Огляд самого продуктивного настільного процесора AMD FX-8150: тестування архітектури Bulldozer

Одним з найбільш очікуваних продуктів ринку процесорів як нинішнього, так і минулого року стали ЦП на базі нової мікроархітектури Bulldozer. Подібний ажіотаж був пов'язаний в першу чергу з досить великою кількістю різної попередньої інформації та «усіляких чутків». Одним з факторів підвищеної уваги був досить тривалий термін використання архітектури K10, яка була анонсована наприкінці далекого 2007 року, а суть її полягала у корекції недоліків попередніх арітектур K8 і K7. При цьому варто відзначити той факт, що базовою все-таки була саме K7, десятилітньої давнини. У зв'язку з тим, що можливості архітектури К10 фактично були вичерпані, що ми спостерігали в різних модельних рядах процесорів компанії AMD, цілком логічною стала необхідність здійснення кардинальних змін. Самим напруженим став момент представлення результат роботи розробників компанії AMD. Незважаючи на те, що демонстрація декілька разів відкладалася, але 12 жовтня все-таки знаменна подія відбулася, і було презентовано цілих 4 моделі CPU для настільних ПК на основі нової архітектури Bulldozer. Саме ж сімейство одержало назву Zambezi.

Перш ніж переходити до модельного ряду процесорів, давайте ще раз подивимося на структуру самого кристала. Важливою відмінністю є використання так званих модулів (блоків), які по своїй суті є нічим іншим як здвоєними х86 процесорними ядрами. Саме з цієї особливості і з'являються ті самі 8 ядер процесора, хоча при швидкому погляді на структуру кристала вгадуються лише 4, так званих, модуля Bulldozer.

Самі ж процесорні модулі крім двох х86 ядер оснащені також блоками FPU, «front end» і кеш-пам'яттю другого рівня (L2). Подібне здвоєне компонування процесорних ядер по своїй суті дуже сильно нагадує ідею Hyper-Threading, який використовував обчислювальні можливості одного фізичного ядра, а в новинці від компанії AMD відбулася фактично реалізація технології конкурента на фізичному рівні з декількома загальними ресурсами, наприклад блоком FPU. Спільною для всіх модулів є кеш-пам'ять L3.

Важливим структурним компонентом нової архітектури є блок «Front end», який є набором логічних пристроїв, що забезпечують підготовку інструкцій для виконання на обчислювальних пристроях. Його ключовими елементами є: блоки пророкування переходів, кеш інструкцій першого рівня (L1I) і декодер. Основне завдання, як вирішують блоки пророкувань є оптимізація завантаження процесорних ядер з метою мінімізації загальної кількості простоїв CPU через затримки з передачею даних з оперативної пам'яті або кешей. Декодер відповідає за перетворення х86 команд в «зрозумілий» для інших пристроїв вигляд.

Основною зміною, яка відбулася в даному блоці в порівнянні з попередньою архітектурою, крім підвищення точності пророкувань, є збільшення кількості каналів обробки інструкцій до чотирьох. Однак якщо врахувати той факт, що на відміну від архітектури ДО10, блок «Front end» буде обробляти фактично 2 потоки даних, цілком імовірно, що ми можемо спостерігати деякий зсув сильних і слабких сторін ЦП сімейства AMD FX, у порівнянні з CPU попереднього покоління.

 

Принципова схема процесорного модуля  

Серйозних змін перетерпів блок операцій з плаваючою комою. На схемі видне, що в нього входять два 128-бітних виконавчих пристрої FMAC, які для обробки 256-бітних інструкцій можуть поєднуватися в єдине ціле. На відміну від K10, де за операції додавання і множення відповідали різні пристрої, ці є універсальними, і здатні виконати весь спектр підтримуваних команд. Ми бачимо, що компанія AMD переходить від асиметричної схеми виконавчих пристроїв FPU до симетричної. У випадку поділу ресурсів між двома x86 ядрами, кожне може працювати з своїм FMAC пристроєм. Фактично обчислювальні можливості FPU розділяються на два ядра, але за рахунок більшої універсальності складових компонентів у певних випадках такий підхід може забезпечувати близьку або потенційно більш вищу продуктивність у порівнянні з іншими рішеннями.

Єдиним недоліком подібного підходу можна назвати те, що в цьому випадку максимальну відповідальність за завантаження процесора несе програміст, який одразу повинен оптимізувати код для виконання його у двох потоках. Для порівняння варто згадати, що ядро Sandy Bridge інтелектуально завантажує власні ресурси за рахунок просунутої внутрішньопроцесорної логіки, яка самостійно розбирає однопотоковий код і виконує його паралельно на повному наборі своїх виконавчих пристроїв.

