Piledriver微架構

**AMD Piledriver**（中文：「**AMD 打樁機**」）是超微半導體研發微處理器架構的代號，是為第一代 Bulldozer 微架構的改進版。首發產品是 2012 年 5 月發布的基於 Piledriver 微架構的 AMD Fusion 之行動版本 A10、A8 系列（核心代號「Trinity」）。Piledriver 在架構上不會與 Bulldozer 有太大的差別，而部分國外科技媒體則稱它為「New Stepping of Bulldozer」，是步進比較新的 Bulldozer。給人一種「只對耗電問題解決，並在某些方面的改良當中讓時脈變得更好提升。

2010 年超微半導體的財務分析日上，公佈了 2012 年第二代 Bulldozer 微架構的計劃事宜，指出它是「增強型 Bulldozer」微架構；後來這個微架構被賦予了代號「Piledriver」。Piledriver 相對於第一代 Bulldozer 微架構的主要改進在於提升每時鐘週期的指令執行效能、提升時脈頻率、提高效能功耗比率和降低發熱量。和 Bulldozer 微架構不同的是，Piledriver 微架構還將會有行動平台型號的處理器，部分型號還內建顯示核心。
同頻率下單核心效能約 Phenom II (K10.5 架構) 的 0.8~0.85 之間。

## 特性

### 微架構設計、製作工藝

* 延續 AMD Bulldozer 微架構的「M-SPACE」模組化設計，AMD FX 的高階型號 FX-8350 共計 12 億左右的電晶體數量；
* 採用格羅方德改進的 32 奈米 SOI HKMG 製程；
* Piledriver 把所謂的 FPU（浮點運算單元）從 2 個合成 1 個，於是 128 位元的 FPU 因為 2 合 1 變成了 256 位元。因此說它是雙核心不太對，因為 FPU 只剩下 1 個而不是 2 個，而架構上看起來是有點怪的單核心，但比較確切來說是變成 2 個邏輯核心。

### 指令集

* 指令集方面，加入 FMA4/3、AVX、AES 和 XOP 等新指令集。
* 改進浮點運算單元排程器、改進分支預測器；

### 快取

* 和 Bulldozer 架構一樣，每整數排程運算單元獨占 4 路 16KB 一級資料快取，每模組共享 2 路 64KB 一級指令快取；每模組 1～2MB 二級快取；FX 系列和 Opteron 系列分別擁有最高 8MB 和 16MB 的三級快取，但改進了一級快取的轉譯後備緩衝器（TLB）和快取分支預測器。

### 電源管理

* 加入 Cyclos 半導體公司最新的共振時鐘網路 / 振諧時鐘網路（Resonant Clock Mesh，RCM）技術，透過最大限度地回收晶片時鐘電路運作時損耗的能量，來為時鐘電路產生更多的時鐘訊號，以此來提升晶片運作時的電能利用效率，降低發熱量。Cyclos 指出，相同的架構的處理器，加入共振時鐘網路技術的可以在降低 5% 至 10% 的耗電量的同時提升 5% 至 30% 的效能，AMD 認為該技術可使 Piledriver 微架構的晶片降低 24% 每時鐘週期的能耗，相較於 Bulldozer 微架構的晶片相同的效能而言。
* Turbo Core 3.0，與 Turbo Core 2.0 相比，可以同時動態調整 CPU 和內建 GPU 的時脈頻率；
* 處理器的熱設計功耗最低 17 瓦，最高 140 瓦，一些特別型號更達到 220 瓦；

### 記憶體介面、晶片組、處理器插座、匯流排

* 仍然是內建雙通道 DDR3 記憶體介面，支援 DDR3-800 至 2133 的記憶體時脈頻率規格，支援 1.25V 超低電壓 DDR3 隨機存取記憶體；企業級的處理器則最高支援四通道 DDR3，支援 ECC 記憶體；
* 消費級的 AMD FX 系列沿用 Socket AM3 + 插座，沿用舊有的 900 系列晶片組；而基於 Piledriver 微架構的 AMD Fusion A 系列 APU 雖然仍使用舊有的 A55、A75 等晶片組，也可使用全新發布的 A85X 晶片組，但插座則使用全新的 Socket FM2 插座，不相容於舊有的 Socket FM1；基於 Piledriver 微架構的 AMD Opteron 則全部相容於既有的晶片組和既有的 Socket AM3+、Socket C32 和 Socket G34 插座；
* HyperTransport 3.1，預設運作時脈頻率 3.2GHz，資料吞吐效能為單向 6.4GT/s；

