推土機(jī)處理器簡介

AMD“推土機(jī)”是代號Bulldozer（推土機(jī)）的全新架構(gòu),“推土機(jī)”架構(gòu)最早是在2007年年中提出的，當(dāng)時(shí)計(jì)劃采用45nm工藝，2009年上半年發(fā)布，競爭Intel Nehalem，不過可能是因?yàn)?5nm K10 Phenom系列進(jìn)展不順，新架構(gòu)被推遲了。在AMD的發(fā)展規(guī)劃中在2009-2010年間都是45nm Phenom打天下，32nm工藝產(chǎn)品要到2011年才會發(fā)布，也就是“推土機(jī)”架構(gòu)。

“推土機(jī)”是AMD徹底重新設(shè)計(jì)的核心，將成為AMD下一代高性能處理器技術(shù)，用于客戶端和服務(wù)器領(lǐng)域，相比于Opteron 6100系列會增加33%的核心、大約50%的性能。

作為嶄新一代的處理器構(gòu)架，AMD“推土機(jī)”將采用32nm SOI工藝，這讓“推土機(jī)”相比“Magny-Cours”皓龍?zhí)幚砥骺梢栽诓辉黾庸牡那疤嵯略黾?3%的核心數(shù)量、增加50%的吞吐量。

與AMD之前所有處理器都有所不同的是，“推土機(jī)”采用了“模塊化”的設(shè)計(jì)，每個(gè)“模塊”包含兩個(gè)處理器核心，這有些像一個(gè)啟用了SMT的單核處理器。每個(gè)核心具有各自的整數(shù)調(diào)度器和四個(gè)專有的管線，兩個(gè)核心共享一個(gè)浮點(diǎn)調(diào)度器和兩個(gè)128位FMAC乘法累加器。

推土機(jī)處理器桌面版本

推土機(jī)家族的桌面版本“贊比西河”(Zambezi)將分為三個(gè)子系列，分別是八核心的FX-8000、六核心的FX-6000、四核心的FX-4000。首發(fā)型號四款，包括兩款八核心、一款六核心和一款四核心；到年底的時(shí)候還會追加另外四款，主要是速度上的提升。

贊比西河都采用GlobalFoundries 32nm SOI工藝制造，Socket AM3 封裝接口，首批四款都支持Turbo Core動態(tài)加速，而且全部屬于Black Edition黑盒版，開放超頻，內(nèi)存支持均為雙通道DDR3，頻率最高達(dá)到了1866MHz。

推土機(jī)處理器高端版本

高端版本“FX-8130P”為四模塊八核心，二級緩存8MB(每模塊2MB)，三級緩存最大8MB，熱設(shè)計(jì)功耗125W；之下是同樣八核心的“FX-8110”，應(yīng)該是頻率略有降低，熱設(shè)計(jì)功耗也降至95W，其他相同。

六核心是“FX-6110”，三模塊，二級緩存相應(yīng)地減至6MB，四核心則是“FX-4110”，雙模塊，二級緩存4MB，熱設(shè)計(jì)功耗都是95W。

推土機(jī)處理器具體型號

推土機(jī)處理器架構(gòu)

Bulldozer（推土機(jī)）架構(gòu)中的另一個(gè)新元素就是采用了基于集群的多線程技術(shù)。Bulldozer的內(nèi)核模塊是一個(gè)可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)線程的處理組件，兩個(gè)內(nèi)核可以執(zhí)行兩個(gè)完全不會相互干擾的線程，有點(diǎn)類似于Intel的雙核處理器的超線程技術(shù)。

多簇式多線程技術(shù)

盡管雙核、多線程和Bulldozer在線程并行執(zhí)行方面是相同的，但是內(nèi)核的分區(qū)卻截然不同。多線程就是在一個(gè)單個(gè)的處理核心內(nèi)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)工作線程的技術(shù)，和CMP芯片多處理器技術(shù)不同，后者是通過集成多個(gè)處理內(nèi)核的方式讓系統(tǒng)的處理能力提升，市場上主流的多核處理器都是用了CMP技術(shù)，而像Pentium 4、Core i7這樣的處理器帶的“超線程技術(shù)”則屬于多線程技術(shù)，而Bulldozer是基于集群化多線程架構(gòu)，Cluster-Based Multi-threading：CMT，也稱多簇式多線程技術(shù)。

