Ходим парой

Создавая Bulldozer, инженеры AMD отказались от проверенной стратегии улучшения и частичного копирования старых наработок. Строение камней в корне отличается от того, что мы привыкли видеть в x86-системах.

Первое и самое важное нововведение — оригинальная компоновка. Все топовые версии Bulldozer официально оснащаются восемью ядрами. Однако на самом деле полноценных модулей четыре, просто у каждого по два вычислительных блока. Выглядит это так: два целочисленных арифметических кластера (они-то и называются ядрами и отвечают непосредственно за расчеты) делят между собой Front-End, кластер вычислений с плавающей запятой (FPU) и увеличенный до 2 Мб кэш второго уровня.

Польза такого тандема — экономия площади, снижение уровня потребления энергии и стоимости производства. Минус — совместное использование одних и тех же наборов плохо сказывается на итоговой производительности. При большой нагрузке один Front-End может не справиться с двумя ядрами. AMD потерю производительности не отрицает: по ее словам, дуэт примерно на 20% слабее полноценного двухъядерника.

Трудности общения

Чтобы исключить узкое место, Front-End пришлось научить эффективно делить ресурсы между двумя ядрами. Для этого были переработаны блок предсказания ветвления и декодер команд, который получил четвертый канал для обработки инструкций (как в Sandy Bridge) и технологию Branch Fusion. Последняя позволяет склеивать часть инструкций в одну операцию. Все это должно ускорить работу Front-End и не дать простаивать кристаллу.

Что касается самих ядер, то это набор из Out-of-Order, загрузки/выгрузки, L1-кэша и двух вычислительных кластеров. Блок внеочередного исполнения теперь оснащен физическим регистром файлов. Как и в Sandy Bridge, в него скидываются адреса хранения рабочих данных, что позволяет разгрузить основной конвейер Out-of-Order. Процессор загрузки/выгрузки получил увеличенный буфер, удвоенную разрядность и возможность работы с виртуальными адресами, что теоретически должно повысить скорость работы с L1-кэшем данных. Последний в Bulldozer стал в четыре раза меньше: 16 против 64 Кб в K10. Потерю компенсировали скоростью работы. Ассоциативность L1 повысилась с двух до четырех каналов, а это значит вдвое большую эффективность поиска.

Вычислительных кластеров в одном модуле три штуки: два целочисленных и один для работы с данными с плавающей запятой. По сравнению с K10 первая пара потеряла по одному ALU (занимается вычислениями) и AGU (разбирается с адресами памяти). В теории это означает снижение пиковой производительности. На практике изменение будет практически не заметно: полностью нагрузить целочисленные кластеры сложно.

Основные изменения коснулись FPU, отвечающего за сложные расчеты с плавающей запятой. В K10 он стал значительно мощнее: получил по паре MMX и 128-бит FMAC-устройств для выполнения операций сложения и умножения. В отличие от K10, FMAC сделали универсальными: могут замещать друг друга, что положительно сказывается на скорости вычислений. Плюс к этому они научились совмещать операции в одном выражении, что повысило точность расчетов.

Помимо этого FPU получил обновленный ряд инструкций. Во-первых, процессор теперь работает с AVX, поддерживающим регистры длиной 256 бит. Для их расчетов, как и в Sandy Bridge, объединяются два FMAC. Во-вторых, Bulldozer может работать с инструкциями SSE 4.2, AENSI, FMA4 и XOP. Последние два набора уникальны для AMD. Для нас с вами все эти изменения означают только одно — команды, которые раньше делались за несколько тактов, теперь будут рассчитываться за один, а это напрямую влияет на производительность. Правда, чтобы ощутить прирост скорости, необходима поддержка инструкций со стороны софта.

Клей и ножницы

В итоге каждый модуль Bulldozer состоит из одного Front-End, L2- и L1-кэшей данных, двух целочисленных кластеров и блока для работы с числами с плавающей запятой. Всего на одном камне может находиться до четырех таких наборов. При этом каждому из них открыт доступ к ряду общих элементов. Первый — двухканальный контроллер памяти с поддержкой DDR3-1866 МГц. Второй — L3-кэш, объем которого по сравнению с K10 увеличился с 6 до 8 Мб, а ассоциативность — с 48 до 64 каналов. Заметим, что, в отличие от Sandy Bridge, частота L3-кэша не совпадает со скоростью ядер. Если топовый образец функционирует на скорости 3,6 ГГц, то память последнего уровня — на 2,2 ГГц. Это приводит к ощутимым задержкам, которые негативно сказываются на производительности. По словам AMD, на такую жертву пошли ради стабильной работы на высоких частотах.

