Материал опубликован - 05/03/2001
Обзор процессороа AMD Sladgehammer
В октябре 1999 AMD официально объявила о своих намерениях выпустить 64-битный
процессор. Чип с кодовым именем "Sledgehammer" стал ответом на совместную
разработку Intel - HP архитектуры IA-64. После успеха Athlon есть все основания
полагать что этот чип оправдает свое название.
Все предыдущие разработки AMD опирались на аппаратную совместимость с процессорами
Intel и не требовали специальных чипсетов и материнских плат. При выпуске Athlon
AMD пришлось продвигать новую платформу с нуля, не смотря на то, что шина EV6
не являлась новинкой. Заручившись поддержкой VIA, ALi и SiS, AMD удалось сделать
свою новую платформу популярной. В ряды производителей системных плат для Athlon
вступили ASUS и ABIT, а готовые системы предлагают все крупнейшие поставщики
во всем мире, включая Gateway, Compaq и Dell. Конкурентная борьба с Intel в
последнее время заключалась в объявлении более быстрых процессоров задолго до
их реального появления и снижении цен. Очень показательной в этом плане стала
гонка за рубеж в 1Ггц. Закончилась она в результате без победителей - никто
из соперников так и не наладил серийного выпуска гигагерцовых моделей. Гораздо
больше на руку AMD сыграл острый дефицит процессоров Pentium III и проблемы
с чипсетами серии i8xx. Сложилась невиданная доселе ситуация, когда все производители
компьютеров стали жаловаться на проблемы с поставками процессоров и чипсетов
от Intel. Раньше подобные проблемы преследовали только AMD. Образовавшуюся пустоту
быстро заполнили удачные процессоры от AMD и чипсеты VIA, никогда не отличавшиеся
высокой производительностью, но отвечающие всем современным требованиям. Intel
стабильно снижал цены, но из-за дефицита цены у конечных продавцов только росли.
Правда, в результате спрос на процессоры Athlon вырос настолько, что и у AMD
снова появились проблемы с поставками.
Новые процессоры Pentium III основанные на ядре Coppermine вновь смогли вернуть
Intel лидерство, а на горизонте появился Willamette, который и был продемонстрирован
на IDF работающим на частоте 1.4Ггц. Семейство Athlon должно этим летом разделиться
на три ветви:
- Duron - процессор начального уровня;
- Thunderbird - основной высокопроизводительный процессор
- Mustang - процессор, предназначенный для серверов и портативных компьютеров(???)
Кроме того, процессоры от AMD также как и процессоры от Intel перейдут на сокетовое
исполнение. Вопрос о выпуске Thunderbird в слотовом исполнении так до конца
и не решен из-за возможных проблем с несовместимостью с некоторыми системными
платами. Скорее всего проблема кроется в высоком энергопотреблении новых процессоров
- удешевленные платы с четырехслойным дизайном не смогут обеспечить их стабильной
работы. Из-за этого остается открытым вопрос о появлении переходников Socket
A - Slot A.
На новом рынке AMD прийдется бороться уже не столько с Intel, которая также
выпускает свой первый 64-битный процессор, сколько со старыми и маститыми игроками
в лице HP, Sun, Compaq/DEC/Alpha и IBM/Motorola. Процессор нового поколения
Sladgehammer призван разделить рынок с Itanium, Alpha, PowerPC, PA-RISC и SPARC.
Так для чего же потребовался переход на 64-битную архитектуру? Это просто еще
один логический шаг на пути эволюции современных процессоров от 8 и16 и нынешних
32-х бит. Последнее крупное изменение в мире х86-совместимых процессоров произошло
с выпуском i80386 - первого 32-битного процессора для персональных компьютеров.
Переход от 16-битного программного обеспечения к 32-битному мы могли наблюдать
в течении последних 15 лет. И он так и не завершен до конца. Первой жертвой
такой неповротливости стал Pentium Pro, оптимизированный для 32-битных приложений
и проигрывающий на 16-битных программах обычным Pentium'ам. Скорее всего так
будет и с 64-битными процессорами. Поэтому основной сферой их применения станут
мощные сервера, рабочие станции и, возможно игровые приставки.
Реальной причиной для перехода на 64-битовую арифметику стало то, что уже сейчас
используется 80-битная внутренняя шина, для блока плавающей запятой. Использование
64-битового целого регистра позволяет удвоить эффективную ширину полосы пропускания
между регистрами и кешем L1. Но для этого необходим оптимизированный код, который
использует эту возможность иначе вы напрасно потратите ресурсы.
Один из алгоритмов, демонстрирующих преимущества 64-битных регистров - алгоритм
сравнения строк. С 64-битными регистрами вы можете использовать восемь символов
в одном цикле сравнения. При правильном использовании SIMD инструкций вы можете
также искать в строке заданный символ сравнивая все восемь символов параллельном.
Все что вам действительно необходимо - это процессор, который работает в 32-битном
режиме, но может переходить в 64-битный режим для нескольких критических алгоритмов
где он дает большое преимущество.
