Twoje PC Recenzje / Testy

M E N U

» Nowości

» Archiwum

» Recenzje / Testy

» Board

» Rejestracja

Szukaj @ TwojePC

T E C H N I K A

AMD Hammer: drugi zawsze się będzie więcej starał Autor: Stefan Data: 19/11/01

	Na łamach TPC opisaliśmy już wizję (oraz rzeczywistość) 64-bitowych komputerów według firmy Intel. Teraz nadszedł czas na AMD wraz z linią procesorów o nazwie kodowej Hammer. Na wstępie należy się jednak pewne wytłumaczenie (a raczej usprawiedliwienie). Poniższe tekst miałem zamiar dokończyć jeszcze przed Microprocessor Forum 2001 odbywającymi się między 15 a 19 października 2001 roku tylko na podstawie "doniesień" z branży, tak aby po oficjalnej prezentacji można było sprawdzić na ile dobrze przewidzieliśmy Hammera. Niestety ze względu na multum innych zajęć nie udało mi się dotrzymać tego terminu. Zatem następnym sensowym momentem do aktualizacji tekstu było dopiero AMD Annual Analyst Meeting 2001, które odbyło się 8 listopada. Zapraszam zatem do, tym razem "mało technicznego", wstępnego oglądu Hammera...

Wstęp

Kiedy kilka lat temu Intel zapowiadając rychłe wprowadzenie na rynek procesora zbudowanego w oparciu o nową 64-bitową technologię, roztaczał optymistyczne wizje niesamowitych jego osiągów. Wprowadzony pod koniec maja br. Itanium mógł jednak pod kilkoma względami rozczarować. Zaskakująca była bardzo niska wydajność dla kodu 32-bitowego. (Swoją drogą trzeba wziąć pod uwagę, że to tylko 733, względnie 800 megahercowy procesor wykonany w technologii 0.35 mikrona). Choć Intel wydaje ogromne pieniądze na współpracę z twórcami oprogramowania (vide dwustumilionowy FUND 64) na przystosowanie dotychczasowych programów do pracy na platformie 64-bitowej, to proces przejścia rynku (serwery, stacje robocze, mainframe) z 32 bitów na 64 zapowiada się być długotrwały. Potencjalnych odbiorców mogą zrażać także duże koszty takiego przedsięwzięcia, choć na przykład sam procesor zebrał w branży kilka bardzo prestiżowych wyróżnień - np. od PC Magazine. Kwestią stricte biznesową jest to, iż na platformie Itanium oparto między innymi sieć TeraGrid (3300 procesorów Itanium oraz McKinley) oraz klastry BWM, Forda czy sławnego genewskiego CERN-u.

W tej sytuacji nowe rozwiązanie drugiego po Intelu potentata na rynku procesorów - firmy AMD, wydawać się może bardziej zachęcające. Hammer oferuje coś z czego świadomie zrezygnował Intel. AMD tworząc Hammera nie zapomniał o 32 bitach i starał się zapewnić łagodne przejście z 32 na 64 bity. Strategia zaś Intela to albo pokerowa zagrywka albo poważny błąd (czas pokaże). Rodzina procesorów o roboczej nazwie Hammer rozwijana jest na bazie architektury x86-64, którą AMD stara się zaoferować jako swoją odpowiedź na IA-64 Intela. Obejmie ona procesory implementujące kolejną generację, oznaczoną symbolem - K8. Jak dotychczas AMD wymienił dwie właściwe nazwy kodowe swoich procesorów. Są nimi SledgeHammer, przeznaczony na rynek komputerów High-end, oraz ClawHammer, który ma być sercem słabszych maszyn.

Pozycjonowanie procesorów AMD

Hammer kontra obecne procesory

Na pierwszy rzut oka bez specjalnych innowacji, ale...