Ми постаралися більш докладно освітити ключові відмінності та особливості в архітектурі, що стосується інших питань, то відповіді на них ви, швидше за все, знайдете в матеріалах презентації.

Зовнішній вигляд роздрібної коробкової версії новинок досить інтригує. Ви бачите, що присутні знайомі елементи упаковки, наприклад пластикове віконце, однак вона придбала більш округлений і витончений вигляд.

Модельний ряд настільних процесорів AMD FX 

На даний момент у модельному ряді AMD FX є як восьмиядерники, так і рішення з більш низькою кількістю активних модулів. «Родзинкою» серії є наявність розблокованого множника процесора і підтримка технології TurboСore2.0.

Героєм даного дослідження є рекордсмен книги рекордів Гінесса AMD FX-8150.

Зовні процесор абсолютно нічим не відрізняється від своїх попередників, виготовлених для Socket AM3, і виглядає досить скромно. Традиційне маркування процесорної кришки пропонує власнику досить багато інформації. У цьому випадку вона наступна - FD8150FRW8KGU:

• F – процесор належить до сімейства AMD FX;
• D – сфера застосування даного процесора – робочі станції;
• 8150 – модельним номер;
• FR – тепловий пакет процесора 125 Вт;
• W – упакований процесор у корпус 938 pin Socket AM3+;
• 8 – загальна кількість активних ядер;
• K – об'єм кеш-пам'яті L2 1 МБ на кожне ядро і 8 МБ кеш-пам'яті L3;
• GU - ядро процесора степпінга OR-B2.

Тильна сторона процесора лінійки AMD FX 

Тильна сторона процесора лінійки AMD Phenom II 

Відмінності на тильній стороні процесора відсутні, навіть незважаючи на те, що використовується принципово нова архітектура. 

Специфікація

Восьмиядерний процесор AMD FX-8150 належить сімейству Zambezi і виготовлений по 32 нм технологічному процесу. Тактова частота процесора дорівнює 3,6 ГГц, при цьому напруга живлення ядра 1,2 В. Відмінною рисою нової архітектури є підтримка більш широкого набору інструкцій: AVX у реалізації Intel з доповненням XOP, а також FMA4 (одночасна робота з 4-ма операндами), які «перекочували» з набору інструкцій SSE5, анонсованого в 2007 році, що так і не одержав особливої популярності.

Звертаємо вашу увагу, що в стані спокою частота знижується до значення 1,4 ГГц, при цьому напруга живлення зменшується до рівня 0,84 В. Що ж стосується TDP обумовленого утилітою в 124 Вт, то він трохи неточний, тому що виробник вказує його на рівні 125 Вт, але подібна неточність не має великого значення.

Як ви бачите, навіть для процесорів з новою архітектурою частота роботи оверклокерських модулів пам'яті автоматично встановлюється на рівні 1333 МГц, хоча рідною для контролера пам'яті є DDR3-1866. Максимальну ефективність роботи з оперативною пам'яттю можна одержати тільки після ручного налаштування в BIOS параметрів роботи материнської плати, якщо вона це дозволить.

Кеш-пам'ять новинки розподіляється таким чином. Кеш-пам'ять 1 рівня: по 16 КБ на кожне з 8 ядер виділяється для даних з чотирма каналами асоціативності, при цьому для інструкції є 64 КБ на кожний 2-процесорний модуль з 2-ма каналами ассоціативності. Кеш-пам'ять 2 рівня: по 2 МБ на кожний модуль процесора, яких як ви пам'ятаєте 4, з 16-ю каналами асоціативності. Кеш-пам'ять 3 рівня загальна для всього процесора і дорівнює 8 МБ з 64-ма каналами асоціативності.

Окремої уваги заслуговує робота технології Turbo Core 2.0, реалізована в процесорах сімейства AMD FX. Загальна її характеристика пропонувалася представниками компанії в презентації процесорів. Нагадаємо, що в новинках реалізовано 2 режими: Turbo Core і Max Turbo Core. Відмінності режимів полягають у тому, що для «класичного» режиму відбувається підвищення тактової частоти всіх ядер, а для Max Turbo Core частоти половини ядер зменшуються до мінімально можливого рівня, при цьому інші ядра одержують максимальний приріст. Робота в даних режимах здійснюється доти, доки ЦП не перевищить заявлений тепловий пакет чи у випадку, коли не має необхідності у підвищенні частоти.

У випадку використання процесора AMD FX-8150 ви можете спостерігати наступні ситуації. 

AMD FX-8150 працює в режимі Turbo Core з усіма задіяними ядрами

AMD FX-8150 працює в режимі Max Turbo Core 

У зв'язку з тим, що даною технологією оснащені всі процесори, і вона дозволяє одержати додаткове збільшення до продуктивності, то цілком розумно все-таки її використовувати.