### 內建顯示核心（僅限 AMD Fusion）

* 基於 Piledriver 微架構的 AMD Fusion，核心代號「Trinity」，CPU 部分是單 / 雙 Piledriver 模組，2 至 4 核心，無 L3 快取，GPU 部分基於 AMD Radeon HD 6900 系列的「Cayman」顯示核心之 VLIW4 指令架構而設計的 Radeon HD 7600D/G 系列，擁有 128 至 384 個流處理器，核心時脈頻率為 327MHz 至 492MHz，支援 DriectX 11、OpenGL 4.2、OpenCL 1.1，支援 UVD3 高解析度視訊解碼、Eyefinity 多屏顯示輸出、DisplayPort 1.2 規範等

## 處理器

### 桌上型效能級處理器

基於 AMD Piledriver 微架構的第二代 AMD FX 處理器，核心代號「Vishera」，單晶片最高 4 模組 8 核心，支援 TurboCore 3.0，無整合顯示核心，使用既有的 900 系列晶片組和 Socket AM3 + 插座，支援雙通道 DDR3 記憶體介面，大體上和第一代基於 AMD Bulldozer 微架構的 AMD FX 的規格相差不大。超微稱第二代 FX 系列處理器可以在多媒體任務的處理效能上提供 20% 至 30% 的效能增長幅度，得益於共振時鐘網路技術帶來的更低的能耗、更高的時脈頻率和更低的發熱量。

第二代 AMD FX 在 2012 年 10 月 23 日正式上市。其後，首發的效能評測媒體普遍表示基於 Piledriver 架構的 AMD FX 系列效能上比 Bulldozer 的強 13% 至 15%，但仍不敵對手英特爾的 Core i7-3770K，部分項目甚至只和 Core i5-3570K 持平，功耗上 Vishera 核心的 FX 比 Zambezi 核心的稍有下降但降幅不大，低負載時（瀏覽網頁為例）的功耗水平優於對手但滿負載時依然和對手存在差距。不過首發 FX-8350 的官方售價卻不超過 200 美元。

2013 年 6 月 11 日，AMD 發布基於 Piledriver 架構的 FX-9590 和 FX-9370，其中 FX-9590 更以 5.0GHz 的預設加速時脈、220 瓦的熱設計功耗創下市售處理器（包括 OEM）的時脈以及發熱功率記錄。處理器本身是 FX-8350 的晶片中挑選過「過硬體質」的結果，但功耗仍巨大，部分多執行緒效能可與對手英特爾的旗艦級型號 Core i7-4770K 抗衡。

### 桌上型主流級處理器

第二代 AMD Fusion A 系列 APU，主要面向桌上型主流平台，AMD 也推出了「Virgo」（處女星座）平台：由第二代 A 系列 APU、A 系列晶片組和可選的 AMD Radeon HD 7000 系列顯示卡組成。針對 Intel Core i3 和 Core i5 之間的市場領域。

基於 AMD Piledriver 微架構的 AMD Fusion A 系列 APU，核心代號「Trinity」（三位一體），諸多規格都與現時基於 K10/K10.5 的「Llano」核心的 APU 大相徑庭：除了支援雙通道 DDR3-800 至 2133、以及可以沿用現有的晶片組和無 L3 快取外，使用全新的 Socket FM2 插座、支援 TurboCore3.0、內建效能更強的顯示核心、CPU 部分使用 1 至 2 個 Piledriver 模組（2 至 4 核心）。

值得注意的是和第一代 A 系列 Fusion APU 一樣，會有無顯示核心的晶片以 Athlon II（速龍 2）的品牌推出。「Trinity」核心的 Athlon II 有 Athlon II X4 730、740 和 750K，和 A10、A8 系列一樣均為 2 模組 4 核心，但封鎖了內建顯示核心，730 更將 Turbo Core 功能刪減。

* Athlon II X4 750K，CPU 核心同 A10/A8，預設時脈 3.4GHz，加速時脈頻率 4.0GHz，採用不鎖倍頻設計，熱設計功耗 100 瓦；
* Athlon II X4 740，CPU 核心同 A10/A8，預設時脈 3.2GHz，加速時脈 3.7GHz，最高倍頻鎖定，熱設計功耗 65 瓦；
* Athlon II X4 730，CPU 核心同 A10/A8，但支援的記憶體時脈最高只到 1600MHz。

在一些基準效能測試中，CPU 核心的效能依舊不敵對手 Intel Core i5，但要優於 Core i3，而內建 GPU 核心的效能繼續大幅拋離對手 Intel 的 HD Graphics 以及一眾入門級獨立顯示核心。而且有高時脈 DDR3 記憶體的加入也可使第二代 A 系列 APU 的效能有所提升。