設(shè)計(jì)集群化

在Intel的超線程方案中，采用的是復(fù)制處理器架構(gòu)狀態(tài)的方法來實(shí)現(xiàn)超線程，核心內(nèi)部并沒有增設(shè)一套額外的硬件執(zhí)行單元來處理多線程，只是增加了處理器中存儲線程有關(guān)數(shù)據(jù)的單元數(shù)量，并在硬件執(zhí)行單元空閑時(shí)將這些數(shù)據(jù)送往其中處理，一邊增加處理器執(zhí)行單元的利用率。這種設(shè)計(jì)有一定的缺點(diǎn)，比如它只使用了一個(gè)指令窗口來負(fù)責(zé)兩個(gè)線程的調(diào)度、執(zhí)行和引退，效率并不高。這就像是生產(chǎn)線只有一名管理調(diào)度人員，一個(gè)人很難同時(shí)處理兩個(gè)任務(wù)，這樣有時(shí)候便會出現(xiàn)生產(chǎn)線故障，而處理器在碰到這種情況時(shí)性能則會出現(xiàn)明顯的下降。

相對于傳統(tǒng)超線程或雙核技術(shù)，Bulldozer這種設(shè)計(jì)集群化架構(gòu)的理念是讓雙核模塊在多線程運(yùn)算中更高效。Bulldozer每一個(gè)模塊中加入了額外的執(zhí)行單元，每一個(gè)模塊都具備可以將一個(gè)大任務(wù)細(xì)分為多個(gè)并行任務(wù)的能力，這些生產(chǎn)線可以按需要任意整合，不會對整個(gè)裝配線的效能造成影響。因此CMT技術(shù)的效能要高于傳統(tǒng)的多線程方案。根據(jù)AMD介紹，單個(gè)“推土機(jī)模塊”可以達(dá)到80%左右的多線程性能提升，而且所用的晶體管數(shù)目似乎并不比Intel的超線程奇數(shù)更多，這是一個(gè)相當(dāng)鼓舞人心的成就。

推土機(jī)處理器產(chǎn)品優(yōu)勢

全核心技術(shù)

Turbo Core技術(shù)主要是指對于一些沒有完全消耗到最大程度的工作負(fù)載，去加快時(shí)鐘速度。在多種不同工作負(fù)載上，使用了Turbo Core可以最大增加500兆赫茲的性能。最重要的一點(diǎn)，Turbo Core加速指的是所有核的加速，和有些核加速技術(shù)明顯不同，以往的核加速技術(shù)可能需要關(guān)閉一些核，只對部分核進(jìn)行加速。采用Turbo Core技術(shù)，最多可以使所有核增速500兆赫茲，如果再關(guān)閉一些核運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，加速將會超過500兆赫茲。同時(shí)我們還對內(nèi)存控制器進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，從而提高內(nèi)存的吞吐量。

除了每個(gè)核心獨(dú)享4個(gè)整數(shù)計(jì)算管線，在浮點(diǎn)運(yùn)算上，“推土機(jī)”采用了“FlexFP”技術(shù)，兩個(gè)核心共享一個(gè)浮點(diǎn)調(diào)度器和兩個(gè)128位FMAC乘法累加器，可以進(jìn)行組合，每個(gè)時(shí)鐘周期可以完成兩次64位雙精度計(jì)算或4次32位單精度計(jì)算。如果一個(gè)核心沒有進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，那么另一個(gè)核心可以占用這兩個(gè)128位的FMAC，在一個(gè)時(shí)鐘周期完成4次雙精度運(yùn)算或8次單精度計(jì)算，AMD將其命名為 AVX模式。這種技術(shù)保證了“推土機(jī)”的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，在高性能計(jì)算中并不會因?yàn)椤肮蚕怼倍鵂奚阅堋?