Тадам!

Несмотря на архитектурные ухищрения и 32-нм техпроцесс, Bulldozer занимает внушительные 315 кв. миллиметров. Это примерно в полтора раза больше, чем четырехъядерный Sandy Bridge и старший Llano. К счастью, энергопотребление удалось сохранить в разумных пределах — 125 Вт.

Помимо восьмиядерных моделей, существуют версии с шестью и четырьмя вычислительными блоками. Младшие братья базируются на том же дизайне с восемью ядрами, но у них отключены один или два модуля.

Базовая частота варьируется от 3,1 до 3,6 ГГц. Как и у Sandy Bridge, в Bulldozer есть технология автоматического разгона. Специальный чип, отвечающий за Turbo Core 2.0, отслеживает текущие нагрузку на ядра и уровень TDP и, как только появляется возможность, повышает частоту процессора. В случае топового кристалла, когда задействованы все модули, скорость может быть увеличена на 300 МГц. Если часть ресурсов простаивает — на 600 МГц. При низких нагрузках Bulldozer переходит в энергосберегающий режим, за это отвечает технология Cool'n'Quiet.

Ручной разгон прост. Во-первых, у всей линейки разблокирован множитель. Во-вторых, новички хорошо набирают высоту: под жидким азотом старший Bulldozer установил новый мировой рекорд — 8429 МГц.

Компаньоны

Работают Bulldozer на Socket AM3+. По сути, это слегка усовершенствованный AM3 с одним дополнительным контактом. Чипсеты с новым процессорным разъемом называются 990FX, 990X и 970. Отличаются они контроллером PCIe 2.0. Старшая модель оснащена 32 линиями, младшие — 16. При этом 990FX и 990X поддерживают CrossFireX. Из особенностей чипсетов отметим шесть портов SATA Rev. 3 и 14 разъемов USB 2.0. Контроллера USB 3.0 нет.

Заметим, что Bulldozer могут работать и на старых платах. Все, что для этого нужно, — обновленный BIOS. Ограничения: у Turbo Core и Cool'n'Quiet снижается скорость реакции, а часть энергосберегающих функций недоступна.

 

Процессорная архитектура Bulldozer получилась интересной. Наконец-то AMD перестала заниматься самокопированием и придумала нечто действительно новое. К сожалению, явных преимуществ перед конкурентами немного. Заявленных восьми ядер нет. По-хорошему, перед нами четырехъядерные модели с увеличенным количеством вычислительных блоков, что-то вроде Intel Hyper-Threading, но на железном уровне. Идея хорошая, но производительность будет зависеть от того, насколько быстрым получился Front-End. Из реальных преимуществ Bulldozer можно выделить только мощный FPU для расчетов чисел с плавающей запятой и увеличенные по сравнению с K10 частоты работы.

Таблица 1

Технические характеристики процессоров AMD Bulldozer

Количество вычислительных ядер
FX-8150	8
FX-8120	8
FX-8100	8
FX-6100	6
FX-4100	4
Базовая частота
FX-8150	3,6 ГГц
FX-8120	3,1 ГГц
FX-8100	3,1 ГГц
FX-6100	3,3 ГГц
FX-4100	3,6 ГГц
Частота в режиме Turbo Core
FX-8150	4,2 ГГц
FX-8120	4 ГГц
FX-8100	3,7 ГГц
FX-6100	3,9 ГГц
FX-4100	3,8 ГГц
L2-кэш
FX-8150	8 Мб
FX-8120	8 Мб
FX-8100	8 Мб
FX-6100	6 Мб
FX-4100	4 Мб
L3-кэш
FX-8150	8 Мб
FX-8120	8 Мб
FX-8100	8 Мб
FX-6100	8 Мб
FX-4100	8 Мб
Поддержка памяти
FX-8150	DDR3-1866
FX-8120	DDR3-1866
FX-8100	DDR3-1866
FX-6100	DDR3-1866
FX-4100	DDR3-1866
Энергопотребление
FX-8150	125 Вт
FX-8120	125 Вт
FX-8100	125 Вт
FX-6100	95 Вт
FX-4100	95 Вт
Техпроцесс
FX-8150	32 нм
FX-8120	32 нм
FX-8100	32 нм
FX-6100	32 нм
FX-4100	32 нм
Сокет
FX-8150	AM3+
FX-8120	AM3+
FX-8100	AM3+
FX-6100	AM3+
FX-4100	AM3+
Цена на ноябрь 2011 года
FX-8150	9200 руб.
FX-8120	7200 руб.
FX-8100	не известна
FX-6100	5500 руб.
FX-4100	4000 руб.