O "Młocie" w skrócie

Hammer jest superskalarnym procesorem, wyposażonym w innowacyjne nowe jednostki, takie jak ESP Look Ahead Unit czy Forward Collapse Unit, które mają pomóc w uzyskaniu wyższego współczynnika poziomu równoległości wykonywania się instrukcji (ILP - Instruction Level Parallelism) w przypadku także i aplikacji napisanych dla obecnie panującej architektury x86.
Jego potok zapewnia nie mniej niż sześć instrukcji wykonywanych "równolegle". (dwa razy więcej niż obecnie Athlonie)
Hammer zawiera podwójne jądro, z których obydwa posiadają jednostki funkcjonalne służące wykonywaniu kodu.
Hammery będą produkowane w 0.13 mikronowej technologii SOI - Silicon on Insulator.
Ilość stopni potoku dla operacji całkowitoliczbowych zwiększono w porównaniu z Athlonem o 20%. Wynosić ona będzie 12. Dla operacji zmiennoprzecinkowych potok będzie 17-fazowy.

Głównymi cechami architektury x86-64, w oparciu o którą zbudowany został Hammer są:

zgodność wstecz z kodem x86-32
8 nowych 64-bitowych rejestrów ogólnego przeznaczenia (rejestry GPR) oraz 64-bitowe wersje dotychczasowych rejestrów x86
wsparcie SSE & SSE2 przy pomocy 8 nowych rejestrów SSE2 (rejestry 128-bitowe)
Zwiększona przestrzeń adresowa
Duża wydajność dla aplikacji 32-bitowych przy jednoczesnym wspieraniu aplikacji 64-bitowych

Tryby pracy

Procesory oparte na architekturze x86-64 mają oferować ma dwa odrębne tryby pracy: long oraz legacy. Tryb long wspiera 64-bitowe operacje oraz umożliwia wsparcie dla wykonywania obecnych 16/32 bitowych aplikacji poprzez opcję kompatybilności dla tych drugich. Aby jednak korzystać z obydwu form niezbędne jest wsparcie ze strony 64-bitowego systemu operacyjnego. Tryb legacy, oferuje wsparcie 16/32-bitowych programów dla bardziej tradycyjnych systemów operacyjnych, jak Windows98 czy IBM OS/2. Tryb ten pozwala na wykonywanie oprogramowania pisanego dla tradycyjnych trybów x86 real, virtual czy protected.

Hammer cechuje się w pełni 64-bitowymi podsystemami dekodowania i wykonywania instrukcji, w pełni zoptymalizowanymi dla zapewnienia maksymalnej wydajności. Dołożenie do już istniejących 8 rejestrów ogólnego przeznaczenia dodatkowych ośmiu (oczywiście wszystkie są 64-bitowe) ma na celu zwiększenie prędkości wykonywania instrukcji i przetwarzania dłuższych danych w ramach pojedynczego cyklu pracy procesora. Dodano również 8 128-bitowych rejestrów XMM/SSE które pozwolą na rozszerzenie możliwości procesora w zakresie multimediów, grafiki czy gier.

Obsługa SIMD

SIMD pozwala na wykonywanie wielokrotnych operacji zmiennoprzecinkowych w czasie jednego cyklu procesora. Dodanie ośmiu rejestrów XMM zwiększy wydajność SIMD do - jak zapowiadają przedstawiciele AMD - do niewiarygodnych wartości.

Te nowe rejestry zapewnią 128-bitowe obliczenia na liczbach zmiennoprzecinkowych o podwójnej precyzji zarówno w wektorowych i skalarnych trybach obliczania. Z tych dodatkowych udoskonaleń skorzystają szczególnie aplikacje CAD, modelowania 3D czy symulacji typu virual reality.

Dotychczas na rynku dostępne są dwa zestawy instrukcji SIMD: SSE Intela oraz 3DNow! firmy AMD. Każdy standard oferuje podobną technologię, lecz nie są one wzajemnie zgodne. Wielu twórców oprogramowania optymalizuje swój kod do wykorzystywania SIMD, lecz istnienie dwóch standardów zdecydowanie to utrudnia. Rodzina procesorów Hammer być może rozwiąże ten problem w twórczy sposób. AMD właśnie posiadł licencję oryginalnego SSE firmy Intel oraz jednocześnie wdraża unowocześnioną technologię SSE2 i planuje realizować wspieranie obydwu tych standardów jednocześnie. Zapowiada także wsparcie dla instrukcji 3DNow!.

