AMD Bulldozer

Bulldozer on protsessoritootja Advanced Micro Devices (AMD) 10h põlvkonna järgse protsessoriahitektuuri koodnimi. Bulldozer on AMD suurim arhitektuuriline muudatus K7 generatsioonist saati, olles suuresti algusest arendatud. Arhitektuur on mõeldud serveri- ja lauaarvutiprotsessoritele TPD vahemikus 10–125 vatti.
Esimesed Bulldozeri arhitektuuriga protsessorid – FX seeria tooted – tulid müügile 12. oktoobril 2011.

Ülevaade
Bulldozeri arhitektuuri kasutatavad protsessorid toodetakse firma GlobalFoundries 32 nm SOI tehnoloogiat kasutades. Kasutatud on ka uut lähenemist mitmelõimelisusele, mis protsessori ressursse jagades loob kompaktse ja paljutuumalise disaini, mida on kerge valmistada. Lisatud on ka juba varem Inteli poolt toetatud protsessori käsustikke nagu SSE4.1, SSE4.2, AES, CLMUL ja AVX, ning AMD enda poolt ette pandud XOP and FMA4. Tähtsaks muutuseks võib lugeda ka vanemalt 45 nm protsessitehnoloogialt 32 nm protsessile üleminekut, mis annab suurema energiasäästu ja väiksemad transistorid.
Esimesed Bulldozeri arhitektuuri kasutavad protsessorid lauaarvutitele tulid turule 2011. aasta oktoobris, serveritele novembris. Uued Opteroni serveriprotsessorid on G34 (Interlagose platvorm) ja C32 (Valencia platvorm) soklitega täielikult ühilduvad, kuid lauaarvutitele mõeldud FX seeria Bulldozerid (Zambezi platvorm) kasutavad uut AM3+ soklit, millega vanemad AM3 protsessorid on tagasiühilduvad. Mõned emaplaaditootjad on siiski välja andnud BIOS-i uuendusi, mis lubavad kasutada AM3+ protsessoreid vanematel AM3 emaplaatidel, kuid seda mõningate piirangutega.

Bulldozer on suurim arhitektuurimuudatus 2003. aastast, kui AMD avaldas oma Athlon 64/Opteron (K8) protsessoriperekonna, mis sisaldas ka kahte 128-bitist FPU-d, mida sai kombineerida üheks 256-bitiseks FPU-ks. Üks suur muudatus on mooduli mõiste sissetoomine. Üheks Bulldozeri mooduliks on kaks tuuma, millel on jagatud L2-vahemälu ja FPU, kuid mõlemal tuumal on eraldiseisvad täisarvutuumad. Selline käsitlus tähendaks, et näiteks nelja mooduliga protsessoril on tegelikult kaheksa tuuma, mille ka operatsioonisüsteem ära tunneb.

AMD Bulldozeri moodulit saab võrrelda Inteli ühe protsessorituumaga, millel on Hyper-Threading. Erinevus on selles, et mooduli puhul on igale lõimele antud terve Bulldozeri tuum, Hyper-Threadingu puhul jagavad lõimed sama tuuma ressursse.

Arhitektuur
Bulldozeri moodul
pisi|Bulldozeri mooduli plokkskeem
AMD uute Blldozer protsessorite ehituse aluseks on moodulid. Moodul on kahetuumalise ja ühe tuumaga SMTd toetava protsessori vahepealne lahendus. Esimese puhul on iga tuum täielikult iseseisev ja suudab korraga ühe lõimega töötada, teise puhul jagavad erinevad lõimed sama tuuma ressursse. Moodul koosneb kahest tihedalt koos olevast x86 protsessorituumast, mis jagavad L2-vahemälu, FPU-d ja varajasi konveieri (pipeline) etappe.
Igal moodulil on iseseisvad riistvararessursid, näiteks kahe tuuma vahel jagatud L2-vahemälu kuni 2048 kB, 16 kB L1-vahemälu igale tuumale, 64 lB vahemälu käsustike jaoks igale moodulile ja kaks täisarvutuuma (integer core).
Sellisest lähenemisest saab järeldada seda, et suuremat rõhku on pandud mitmelõimeliste ja täisarvutehteid sooritavate programmide jõudluse kasvatamisele.
AMD sõnul suurendab teine täisarvutuum moodulit ainult ~12% võrra ja kiibi tasandil lisab ainult 5% täiendavat skeemistikku.
Mooduli suurus koos 2 MB L2-vahemäluga on 30,9 mm2 ja transistore on 213 miljonit.

pisi|4 mooduliga AMD Bulldozer protsessori plokkskeem

Käsustikud
Arhitektuuri kaasajastamiseks on lisatud toetus Inteli poolt juba varem kasutusel olnud käsustikele, nagu Advanced Vector Extensions (AVX), mis toetab 256-bitiseid ujukomatehteid, SSE4.1, SSE4.2, AES, CLMUL.
Toetatud on ka AMD enda loodud 128-bitiseid käsustikke, nagu XOP, FMA4 ja CVT16.

Taktsagedus ja tootmistehnoloogia
Bulldozeri-põhised protsessorid on mõeldud töötama pingevahemikus 0,8–1,3 volti, minimaalse ja maksimaalse võimsustarbega vahemikus 10–125 vatti olenevalt protsessorist ja töökoormusest. Protsessorid saavutavad taktsagedusi üle 3 GHz . Bulldozer toetab ka Turbo Core tehnoloogiat, mis tõstab tuumade taktsagedusi, kui tuumad on koormuse all ja töötemperatuur on piisavalt madal.
Protsessorite tootmine toimub GlobalFoundries tehastes; 11-metallikihilise 32 nm SOI, High-K Metal Gate (HKMG) tehnoloogiaid kasutades.

