گذشته، حال و آینده پردازنده‌های AMD.

آرش بطنی
۴ آبان ۱۳۸۶
arash@sakhtafzar.com

حدود سه سال از زمان ارائه اولین پردازنده دو هسته‌ای دنیای دنیای کامپیوتر های PC می گذرد. زمانی کهAMD اولین پردازنده دوهسته ای دسکتاپ را از پردازش 64 بیتی بهره می برد روانه بازار کرد. ما در این مقاله قصد مقایسه پردازنده های چند هسته ای را نداریم بلکه تحلیلی کوتاه بر پرسه تولیدات شرکت AMD از زمان تولید پردازنده های دو هسته ای (در سال 2005) تا چند هسته ای های سال 2009 خواهیم داشت. بنابر این پردازنده های مختلف را بر اساس نوع معماری آنها مورد بررسی قرار می دهیم.

ذهنیت استفاده از دو پردازنده جداگانه دسکتاپ بر روی یک برد از مدتها قبل وجود داشته ، اما مشکلاتی از تحقق این فکر ممانعت می‌کرده از جمله اینکه رابطه دو پردازنده با حافظه اصلی تمام پهنای باند ارتباطی را اشغال خواهد کرد و عملا پردازنده با دیگر قطعات پر سرعت مانند گرافیک نمی تواند ارتباط قابل قبولی را دلشته باشد.

اما این معماری نیز با به کارگیری چند تکنیک بر این مشکلات فایق آید. از این زمان به بعد تمام پردازنده های FX AMD بر مبنای معماری 4*4 طراحی می شوند (حتی در معماری K10 ). لازم به ذکر است که K8L اولین معماری است پردازدنده های آن مجهز به حافظه کاشه سطح 3 هستند.

با اینکه زمان زیادی از ارائه این تکنولوژی ها گذشته و مطمئنا شما هم با آن ها آشنایی دارید اما از آنجا که در مباحث بعدی درباره توسعه این تکنولوژی ها بحث می شود در ذیل اشاره ای کوتاه به این تکنولوژی ها می کنیم.

Integrated Memory Controller : هدف این تکنیک از بین بردن واسطه در ارتباط پردازنده با حافظه اصلی بوده و در نتیجه کاهش زمان دسترسی به حافظه (از 80 نانوثانیه به 45 نانو ثانیه) با بر قراری ارتباط مستقیم را به ارمغان آورده است برای این کار کنترلر حافظه مجتمع در پردازنده با دو خط ارتباطی 72 بیتی با حافظه ارتباط دارند که در پردازنده های سرور با حافظه DDR2 667 MHz رنج انتقال داده ای برابر 10.7 GB/s و در مدلهای دسکتاپ با 4 هسته در معماری 4*4 (که از حافظه های DDR2 1066 MHz در معماری K10 پشتیبانی می کنند) به رنج انتقال داده 25.6 GB/s دست یافته اند.

اما یک تکنیک مشکلاتی را هم برای AMD به وجود آورده است از جمله این که تغییر تکنولوژی برای پشتیبانی از حافظه های جدید بسیار پر هزینه خواهد بود به همین دلیل معمولا AMD از نظر زمانی دیر تر از اینتل از حافظه های جدید پشتیبانی می کند.

HyperTarsport : ایده اصلی از آنجا نشات گرفت که کنترلر حافظه مجتمع در پردازنده عملا تمام پهنای باند پردازنده را اشغال کرده بود به همین منظور از یک مسیر اختصاصی برای ارتباط دیگر قطعات سخت افزاری پرسرعت مانند VGA که احتیاج به پهنای باند گسترده دارند طراح شده. HT در نسخه اولیه فرکانسی برابر 2.0 GHz و رنج انتقال دادهای برابر 6.4 GB/s را داراست.

(Virtualization (AMD-V : این تکنولوژی باعث افزایش قابلیت سیستم در هنگام ایجاد یک ماشین مجازی روی سیستم (مخصوصا برای پردازنده های سرور) با استفاده از کاهش لایه های میان برنامه های کاربردی و سیستم عامل است این فناوری که pacefica نام دارد یک رابط سخت افزاری با نام Hypervisor است که جایگزین Software Virtualization گشته است شکل شماره (1) به خوبی گواه این موضوع است.

زمانی که در سال 2003 ، AMDپردازنده های مبتنی بر معماری K8 را ارائه کردند این شرکت از تولید نسل بعدی پردازنده های سرور (Opteron) خود را با استفاده از معماری K9 در سال 2005 خبر داد.

در ابتدا قرار بر این بود این معماری فقط به سرور ها اختصاص یابد و بعد در اواسط 2007 هر سه گروه پردازنده ها (سرور ، دسکتاپ و موبایل) به سمت معماری K10 حرکت کنند اما اینگونه نشد و AMD ترجیح داد که تا سال 2007 همچنان پردازنده های سرور خود را با استفاده از معماری K8 (البته توسعه یافته آن) تولید کند و از ماه نوامبر سال جاری پردازنده های K10 با اسم رمز  Barcelona  را وارد بازار خواهد کرد.