Rozszerzona przestrzeń adresowa

64-bitowa platforma pozwala na coś więcej niż szybsze przetwarzanie. Oprócz wykonywania 64-bitowych instrukcji, ma możliwość adresowania 64-bitowej przestrzeni adresowej. Obecne procesory 32-bitowe są ograniczone do zaledwie kilku gigabajtów pamięci fizycznej, co wciąż jest dużą ilością dla większości komputerów desktop, lecz może nie wystarczyć dla dużych serwerów internetowych i klasy enterprise. Tryb long x86-64 obsługuje 64 bity wirtualnej przestrzeni adresowej (2⁶⁴ bajtów, czyli około 18 000 000 000 000 000 000 bajtów lub 18 eksabajtów) i maksymalnie 2⁵² bajtów fizycznej przestrzeni adresowej (4 500 000 000 000 000 bajtów - 4.5 petabajta lub 4 500 terabajtów). Jest to dużo więcej pamięci niż jakikolwiek komputer posiada obecnie. Jednak pierwsza implementacja rodziny Hammerów będzie miała tylko 48 bitów wirtualnej przestrzeni adresowej (280 000 000 000 000, czyli 280 terabajtów) i 40 bitów fizycznej przestrzeni adresowej (około 1 terabajta).

Zintegrowany kontroler pamięci

Procesory z rodziny Hammer posiadać będą wbudowany 2-kanałowy kontroler pamięci, obsługujący 64- lub 128-bitowe układy DDR SDRAM (PC1600, PC2100, PC2700) i współpracujący z 1MB pamięcią L2, co ma znacznie zredukować opóźnienia w dostępie do danych oraz powiększyć nominalną szybkość wewnętrznej. Oczywiście w kontroler ze 128-bitową szyną planuję się wyposażyć "high-end-owy" procesor Sledgehammer, natomiast w 64-bitową odmianę "desktopowego" Clawhammer-a.

Natomiast za niezawodność procesora mają odpowiadać mechanizmy korekcji ECC pamięci L1/L2/SDRAM (tzw. "Chipkill ECC") oraz inne zaawansowane elementy sprzętowej kontroli układu.

Podsystem pamięci cache, przewidywanie skoków

Cache poziomu 0 dostarcza jednocześnie kodu, którego wykonanie ma nastąpić w przypadku wykonania się skoku, jak i również kodu, którego wykonanie uwarunkowanie jest niewykonaniem się rozgałęzienia.

W niektórych wypadkach wynik predykcji ustala się dopiero po kilku cyklach od czasu kiedy instrukcje zostały załadowane z pamięci cache poziomu 0. Jednostka forward collapse unit obsługuje wykonywanie rozkazów krótkich skoków podczas gdy obydwie możliwe ścieżki wykonania skoku wykonują się właśnie równolegle z instrukcją tegoż skoku. Instrukcje, które okażą się niewykorzystane w wyniku ustalenia skoku, są opatrywane znacznikiem unieważnienia. Forward collapse unit potrafi obsłużyć dwa krótkie skoki w czasie jednego cyklu mikroprocesora.

AMD podczas konstruowania Hammera skupił się na idei redukcji skoków warunkowych. W efekcie może być wykonanych więcej instrukcji w ramach pojedynczego cyklu mikroprocesora. Rozgałęzienia typowo wpływają na obniżenie wskaźnika ILP (Instruction Level Parallelism) ponieważ późniejsze instrukcje zależą od wyniku warunku wykonania skoku. Hammer powinien uzyskać wyższą wartość wskaźnika ILP dla ciągu instrukcji niż liczba możliwości, jaką mógłby znaleźć jakikolwiek kompilator. Ta zaskakująca różnica wynika z tego, że kompilator potrafi jedynie usuwać skoki warunkowe z kodu, jeśli uda mu się przewidzieć ich zajście w 100%. Jednostki jak FCU (Forward Collapse Unit) potrafią usunąć do dwóch skoków w czasie cyklu z ciągu instrukcji przy współpracy z predyktorem rozgałęzień.

