ігри: перевага за швидкістю в|у| ігор поки|поки| невелика, вони дістали користь лише від великого розміру кеша процесора, встановленого|установленого| у вашому ПК. Пройде ще деякий час, поки|доки| з'являться|появлятимуться| ігри, які на багатоядерних процесорах працюватимуть помітно швидше;

Використання|споживання| електроенергії: понижене|знизити| енергоспоживання давно стало актуальним для процесорів мобільних систем – це дозволяє продовжити автономну роботу ноутбука від акумуляторів. Багатоядерні чіпи, в яких реалізовані всі сучасні технології енергозбереження, швидше звичайних|звичних| справляються з|із| поставленими завданнями|задачами| і тому швидше можуть перейти в режим з|із| меншою тактовою частотою і, відповідно, з|із| меншим енергоспоживанням.

Розробники корпорацій Intel| і AMD| постійно розробляють нові ідеї, як зробити процесори продуктивнішими і, як наслідок, більш конкурентоздатними|конкурентоспроможними|. Так, новітнє|найновіше| покоління багатоядерних процесорів, окрім іншого, використовує наступні|слідуючі| прийоми:

інтегрований кеш: оскільки|тому що| прочитування і запис даних в оперативній пам'яті триває набагато довше, ніж вимагається процесору для обчислень|підрахунків|, ці чіпи використовують особливо швидкий кеш, який, на відміну від старих рішень|вирішень|, разом з електронікою (так званим кеш-контроллером), що управляє, вбудований в той же чіп, що і ядра. Це дозволяє процесору дуже швидко звертатися|обертатися| до вбудованої кеш-пам'яті, що в черговий раз|у черговий раз| підвищує швидкодію. У багатоядерних процесорах від AMD| кожне ядро має свій власний кеш, завдяки чому досягається певна перевага: коди, що зберігаються в кеші, і дані одночасно виконуваних програм не заважають|мішають| один одному;

покращування|поліпшувати| схеми: з|із| кожним поколінням процесорів розробники оптимізують електронні схеми, зменшуючи кількість елементів. За рахунок цього нові чіпи виконують операції набагато швидше своїх попередників;

вузькі струмопровідні доріжки: ширина робочих елементів найсучасніших мікропроцесорів складає всього 65 нанометрів. Завдяки цьому на одній і тій же площі|майдані| уміщається більше схем, а відстані між ними стають коротшими, що дозволяє значно прискорити виконання операцій;

багатоступінчасті|багатоступінчаті| енергозбережні функції: новітні|найновіші| процесори набагато економніше витрачають електроенергію, що подовжує|продовжує| термін служби і безперервної роботи акумуляторів в ноутбуках. Залежно від міри|ступеня| завантаженості окремі ділянки чіпа можуть поетапно відключатися, витримуючи таким чином різні «фази сну». Наприклад, використовується динамічна кеш-пам'ять: якщо вся буферна пам'ять в даний момент не використовується, сучасні багатоядерні процесори можуть відключати її фрагменти.

1 БАГАТОЯДЕРНІ АМД ПРОЦЕСОРИ

1.1 АМД ПРОЦЕСОРИ

Перехід до багатоядерних процесорів стає основним напрямом|направленням| підвищення продуктивності. Такими є сучасні багатоядерні процесори |AMD.| Ці процесори по більшості показників продуктивності випереджають своїх х86-конкурентов| від Intel|, будучи лідерами цілочисельної продуктивності серед серверних процесорів, лише трохи поступаючись IBM| Power5| і Intel| Itanium| 2

Розробка досконалішої|довершеної| мікроархітектури, що містить|утримує| більше число функціональних виконавчих пристроїв|устроїв|, з метою підвищення кількості команд, що одночасно виконуються за один такт, — традиційний альтернативний зростанню|зросту| тактової частоти метод|колія| підвищення продуктивності. Але|та| такі розробки дуже складні і дорогі; складність розробки зростає із|із| складністю логіки експоненціально.

Ще один підхід до вирішення даної проблеми був реалізований в VLIW/EPIC-архітектурі IA-64|, де частина|частка| проблем перекладена з апаратури на компілятор; проте|однак| сьогодні розробники визнають, що для високої продуктивності мікроархітектура важливіша.

Крім того, при великому числі функціональних блоків мікросхеми і великому її розмірі виникає фундаментальна проблема обмеженості швидкості поширення|розповсюдження| сигналу: за один такт сигнал не встигає|устигає| добратися у всі необхідні блоки. Як можливий вихід в мікропроцесорах Alpha| були введені|запроваджувати| так звані «кластери», де пристрої|устрої| частково дублювалися, та зате усередині|всередині| кластерів відстані були менше.

Можна сказати, що ідея побудови|шикування| багатоядерних мікропроцесорів є розвитком ідеї кластерів, але|та| в даному випадку дублюється цілком процесорне ядро. Іншим попередником багатоядерного підходу можна вважати|лічити| технології Intel| HyperThreading|, де також є невелике дублювання апаратури.