لازم به ذکر است پیش از آنکه AMD به طور کامل به سوی معماری K10 حرکت کند در نیمه اول سال 2007 برای توسعه پردازنده های دسکتاپ  سری موفق Athlon  و Sempron خود اقدام به تولید پردازنده هایی با هسته های جدید (البته برمبنای K8) کرده که در جدول ذیل به توضیح آنها پرداخته ایم.

اما معماری کامل‌تری که AMD برای توسعه پردازنده‌های چند هسته‌اي خود انتخاب کرده، K10 نام دارد.‌اين معماری برای هر سه دسته پردازنده‌های موبایل ، دسکتاپ و سرور در نظر گرفته شده که حدودا از نوامبر سال 2007 در پردازنده‌های ‌اين شرکت مبتنی بر ‌اين معماری تولید خواهند شد.

K10 در ابتدا از فناوری ساخت 65 نانومتری تولید خواهند شد اما به تدریج در فاز دوم به سمت فناوری 45 نانومتری و همچنین پشتیبانی از حافظه های DDR3 با استفاده از سوکت جدید خود AMD3 حرکت خواهد کرد (همچنین بهره گیری از تکنولوژی SOI در ساخت پردازنده 45 های نانومتری).

از برتری‌های معماری K10 (که البته در تمام پردازنده‌هايی‌ كه از اين معماری استفاده مي‌كنند وجود خواهد داشت) مي‌توان به استفاده از حافظه نهان سطح 1 سه طرفه (64KB) با پهنای باند128 bit ، افزایش دستورالعمل‌های SSE4A,MMX و رمزگشایی تمامی ‌اين دستورالعمل‌ها به شیوه مسیر مستقیم و اضافه کردن 8 ثبات (GPR (General Purpose Register ثبات داده واحد پردازش در مُد 64 بیتی.

K10 از Instruction Fetch 32 بايتي پشتیبانی مي‌کند .

Instruction Fetch ، واحد واکشی برای خواندن دستوالعمل‌ها از حافظه اصلی و انتقال آن به ثبات های پردازنده که در داخل آن تعبیه شده است مي‌باشد.

البته قرارگیری دستورالعمل هر کد و محل دستور بعدی(در صورت شرطی بودن دستور) در حافظه نهان پیش بینی شده است.

همچنین ماکزیمم پهنای باند ارتباطی CPU و حافظه اصلی از 6.4 GB/s (در K8) به 25.4 GB/s (البته در قدرتمندترین پردازنده یعنی Quad FX) رسیده است.

در مورد تکنولوژی (HT (HyperTransport به کار رفته در ‌اين معماری باید گفت که ‌اين نسخه مجهز به HT3.0 است که قابلیت پشتیبانی کامل از نسخه بعدی اسلات کارت‌های گرافیک یعنیPCIExpress 2.0 (که مورد استفاده کارت‌های گرافیک MultiCore خواهد بود) را دارد.

در مورد سرعت HT3.0 باید گفت که در پرسرعت‌ترین نوع ، سرعت آن 5.2 GT/s خواهد بود و با وجود خطوط داده 16 بیتی خود به رقم باور نکردنی انتقال داده 41.6 GB/s دست یافته است، که ‌اين رقم دو برابر مقداری است که در نسخه قبلی (HT2.0) دیده بودیم.

حال بعد از معرفی معماری جدید ، به ویژگی‌های پردازنده‌های ‌اين خانواده مي‌پردازیم. ابتدا از پردازنده‌های دسکتاپ و البته از قدرتمندترین آن یعنی AMD Quad FX شروع مي‌کنیم:

پردازنده‌های سری FX

پردازنده‌های سری FX در ابتدا با اسم رمز Agena FX با فناوری ساخت 65 نانومتر و بعد با اسم رمز Deneb FX که 45 نانومتری است عرضه مي‌گردد.‌

اين پردازنده‌ها تک چیپ و با چهار هسته خواهند بود که هر هسته ، از یک حافظه نهان سطح یک 64 کیلوبایتی ديتا و دستورالعمل و یک حافظه نهان سطح دو 512 کیلوبایتی به طور جداگانه برخوردار است و از 2MB حافظه نهان سطح سه به طور اشتراکی بین هر چهار هسته نیز بهره مي‌برد.

در معماری قبلی، AMD تکنولوژی Cool’n’Quiet را ارئه کرده بود که بر طبق آن فرکانس کاری پردازنده متناسب با فعالیت سیستم تغییر مي‌کرد. در معماری K10 مي‌توان گفت که نوعی Cool’n’Quiet به کار رفته به طوری که کار کلی پردازنده بین هسته تقسیم مي‌شود( شكل 2) ، ‌اين امر باعث مي‌شود که توان مصرفی پردازنده تا حد قابل ملاحظه‌اي کاهش یابد.