Vahemälu ja mälukontroller
pisi|Bulldozer arhitektuuri protsessori füüsiline ehitus
L1 taseme vahemälusid on arhitektuuris kasutusel kahte tüüpi. Käsustike jaoks kasutatakse 64 kB mälu mooduli kohta ja andmete jaoks on 16 kB mälu iga tuuma kohta. L2 taseme mälu on igal moodulil 2 MB ja see on mõlemal tuumal ühine.
Kogu protsessori peale on kuni 8 MB L3-vahemälu, mis on kõikide moodulite vahel jagatud, mis on samal ränikiibil. Kuna L3 taseme mälu on tükkideks jaotatud, võivad andmed neis tükkides korduma hakata ja seetõttu langeb efektiivse mälu hulk.

Bulldozeri mälukontroller toetab DDR3 mälumooduleid kiirusega kuni 1866 MHz. Lauaarvutite puhul toetavad protsessorid kahe kanaliga mälukonfiguratsioone kiirusega kuni 1866 MHz ja serveriprotsessorid toetavad nelja või kahe kanaliga mälukonfiguratsioone kiirusega kuni 1600 MHz.

Andmesiin
Kasutusel on AMD Hyper Transport Technology ühenduslink, mis ühendab protsessori emaplaadi põhjasillaga. Bulldozer kasutab versiooni 3.1, mis töötab 3,2 GHz sagedusel ja pakub andmekiirust kuni 25,6 GB/s.

Sokeldus
Serverituru jaoks jääb sokeldus muutumatuks, kuna AMD otsustas G34 (LGA1974) ja C32 (LGA1207) soklid juba enne Bulldozeri valmimist uue arhitektuuriga ühildada.
Lauaarvutite puhul toodi turule uus AM3+ (AM3b) sokkel, millega on vanemad AM3 protsessorid tagasiühilduvad. Pesal on 942 kontakti ja DDR3 mälude tugi. Uusi AM3+ protsessoreid saab mõningate firmade emaplaatidel kasutada pärast BIOS-i uuendamist, kuigi see pole AMD enda poolt ametlikult toetatud.

Protsessorid
Esimesteks turule tulnud protsessoriteks Bulldozeri arhitektuuriga olid lauaarvutitele mõeldud FX seeria, koodnimega Zambezi, lahtise kordajaga protsessorid FX-6100, FX-8120 ja FX-8150. Kõik selle perekonna protsessorid kasutavad AM3+ soklit.

Zambezi protsessorid:
 Mudel  FX-8170  FX-8150  FX-8120  FX-8100  FX-6120  FX-6100  FX-4170  FX-4120  FX-4100  Koodnimi Zambezi Tuumi/mooduleid  8/4  6/3  4/2 Taktsagedus 3,9 GHz  3,6 GHz  3,1 GHz  2,8 GHz  3,6 GHz  3,3 GHz  4,2 GHz  3,9 GHz  3,6 GHz Turbo Core 4,5 GHz  4,2 GHz  4,0 GHz  3,7 GHz  4,2 GHz  3,9 GHz  4,3 GHz  4,1 GHz  3,8 GHz L2 Cache  8 MB  6 MB  4 MB L3 Cache 8 MB TDP 125 W  95 W  125 W 95 W

FX seeria Bulldozerite jõudlus on esialgu tekitanud üsnagi vastakaid arvamusi. Antud protsessorid on paljulõimelistes täisarvutehteid kasutavates testides näidanud end üldiselt heas küljest, kuid paljudes teistes jõudlustestides on jäädud alla isegi eelmise põlvkonna Phenom X6 protsessoritele, rääkimata Inteli Sandy Bridge i5/i7 protsessoritele allajäämisest.
Kuna Inteli 2500K tulemused on palju stabiilsemad ja hind on võrreldes FX-8150-ga konkurentsivõimelisem, ei jäänud paljud testijad AMD uute protsessoritega rahule. Leiti ka seda, et AMD protsessorid oli eriti energianõudlikud. "Üleklokkimine" näitas protsessorite puhul jõudluse kasvu, kui samas ka väga suurt voolutarbe kasvu.

Üheks protsessori piirajaks võib pidada praeguse tarkvara optimeerimatust Bulldozeri arhitektuurile. Bulldozeri võimekuse paremaks kasutamiseks on Linuxi 3.2 kerneli versiooni lisatud täiendus, mis optimeerib mälu joondamist Bulldozeri jaoks. Esialgse versiooniga sellest täiendusest, mille AMD töötaja Linuxi kernelisse panemiseks välja pakkus, ei olnud Linus Torvalds rahul, kuid seda muudeti ning hiljem sai see ametlikku kerneli versiooni lisatud. Sarnane uuendus Windowsi peale on planeeritud 2012. aasta esimesse kvartalisse. Microsoft lasi küll vahepeal Windows 7-le Bulldozeri jaoks uuenduse välja, kuid tuli välja, et see lahendus oli poolik ja Microsoft eemaldas selle samal päeval.

Tulevikuplaanid
Teine generatsioon
Järgmise põlvkonna Bulldozer (koodnimega Piledriver) on planeeritud 2012. aastaks.

Viited

Bulldozer