5.8 Процессоры amd Phenom II
Фактически архитектуру Phenom II нельзя назвать новой, даже во внутренней номенклатуре AMD она значится как К10.5. Процессоры с кодовым именем Deneb основаны на предыдущем поколении – тех самых неудачных Phenom (Agena), однако производство по 45-нанометровому техпроцессу и несколько ключевых улучшений позволили устранить большинство недостатков.
Новинки сохранили сильные места предшественников. Встроенный контроллер памяти дает возможность радикально снизить задержки при обращении к RAM и увеличить пропускную способность. «Нативная четырехъядерность», называющаяся у АМО Direct Connect Architecture, представляющая собой расположение всех ядер процессора в одном кристалле, способствует снижению потерь при обращении ядер в чужой кэш L2.
Остановимся на контроллере памяти. В Deneb он был разработан заново, что позволило реализовать поддержку как привычной памяти DDR2-1066, так и более современной DDR3-1333. Кроме очевидной выгоды в виде совместимости с уже существующими платформами, это дало возможность добиться уменьшения задержек при доступе к памяти примерно на 10% (со 107 нс для первых Phenom до 95 нс для Phenom II).
К
Рис.
5.13 – Фотография
кристалла процессора
Phenom
II
В целом, поддержка обоих стандартов памяти – не такая уж сверхсложная задача, поскольку DDR2 и DDR3 на стороне контроллера отличаются только напряжениями, а основные различия в расположении контактов и терминации находятся на стороне материнской платы и модулей.
Иерархия КЭШей в новых процессорах осталась прежней: на каждое ядро приходится 128 КБ КЭШ L1 (по 64 КБ для инструкций и данных) и 512 КБ эксклюзивного КЭШа L2. Значительное изменение претерпел только КЭШ L3, размер которого увеличился с 2 до 6 МБ, а латентность уменьшилась на два такта по сравнению с Agena. Если сравнивать архитектуру AMD с Intel Core i7, то иерархия КЭШей у них одинакова, отличаются лишь объемы и скорость. У AMD K10.5 задержки L1 составляют три такта против четырех у Nehalem. При этом у Core i7 в два раза меньше КЭШа второго уровня на ядро (всего 256 КБ), однако у него гораздо меньшая латентность — 11 тактов против 15 у Phenom II. В целом, оба разработчика сходятся во мнении, что размер кэша L2 играет меньшую роль, нежели его производительность, если процессор оборудован достаточно быстрым и емким общим L3. Именно малый объем кэша был одной из основных причин низкой производительности первых Phenom во многих приложениях: для постоянной полной загрузки вычислениями всех четырех ядер нужно быстро передавать значительные объемы данных, которые просто не могут уместиться в 2 МБ. В результате процессору приходилось часто обращаться к оперативной памяти, теряя такты на ожидание. Шести мегабайт L3 должно хватать для большинства ситуаций. Если ядра обрабатывают независимые потоки с разными данными, то раздельный L2 для каждого из них не будет помехой, так как ядрам не нужно обмениваться содержимым КЭШей, а если идет многопотоковая обработка одного набора данных, то общий быстрый L3 выгоднее объемного, но раздельного L2 в случае Core 2.
Сами ядра процессора не претерпели изменений, а просто были подвергнуты уменьшению для 45-нанометрового техпроцесса. Это позволило увеличить тактовые частоты до 3 ГГц у топовой модели Phenom II Х4 940, при этом результаты тестирований демонстрируют, что запас частоты еще есть. Тепловой пакет CPU остался на уровне 125 Вт (85 Вт для младших моделей), в основном это объясняется наличием большого объема КЭШа L3.
Несмотря на переход на более миниатюрный техпроцесс и использование технологии SOI, напряжения питания процессоров практически не уменьшились, а верхний порог даже достиг 1,5 В при 1,3 В для AMD Phenom X4 9950. Тем не менее потребляемая мощность заметно снизилась по сравнению с предыдущим поколением: на частоте 3 ГГц Phenom II Х4 940 потребляет около 190 Вт против 210 Вт у Phenom X4 9950 на 2,6 ГГц.
Кроме того, AMD устранила проблему с технологией Cool 'n' Quiet. Напомним, что архитектура Phenom позволяет задавать множители ядер динамически и независимо друг от друга. AMD воспользовалась этим для реализации системы энергосбережения, однако особенности диспетчера потоков в Windows привели к резкому снижению производительности при активации этой функции. Если какое-то ядро простаивало, процессор переводил его в экономный режим, снижая частоту вдвое. В какой-то момент Windows могла перевести поток с работающего на полной скорости ядра на замедленное, потеряв в быстродействии до 15%. В Phenom II AMD заблокировала возможность автоматического снижения частоты для отдельных ядер. Теперь, если хоть одно ядро сильно загружено, все четыре будут работать на максимальной частоте, а если уровень загрузки позволяет переключиться в экономный режим — весь CPU снижает частоты. Кроме того, для Phenom II количество состояний процессора (p-states) расширено с двух до четырех, и минимальная частота составляет всего 800 МГц.