### 移動型效能 / 主流級處理器

第二代 AMD Fusion A 系列 APU 移動版本，主要針對主流級和效能級的筆記型電腦市場，AMD 相應地推出了「Comal」移動平台。AMD 也籍此推行自己的超輕薄筆電平台「Ultrathin」。

和桌上型主流級平台一樣，AMD Fusion A 系列 APU 行動版本的核心代號為「Trinity」（三位一體），也分為 A10、A8、A6 和 A4 四大系列。其中 A10、A8 的 CPU 部分均為雙模組四核心，4MB L2 快取，主要區別在於內建 GPU 部分：A10 的為 Radeon HD 7660G/7620G，而 A8 的則為 Radeon HD 7640G；A6 和 A4 的 CPU 部分為單模組雙核心，2MB L2 快取，A6 的內建顯示核心為 Radeon HD 7500G/7520G。A10、A8 和 A6 均在 2012 年 4 月發布，不少效能測評媒體也收到了測試樣機。

在 2011 年 AMD Fusion 開發者論壇上，超微稱行動平台上「Trinity」核心 AMD Fusion APU 的計算能力會比「Llano」核心的快 50%。
實際上是藉著拉頻率來比舊的 Llano 核心快 30% (單核心同頻下只有 0.8~0.9 的效能)。

### 企業級處理器

對於伺服器市場，超微在 2012 年財政分析日上（2012 年 2 月 2 日）表示，將和基於 AMD Bulldozer 微架構的 AMD Opteron 一樣，分為三大系列：

* 針對單路伺服器市場（單 CPU，用於 Web 伺服器、Web 網站代管以及小型伺服器、小型工作站）的 AMD Opteron 3300 系列，核心代號「Delhi」，擁有 2 模組 4 核心或 4 模組 8 核心，和桌上型效能級的 AMD FX 一樣採用 Socket AM3 + 插座，以及支援雙通道 DDR3 ECC 記憶體；
* 針對單路至雙路伺服器市場（單 CPU 或雙 CPU，用於高效益、高能效比的伺服器、中型工作站）的 AMD Opteron 4300 系列，核心代號「Seoul」，擁有 3 模組 6 核心或 4 模組 8 核心，繼續沿用舊有的 Socket C32 插座，支援雙通道 DDR3 ECC 記憶體。
* 針對雙路至四路伺服器市場（雙 CPU 至四 CPU，用於主流企業級伺服器、大型工作站）的 Opteron 6300 系列，核心代號「Abu Dhabi」，擁有雙模組四核心、4 模組 8 核心、6 模組 12 核心、8 模組 16 核心等型號，繼續沿用舊有的 Socket G34 插座，支援四通道 DDR3 ECC 記憶體。4 模組以上的型號不再採用多晶片模組的封裝，而是統一整合至一塊晶片上，即單晶片最高可容納 8 模組 16 核心。

超微認為 Piledriver 架構的 Opteron 相比 Bulldozer 架構的會有 15% 的效能增長，得益於每時鐘週期指令數的優化和高 20% 的處理器時脈頻率。

## 未來發展

超微在發布 AMD Bulldozer 微架構時表示 Bulldozer 架構實現「一年一改進」，2011 年發布首代 Bulldozer 架構，2012 年發布第二代『增強型』Bulldozer 架構（即 Piledriver 架構），2013 年 / 2014 年推出第三代 Bulldozer 架構（即 Steamroller 架構），2015 年 / 2016 年推出第四代 Bulldozer 架構（即 Excavator 架構）。

## Piledriver Bug

* 2016 年 2 月，AMD Piledriver 核心處理器被發現非管理員權限的使用者，可以接管整台伺服器的漏洞。AMD 已發佈新微代碼修正此一漏洞。被發現此一漏洞的是 AMD Opteron 6300 系列處理器，執行微代碼版本為 0x6000832 及 0x6000836 的產品。一旦漏洞被執行，這個漏洞會干擾處理器核心的執行資料，可能導致現在運轉中的處理器當機。使得虛擬機中的的非管理者權限使用者可以利用這個漏洞，接管整個主機系統或者誘導主機的處理器執行被使用者控制的惡意程式。

## 參見

* AMD CPU 微架構列表
* AMD Bulldozer
* AMD Opteron
* AMD FX
* AMD Fusion

## 參考資料

## 外部連結

* （英文） New "Bulldozer" and "Piledriver" Instructions（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）