Hammer oferuje dużą, bo 64 kilobajtowa pamięć dla tablicy historii rozgałęzień. Wyniki "skok wykonany/skok niewykonany" pobrane z 16 ostatnio realizowanych skoków warunkowych są wykorzystywane do wyliczenia indeksu w tej tablicy. Tablica ta zawiera 65536 2-bitowych wartości, które opisują status przewidywań w sposób następujący: 0 zdecydowanie nie trafione, 1 - ledwie nie trafione, 2 - ledwie trafione, 3 - zdecydowanie trafione. Tak obszerna tablica potrafi przechowywać charakterystyki przewidywań dla wielu różnych rozgałęzień w większych programach bez powodowania pomyłek. Mniejsze tablice muszą "uczyć" się ponownie historii predykcji, gdy procesor powraca do kodu danego programu. Bardzo duże tablice mają natomiast zdolność przechowywania historii predykcji rozgałęzień jakiegoś programu nawet gdy procesor aktualnie wykonuje kod innego programu. W czasie trwania jednego cyklu można dokonywać przewidywań dla dwóch skoków. Zatem zastosowanie tak dużej tablicy, będzie - według AMD - wpływać poprzez trafność przewidywań rozgałęzień na ostateczny wzrost wydajności mikroprocesora.

Podsumowanie

Procesory oparte o jądro K8 szczególnie użyteczne okazać się mogą dla uruchamiania oprogramowania wymagającego dużej pamięci: dużych baz danych czy narzędzi programowych służących do rozwiązywania skomplikowanych zadań naukowych i inżynierskich. Nie nakładają one jednocześnie zbyt dużych wymagań na aplikacje 64 - bitowe: wciąż mogą one - bez zauważalnych spadków w wydajności - wykorzystywać 32-bitowe instrukcje. Pozwoli to na łagodne i stosunkowo bezbolesne przechodzenie na 64-bitowe aplikacje. Dotychczasowe bowiem 64-bitowe rozwiązanie Intela w postaci Itanium, prezentowało w tym względzie diametralnie inne podejście. Pozwalało co prawda na uruchamianie aplikacji 32-bitowych, lecz wydajność tego rozwiązania okazywała się być niska. Hammer natomiast dzięki łagodnemu przechodzeniu z aplikacji 32 na 64-bitowe, nie wymusza konieczności wymiany oprogramowania, co jest także znaczącym argumentem dla odbiorców procesora, na który jednak będą oni musieli poczekać co najmniej do drugiej połowy przyszłego roku, wówczas bowiem (według AMD Processor Roadmap) pojawi się dopiero pierwszy z Młotów - ClawHammer. Premiera zaś jego silniejszego brata - SledgeHammer'a planowana jest pierwszą połowę 2003 roku.

Jakie nasuwają się spostrzeżenia po takim oglądzie rozwiązań 64 bitowych Intela (w dwóch częściach) oraz AMD. Po pierwsze, wszystko potwierdza starą, dobrą zasadę, iż second always tries harder (drugi zawsze się będzie więcej starał). Po drugie, bez względu na porównanie wydajności - Itanium jest fizycznie na rynku, a Hammera jeszcze nie ma. Po trzecie, AMD jako znacznie mniejsza firma stara wpasować się w stworzoną przez Intela lukę (językiem ekonomistów - znaleźć niszę rynkową) i jej 64-bitowe procesory są konstruowane tak, aby nie dyskryminować 32-bitowego oprogramowania. Po czwarte, Hammer ma stać się okrętem flagowym AMD ze względu na fakt, iż jeden typ procesora oraz rozwiązania subsystemu pamięci (DDR SDRAM) będzie adresowany tak do stacji roboczych oraz serwerów. Po piąte, za rok postaram się wrócić do tekstu i porównać rzeczywistość listopada 2002 roku z opisem z listopada 2001.