Также в новом поколении Phenom «научился» выгружать данные из КЭШей L1 и L2 полностью простаивающих ядер в КЭШ L3, частоты которого задаются отдельным генератором, и переводить их в режим сна. Таким образом, они потребляют только токи утечки. Тем не менее новинки AMD значительно уступают по экономичности Intel Core i7, поскольку не умеют совсем отключать ядра от питания. Core 2 Quad также выглядят немного выигрышнее, поскольку Intel использует сплав high-k на основе гафния для металлических затворов транзисторов, демонстрирующий заметно меньшие токи утечки, чем применяемые AMD материалы.
Процессоры AMD Phenom IІ выпускаются в двух вариантах с разъемами Socket AM2+ и Socket АМЗ. Первый поддерживает установку только в материнские платы с разъемом АМ2+, работающие с памятью DDR2.
CPU с Socket АМЗ обратно совместимы с Socket AM2+, т. е. их можно устанавливать как в материнские платы с новым разъемом и DDR3, так и в платформы предыдущего поколения. Для обеспечения работоспособности достаточно просто обновить прошивку BIOS. В принципе, ничего не мешает производителям материнских плат реализовать поддержку Phenom II и в платах с разъемом Socket AM2, однако официальной валидации такой комбинации со стороны AMD нет. Что касается АМЗ, то процессоры с этим разъемом имеют на две контактные ножки меньше, а в гнезде на соответствующем месте нет отверстия, потому Phenom ІІ Socket АМ2+ установить в новую материнскую плату попросту невозможно. Вероятнее всего, это сделано сугубо из маркетинговых побуждений, так как архитектурно модели с разными разъемами идентичны. Единственная разница между моделями одного класса – частота северного моста и кэша L3, которая для CPU с Socket AM2+ составляет 1,8 ГГц, а для АМЗ – 2 ГГц. Впрочем, на производительности это практически не сказывается.
Материнские платы для Phenom II с обоими разъемами в данный момент основываются на чипсетах AMD 790FX, 790GX, 790Х, 780G с южными мостами SB600 и SB750. Механизм Load Line Calibration, впервые введенный AMD SB750 и заметно улучшающий стабильность задающей частоты, теперь интегрирован в процессор. Это позволяет рассчитывать на то, что частотный потенциал, демонстрируемый новинками, будет сохраняться и при установке их в сравнительно давно выпущенные материнские платы с южным мостом SB600. В этом году будут представлены новые наборы логики 800-й серии для Socket АМЗ и серверной платформы Socket F+, которые, кроме внутренних усовершенствований, направленных на повышение быстродействия чипсета, привнесут поддержку SATA 6 Гб/с и 14 портов U S В 2.0.
Подводя итог, отметим, что AMD Phenom II – это, очевидно, эволюционное развитие уже существующей архитектуры. Разработчики сконцентрировались на основных недостатках предыдущего поколения: низкую экономичность устранили с помощью нового техпроцесса и улучшенной технологии Cool 'n' Quiet, недостаточную производительность – повышенными частотами и расширенным кэшем. Кроме того, не встречавшаяся ранее поддержка работы встроенного контроллера с двумя стандартами памяти должна обеспечить заждавшихся потребителей возможностью как модернизировать существующие ПК, так и собрать новые из современных комплектующих.
Фирма AMD абсолютно рационально выходит из ситуации с бракованными кристаллами: 9 февраля 2009 г. компания представила пять новых моделей процессоров с разъемом Socket AM3, четыре из которых содержат либо отключенные части кэша, либо одно неактивное ядро. Две из них – Phenom II Х4 810 и 805 – оснащены сокращенным до 4 МБ кэшем L3 и работают на частотах 2,6 и 2,5 ГГц соответственно. Две другие, с индексами 720 и 710, относятся к семейству среднего класса Phenom II ХЗ, работают на частотах 2,8 и 2,6 ГГц и снабжены полным объемом L3 – 6 МБ. Наконец, пятый процессор – AMD Phenom II X4 910 – является первым представителем топовой линейки компании для Socket AM3. Он характеризуется тактовой частотой 2,6 ГГц. Во всех этих CPU контроллер памяти и кэш L3 работают на частоте 2 ГГц против 1,8 ГГц у моделей для Socket АМ2+.
А
Рис.
5.14 – Разъем
для процессора Phenom
II