新接口和新工藝

推土機(jī)處理器將采用Socket AM3 接口，942個(gè)針腳，不同于938個(gè)針腳的Socket AM3接口，其好處是可以支持DDR3-1600內(nèi)存和高級節(jié)能技術(shù)，而且AM3 將是AMD的最后一代針腳柵格陣列(PGA)封裝，之后將改用觸點(diǎn)柵格陣列(LGA)，等到Fusion融合處理器降臨的時(shí)候就會使用LGA AF1新接口，觸點(diǎn)多達(dá)1591個(gè)，支持DisplayPort 1.2標(biāo)準(zhǔn)、PCI-E 3.0規(guī)范(32條信道)、四通道內(nèi)存。

加強(qiáng)型內(nèi)存控制器

AMD首家推出集成內(nèi)存控制器，根據(jù)AMD在這一領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和非常好的技術(shù)，又在這一代產(chǎn)品中全面提升了內(nèi)存控制器的性能。首先對內(nèi)存控制器在效率方面進(jìn)行了針對性的重新設(shè)計(jì)和完善，因此實(shí)現(xiàn)30%的內(nèi)存性能提升。在提升30%性能基礎(chǔ)上，讓內(nèi)存支持1600MHz頻率，可以獲得額外20%的性能。兩項(xiàng)加起來，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存控制器50%吞吐量提升

同時(shí)支持AVX指令和SSE指令

FLEX FP是AMD最有創(chuàng)新意義的浮點(diǎn)計(jì)算技術(shù)之一，每一個(gè)模塊都有一個(gè)FLEX FP進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。如果使用傳統(tǒng)128位編碼，意味著每個(gè)核會有單獨(dú)的浮點(diǎn)運(yùn)算單元。與友商相比，如果在128位編碼前提下，AMD所執(zhí)行的數(shù)量多一倍。如果是256位AVX編碼，Bulldozer可以把兩個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元放在一起執(zhí)行。所以在256位編碼執(zhí)行模式下，與友商比較，執(zhí)行的數(shù)量是一樣的。但是Bulldozer有一個(gè)非常大的優(yōu)勢，就是可以同時(shí)執(zhí)行256位AVX指令和SSE指令。而友商就不能做到這點(diǎn)，他們只能在AVX或SSE中選擇其一，這樣的優(yōu)勢能夠讓Bulldozer在高性能計(jì)算、媒體編解碼以及在一些技術(shù)型運(yùn)算方面有更高的性能。

更先進(jìn)的電源管理技術(shù)

每個(gè)模塊內(nèi)第二個(gè)整數(shù)核心所需要的電路只占總核心面積的12%，從芯片級別上講這只會給整個(gè)內(nèi)核增加5%的電路。更多的核心、更少的空間，這顯然有利于提高單位功耗、單位成本的性能。

能耗大小是由被通電時(shí)鐘數(shù)量決定的，它取決于執(zhí)行一個(gè)普通指令（運(yùn)算）需要讓多少晶體管處于通電狀態(tài)。在最大時(shí)鐘供電的百分比下，正常應(yīng)用狀態(tài)和閑置狀態(tài)下，Bulldozer都具有非常好的能耗表現(xiàn)。同時(shí)在各能耗單位上進(jìn)行了優(yōu)化，可以在各種單位下進(jìn)行電源關(guān)閉。高性能運(yùn)算能耗之所以高，主要是由于浮點(diǎn)運(yùn)算，而一般應(yīng)用運(yùn)算主要是在執(zhí)行單元消耗得最高。同時(shí)還有閑置狀態(tài)下，AMD的技術(shù)可以做到對于那些完全用不著的核，把電源完全關(guān)閉。AMD產(chǎn)品有一個(gè)大轉(zhuǎn)型，AMD推出了新插槽，2011年推出的推土機(jī)可以使用2010年的插槽。而友商為推出新平臺，同時(shí)推出了新插槽，這也使得AMD更占優(yōu)勢。