачное время. Довольно иронично – это те же самые два элемента, которые во многом способствовали успеху архитектур K7 и K8 AMD; они обе были хорошо сконструированы и появились в то время, когда у соперника дела шли не важно.    Говоря о предстоящих выпусках, впервые новая архитектура AMD будет воплощена в процессорах Opteron следующего поколения, которые должны появиться в середине этого года. Первые модели будут работать на частотах 2,1 - 2,3 ГГц, но к концу этого года можно ожидать и более высокочастотные варианты. Для настольных компьютеров AMD выпустит процессор Agena с ядром аналогичным Barcelona, с частотами 2,7 - 2,9 ГГц. Процессор Kuma будет двухъядерным вариантом Agena – 2,0 - 2,9 ГГц.    Barcelona должна принести AMD успех – долгожданное обновление архитектурны K8 должно значительно увеличить производительность, особенно там, где сейчас у K8 проблемы (например, кодирование видео). Во многих обзорах Athlon 64 X2 6000+ говорится, что с агрессивной ценой на свои процессоры, AMD может приблизиться по предложению к своему конкуренту. При текущем уровне цен можно предположить, что Barcelona сможет закрыть брешь между AMD и Intel. Возможно, цены на новые ядра AMD будут немалыми, но хотелось бы, чтобы AMD оставила покупателям возможность выбора.    Главный вопрос – что будет после Barcelona? Как мы уже говорили выше, нынешние успехи Intel родились из равномерного, но регулярного улучшения изначально хорошей архитектуры. Ежегодно обновляя свои Pentium M, Intel удалось обратить его в снежный ком, который уже было трудно остановить. Казалось бы, подобной тактике нужно придерживаться и AMD, чтобы не попадать в такие неприятные ситуации, как сейчас.

Источник: www.anandtech.com/

подписаться   |   обсудить в ВК   |   

<< предыдущая     5   6   7   8   9 следующая >>