Архитектура x86 дошла до своего предела, доказательством тому стала разработка
3DNow! и SSE. Единственное существенное преимущество x86 над RISC чипами в обработке
целочисленных данных не делает x86 лидером рынка серверов. Блок плавающей запятой
в чипах x86 и базовая шина ISA присутствующая до сих пор работают крайне неэффективно.
Архитектура x87 использует восемь 80-битных регистров в стеке FPU. Слишком много
циклов работы процессора затрачивается на реорганизацию стека, чтобы получить
требуемые для обработки данные. Это основная причина по которой x86 и x87 никогда
не сможет превзойти по тестам SPECfp RISC чипы предлагаемые HP, Sun или Alpha.
64-битный чип также может адресовать значительноо больший объем памяти. Верхний
предел 32-битного процессора - 4 гигабайта. Xeon может адресовать 64GB из-за
своей 36-битной расширенной архитектуры, а Athlon может адресовать почти 9TB
благодаря своими 43-битовыми расширениями. Серверы high-end конфигураций теперь
оснащаются 1-4GB оперативной памяти, с возможностью расширения максимум до 64GB.
Способность адресовать только 4GB памяти на процесс может привести к возникновению
задержек, которые многие люди хотели бы избежать и которые недопустимы в некоторых
приложениях. Это означает что одна программа, например компилятор или отладчик,
может использовать не более 4GB во время исполнения, несмотря на наличие большего
объема памяти. Разработчики больших баз данных уже достигли предела 4GB и требуют
большего. Восемь лет тому назад большинство компьютеров оснащались от 4 до 16MB
RAM, но сегодня обычным явлением стал объем памяти от 64 до 256MB RAM, что в
шестнадцати раз больше. Если предположить что темпы роста RAM остануться на
нынешнем уровне, то через 6 - 8 лет компьютеры потребительского рынка обзаведуться
2 - 4GB RAM, и серверам класса high-end будут иметь по крайней мере 16GB RAM,
с некоторыми прогнозами, допускающими огромных объемов в 256GB. 64-Битовый процессор
может адресовать тысячи терабайт (1.84e7) эффективно устраняя барьер адресного
пространства.
Оценка текущего состояния процессоров и сегодняшних тенденций на ниве процессоростроения
позволяют предположить каким будет Sladgehammer к моменту выпуска. Он должен
производиться с соблюдением технологических норм 0.18-микрон (возможно 0.15)
и с использованием медных проводников. Более чем вероятно что он будет также
как и Mustang производиться на дрезденской Fab 30, используя технологический
процесс Hip6L. Чип должен иметь интегрированный кеш L2, работающий на частоте
ядра, с объемом колеблющимся в пределах от 512K до 2MB. Это определенно увеличит
размер кристалла и соответственно стоимость самого процессора. Если учесть переход
AMD от слота к сокету, Sladgehammer должна выпускаться в PPGA формате. Тактовая
частота окончательной версии достигнет 2Ghz с частотой FSB 266Mhz.
Sladgehammer станет дебютом AMD в на рынке 64-битных процессоров. Он станет
первым продукт, в котором AMD полностью откажется от следования курсом Intel.
K5, K6 и Athlon создавались, чтобы конкурировать с эквиалентными продуктами
Intel: 486, Pentium и Pentium Pro/II/III. Теперь их пути разойдутся. Intel выбрал
ориентацию на EPIC, а AMD выбрала другой путь развития. Вместо проявления нового
EPIC/VLIW-совместимого процессора, AMD расширила нынешний 32-битный чип в 64-битный
чип нового поколения. Основное преимущество такого подхода - это способность
Sledgehammer выполнять как 32- так и 64-битные приложения не используя дополнительного
аппаратного декодирования. Предварительные сообщения о Itanium показывают, что
он едва конкурирует с нынешними Athlon/PIII системами при выполнении 32-битных
приложений. Это падение производительности оказывается неприемлимым, и AMD среагировала
соответственным образом. Имея естественную поддержку 32-битная приложений, Sladgehammer
становится мостом между 32-битной и 64-битной обработкой данных. Intel предполагает,
что 64-битная EPIC-архитектура не станет стандартом по крайней мере до 2005;
этот 4-летний промежуток времени может позволить AMD стать уверенным лидером
на потребительском рынке высокопроизводительных процессоров.
Но, вы можете сказать, что если AMD только расширило архитектуру системы команд
x86, то как обстоит дело с медленной архитектурой x87 FPU? AMD решила уту проблему
использование FPU с плоским файлом регистров. Этот новый FPU использует TFP,
технические инструкции с плавающей запятой. Этот FPU не использует неуклюжий
метод стека x87. Этот метод позволяет сократить рабочие циклы которые раньше
напрасно тратились на перемещение данные в стеке прежде, чем выполнить операции.
AMD не объявило сколько регистров FP будет содержать Sladgehammer, но можно
предположить что их будет от 16 до 32. Этот FPU должно уравнять шансы Sladgehammer'а
в борьбе с другим RISC-процессорами от SUN и Compaq/DEC/Alpha.