Zobacz także:

K O M E N T A R Z E

Jestem Pierwszy !!! (autor: ::LinX:: | data: 11/03/02 | godz.: 10:26)
POZDRAWIAM !!!
a jadrugi (autor: dr. zepsuj-brak rejestracji | data: 1/06/02 | godz.: 18:07)
fajny ten procek
ostatni będą pierwszymi (autor: a.t.r-brak rejestracji | data: 30/06/02 | godz.: 17:54)
fajny ale moja k-6 jest lepsza i tyle.
Procek (autor: leo-brak rejestracji | data: 11/07/02 | godz.: 18:18)
Super procek
dupa (autor: Don-brak rejestracji | data: 13/08/02 | godz.: 17:31)
fajny młoteczek
nie wstydził bym sie takiego procka (autor: luka-brak rejestracji | data: 5/09/02 | godz.: 17:10)
popieram ze k-6 sa najlepsze ale ten tesh może byc tylko amd jest za wolne w wypuszczaniu nowych procków i musi sie postarac bo intel idzie szybciej do przodu:((
Nio nio (autor: Trek_pl | data: 9/09/02 | godz.: 16:52)
Wszystoko narazie wyglada mi na kogiel-mogiel /ostre zamerdanie i tyle/ narazie to gadanie o czyms czego nie widzielismy, mam nadzieje ze bedziemy sie mogli dosc szybko przekonac kto komu dokopie a narazie sie nie oszukujmy amd z ledwoscia dogania intela w wypuszczaniu odpowiednio szybkich procow i te 'kruche jaderka' :)))
HAMMER (autor: Folcrom-brak rejestracji | data: 8/10/02 | godz.: 00:14)
Szczerze mówiąc po ostatnich wydarzeniach, nabieram sceptycyzmu jeśli chodzi o nowości w AMD. Oby nie okazało sie jak z najnowszym produktem MATROX'A, ktory na papierze był nie do pobicia, a w typowych testach... nie najlepszy, jeśli nie mówić słaby. AMD dostało zadyszki, do tego problemy finansowe mogą sprawić, że nowy procesor jeśli w ogóle będzie dostępny w terminie, to może być niedopracowany a jego wydajność będzie niska, jeśli teraz można mówić o słabej wydajności nowych procesorów. Jednak mam nadzieje, ze tak się nie stanie i AMD jako producent, ktoremu ufam okaże sie wiarogodny. Oby...
A co tam! (autor: BlackJack-brak rejestracji | data: 9/10/02 | godz.: 00:00)
Planować każdy może,co z tego wyniknie to się zobaczy.Aby tylko nie było za dużo problemów z temperaturą.Zdrowa konkurencja ze strony AMD jest jak najbardziej wskazana i powinna wpłynąć na ceny INTELA ,na czym skorzystają użytkownicy.A więc inżynierowie AMD do pracy!!!
THE BEST OF AMD AUTHENTIC PROCESOR IN YOUR PC (autor: Northwind | data: 27/11/02 | godz.: 14:35)
Posiadam Durona i przy jego wydajnosci o malo nie zaliczylem zgona, a przy Intelu jest huji wielu
buahahaha (autor: slater | data: 15/01/03 | godz.: 19:46)
tak tak tak moj sprzet to p3 650MHz iiiii na plycie intela dual socket(na 2 proce).....iiiii overclockuje go do predkosci 1,3GHz iiiii zadnego athlona nie da sie tak krecic bo to gowno z fabryki wyjezdzaja odrazu krecone.....iiiiii chcialbym zauwazyc ze athlone nigdy nie dorowna pentiumowi... nawet jakis HAMMER - qrwa mlotek z angielskiego........heheh kolejna bajka.....
Re:slater (autor: Radeon_rulez | data: 8/02/03 | godz.: 22:45)
Athlony rządzą i nic na to nie poradzisz nawet gdybyś sobie mówił o podkręcaniu, ja mam Athlona Thunderbird 900@1400 niestety cieczą, ale mi się wydaje że ty masz tak samo albo nawet azotem, ogólnie rzecz biorąc podkręcanie procka zależy od szczęścia. Pozdrawiam.
haha (autor: BodeX | data: 17/05/03 | godz.: 20:37)
Athlony RULEZ!!!
Hammer intelowi zada cios otateczny!!!
(o ile będzie się dobrze podkręcał)

D O D A J K O M E N T A R Z

Aby dodawać komentarze, należy się wpierw zarejestrować, ewentualnie jeśli posiadasz już swoje konto, należy się zalogować.