K10 تقسيم كار بين هسته‌ها در معماري

پردازنده‌های سري Phenom

اما دسته دیگر پردازنده‌های دسکتاپ معماری K10 ، پردازنده‌هاي Phenom X4 و Phenom X2 نام دارند که به ترتیب با اسم رمزهای Agena و Kuma عرضه خواهند شد.البته یک مدل دیگر هم در ‌اين دسته وجود دارد با نام Rana ( البته بدون L3 Cache ) که توان مصرفی بسیار پایینی خواهد داشت(در حدود 45w).

Phenom X2 که شامل Kuma و Rana در اوایل 2009 جای خود را به Propus وRegor که از فناوری 45 نانومتری بهره مي‌برند خواهند داد. البتـهKuma نیز مانند Rana L3 Cache , نخواهد داشت اما سوکت آن AM3 خواهد بود.

در مورد سوکت AM3 (که با پردازنده‌های 45 نانومتری ارائه مي‌گردند) باید گفت مهندسان شرکتAMD مي‌گویند که سوکتی در آن زمان ارائه خواهد شد تغییرات زیادی نسبت به آنچه که هم‌اکنون از AM3 صحبت مي‌شود خواهد داشت.

همانگونه که مي‌دانید AM3 در ابتدا کاندیدایی برای سوکت بعدی AM2 بود که ‌اينگونه نشد و AM2+ جای آن را گرفت اما چیزی که واضح مي‌باشد ‌اينست که تمام تلاش AMD ، بر تولید سوکت‌های Backward Compatible است یعنی نسخه‌های جدید قابلیت پشتیبانی از سری‌های پیش از خود را نیز داشته باشند، اما پشتیبانی از تکنولوژی‌های روز (مثل پشتیبانی از حافظه‌های DDR3) در اولویت قرار دارد.

جدول شماره(2)

البته همانگونه که قبلا هم اشاره شد در مرحله بعد تمام Agena ها جای خود را به Deneb خواهند داد و سوکت‌ها هم در مدل‌های X4 و X2 ، همگی AM3 خواهند شد.

در‌اين میان جای یک پردازنده تک هسته‌اي برای در اختیار گرفتن بازار پردازنده‌های ارزان قیمت (چیزی شبیه به Sempron) خالی به نظر مي‌رسد به همین سبب AMD پردازنده Spica را برای‌اين بازار در نظر گرفته که از تمامي ‌امکانات پردازنده‌های هم خانواده خود (SSE4A , AMD-V , AM2+ , HT 3.0) بهره‌مند خواهد بود.

همانطور که در جدول 2 مشاهده کردید برای مدل‌های مختلف، فقط به وسیله تفاوت فرکانس کاری از هم تمیز داده شده‌اند علت آن است که AMD در K10 از روال همیشگی برای نامگذاری استفاده نخواهد کرد.

از اخبار منتشر شده ‌اينگونه بر می‌آيد که پسوند 64 از نام پردازنده حذف خواهد شد. علاوه بر آن نام پردازنده به شما اطلاعات بیشتری همچون توان مصرفی ، رده پردازنده ، و فرکانس اسمي ‌و کاری خواهد داد. برای مثال در پردازنده ای با نام BE-2350 حرف B نشانده این است که این

پردازنده در رده میانی (Intermediate) یا متوسط قرار دارد ، حرف E نشانه آن است که توان مصرفی این پردازنده کمتر از 65W خواهد بود و رقم اول عدد چهار رقمی نشانه دو هسته ای بودن این پردازنده است.

البته از آنجا که تا زمان عرضه این پردازنده ها احتمال تغییر در نحوه نامگذار وجود دارد در این مقاله از پرداختن به این موضوع اجتناب شده است.

اما بازار دیگری که برای AMD هم بسیار پر اهمیت است بازار پردازنده های موبایل می باشد. در حقیقت پردازنده موبایل AMD از سال 2008 هم در زمینه هسته پردازنده و هم در پلتفرم دست خوش تغییراتی خواهند شد که نتیجه آن مشاهده امکاناتی است که پیش از آن فقط در کامپیوترهای رومیزی شاهد آنها بودیم.

اولین پردازنده ای که در سال 2008 عرضه می شود Griffin نام دارد که می توان آن را از سری پردازنده های موفق Turion 64 X2 به حساب آورد.Griffin با پلتفرم جدید خود یعنی Puma ارائه خواهد شد.

Griffin یک پردازنده دو هسته ای با توان مصرفی (split-power) و ولتاژ ورودی بسیار پایین است که نتیجه داشتن لپ تاپهایی با طول عمر باطری بیشر خواهد بود.

در مورد امکانات Griffin باید گفت که از حافظه های DDR2-800MHz (دو کاناله) وهمچنین از HT 3.0 پشتیبانی خواهد کرد. برای Griffin هنوز سوکتی در نظر گرفته نشده است اما مطمئنا باید انتظار سوکتی جدید و البته متفاوت با سوکت S1 (که درHawk به کار رفت) را داشته باشیم.