Следующие несколько месяцев и кварталов могут стать удачным временем для Sladgehammer
и 64-битной обработки в общих чертах. Sladgehammer позиционируется, как переходный
чип от 32 к 64 битам, из-за своей способности работать как 32 так 64-битный
процессор. Один из основных факторов, влияющих на успех обоих чипов - доступность
операционной системы. Intel'овская архитектура IA-64 имеет здесь преимущество,
поскольку даже если бы Microsoft не разрабатывает 64-битую версию Windows, Intel
может использовать Unix, Solaris и HP-UX как альтернативы. Так как IA-64 была
первоначально нацелена на сервера high-end, это выглядит как хорошо продуманный
план. Но, не все так плохо для AMD. Compaq объявил, что он не поддержит 64-битную
Windows для своих Alpha-серверов, которые Microsoft давно рассматривает как
путь проникновения на рынок серверов high-end. С выходом AMD Sladgehammer Microsoft
мог бы разработать 32-битную расширенную версию Windows, которая со над временем
могла бы превратиться в истинно 64-битную OS. Они уже делали так при переходе
Windows с 16 бит на 32 бита, значит смогут сделать снова. Red Hat только что
заявляла, что она собирается помогать разработке другого 64-битного компилятора
для Linux. Проект Trillian возглавляется группой программных и хардверных компаний:
IBM, SGI, VA Linux Systems, Intel, Red Hat, Caldera System, SuSE, TurboLinux,
CERN и Cygnus Solution. Вы можете посетить http://www.linuxia64.org/ для более
полной информации относительно проекта Trillian. Microsoft также только что
заявлял, что будет скоро готова 64-битная версия Windows, нацеленную на Intel
IA-64. Компиляторы могут добавить поддержку Sladgehammer в обе операционных
системы (Окно и Linux), но если они будут сильно оптимизированы для IA-64 и
VLIW архитектуры, это может стать похоронным маршем для AMD. Громкие имена и
известные торговые марки сыграют не последнюю роль в этом вопросе. Если потребители
увидят "Optimized for Intel Itanium" на коробке с программным продуктом,
то они будут использовать его именно с этим процессором, несмотря на то, что
есть лучшее предложение от AMD.
Основной вопрос возникающий после этих рассуждений - сможет ли AMD выигрывать
битву за 64-бита? Я не стану делать безосновательных прогнозов, а просто выскажу
несколько логических предположений. Sladgehammer совместимый с 32-битнми и 64-битными
режимами работы должны стать очевидным выбором для предприятий и индивидуалов,
которые хотят перейти на 64-битое ПО, но не хотят терпеть врожденные недостатки
IA-64 в 32-битном режиме. Они, скорее всего не захотят сразу расстаться с привычными
операционными системами, будь то Windows или Linux, и поэтому падение производительности
в 32-битном режиме у Itanium может оказаться решающим фактором. Sladgehammer
не сможет превзойти по SPECfp Itanium, из-за того, что он не будет использовать
ту же RISC архитектуру FPU. AMD уже предсказывает 5% отставание в целочисленных
операциях и операциях с плавающей запятой, по сравнению с истинно 64-битными
приложениеями. Также, Sladgehammer будет иметь большую площадь кристалла чем
нынешний Athlon. AMD предсказывает по крайней мере 5% прирост в размере кристалла
из-за дополнительных 64-битных расширений и TFP. Другие расширения несомненно
также увеличат размер кристалла. Но, этот размер - ничто по сравнению с некоторыми
предварительными сообщениями относительно Itanium. По первым впечатлениям Itanium
вполне сможет выступить в качестве замены EZ-Bake печи по своим габаритам и
энергопотреблению. На рынке серверов high-end мегагерцы не являются показателем
реальной производительности, поэтому Itanium может так и остановится на 800Mhz,
в то время как Sladgehammer достигнет 2Ghz. AMD выпустит версии Sladgehammer
с несколькими процессорами на одном кристалле. Это стало возможно с появлением
нового Lightening Data Transport (LDT) протокола котрый выводит AMD на лидирующие
позиции рынка мультипроцессорных систем. В течение следующих 4 лет Sladgehammer
будет находиться в выгодном положении, но после этого, архитектура IA-64 вероятно
превзойдет Sladgehammer и станет стандартом. Но кто знает что AMD скрывает под
кодовым именем K9?
В заключение, AMD собирается вступить на рынок 64-битных процессоров в явно
выгодном положении. Используя свои текущие технологии и наработки, AMD избежала
высоких издержек на R&D при создании нового 64-битного RISC- чипа, не говоря
уже о возможности появления судебного иска от Intel. Расширенная архитектура
x86-64 делает Sladgehammer наилучшим вариантом для перехода от 32 к 64-битной
обработке данных.
В обзоре использованы материалы сайта AMD
Zone.com
Первоисточник: hardware.ul.ru