Про випуск двоядерних процесорів з|із| архітектурою х86| в AMD| і Intel| оголосили майже одночасно.

AMD| пропонує 64-розрядні двоядерні процесори Opteron| для серверних систем і робочих станцій і 64-розрядні двоядерні Athlon64| — для настільних систем. Intel| використовує аналогічну 64-розрядну архітектуру EM64T| в своїх серверних процесорах Xeon| і «настільних» Pentium| 4.

Процесори Opteron| і до появи двоядерних версій випереджали своїх х86-конкурентов| від Intel| по продуктивності на більшості додатків|застосувань|. Opteron| взагалі є лідером серед всіх серверних процесорів по цілочисельній продуктивності, хоча на тестах SPECint2000| і поступається «настільному» Pentium| 4/3,8 ГГц. На тестах SPECfp2000| він поступається IBM| Power5| і Intel| Itanium| 2. Проте|однак| останні процесори досягають настільки|так| високих показників у тому числі і за рахунок дуже великої ємкості|місткості| кеша. Можна порівняти дані SPECfp2000| для Itanium| 2/1,4 ГГц з|із| 1,5-мегабайтним| кешем третього рівня (порівнянно з|із| 1 Мбайт в|у| Opteron|) і для Itanium| 2 з|із| тією ж частотою і кешем в 3 Мбайт. При такому збільшенні ємкості|місткості| кеша продуктивність Itanium| 2 зростає на 15% (дані для SGI| Altix| 350), а Opteron| відстає від Itanium| 2 з|із| кешем на 9 Мбайт всього на 30% (таблиця. 1).

Таблиця 1. Продуктивність серверних процесорів на тестах SPECcpu2000| (пиковое/базовое значення)

Рис1.1 Продуктивність серверних процесорів на тестах SPECcpu2000| (пікове/базове значення)

1.2 AMD Opteron/Athlon64

«Opteron» (укр. Оптерон; кодова назва під час розробки Sledgehammer або K8) — перший мікропроцесор фірми AMD, заснований на 64-бітовій технології AMD64 (також званою x86-64). AMD створила цей процесор в основному для застосування на ринку серверів, тому існують варіанти Opteron для використання в системах з 1—16 процесорами.

Загальну|спільну| архітектуру серверів на базі Opteron| [1] в AMD| називають «архітектурою з|із| прямим з'єднанням|сполукою|», оскільки процесори «безпосередньо|напряму|» сполучені|з'єднані| з|із| оперативною пам'яттю за допомогою вбудованого контроллера пам'яті. В даний час|нині| Opteron| підтримує пам'ять DDR400|, що забезпечує пропускну спроможність 6,4 Гбайт/с на процесор. Із|із| зростанням|зростом| числа процесорів пропускна спроможність пам'яті зростає|росте| лінійно.

У двоядерному процесорі Athlon64| пропускна спроможність пам'яті з розрахунку на|розраховуючи на| ядро стає удвічі|вдвічі| менше|. У двоядерних Opteron| вона ділиться лише|тільки| між двома ядрами кожного процесора.

Крім того, Opteron і Athlon64 використовуть для підтримки когерентності кеша досконаліший|довершений| протокол MOESI|, що дає переваги в масштабуванні при роботі з|із| пам'яттю. Пов'язаний з роботою протоколу MOESI| трафік в двоядерних процесорах Athlon64| не зачіпає комутатор, що не блокується, а використовує SRQ|, чергу системних запитів, що відповідає за управління ядрами і визначення їх пріоритету, і контроллер пам'яті. При цьому також зменшуються затримки, оскільки не додаються|добавляють| затримки на комутаторі.

Для багатопроцесорних серверів перевага|вищість| двоядерних процесорів Opteron| представляється важливішою|поважною|: частина|частка| трафіку, що викликається|спричиняє| підтримкою когерентності кеша, доводиться|припадає| на SRQ| і контроллері пам'яті, і не дає навантаження на комутатор. Крім того, використання високошвидкісного інтерфейсу HyperTransport| в Opteron і Athlon64 передбачає|припускає| як з'єднання|сполуку| процесорів через HyperTransport| з|із| підтримкою когерентності кеша в багатопроцесорних серверах, так і пряме — без північного і південного мостів — під'єднування через HyperTransport| мостів шин PCI-X/PCI-Express, що також підвищує продуктивність. Сумарна пропускна спроможність вводу/виводу для 8-процесорних систем на базі Opteron| 8xx| досягає 30,4 Гбайт/с, для двопроцесорних систем на базі Opteron| 2xx| — 22,4 Гбайт/с. З точки зору|з погляду| архітектури пам'яті побудова|шикування| серверів з|із| Opteron| відповідає архітектурі ccNUMA|, хоч доки|поки| і з|із| невеликим, до 8, числом процесорів.

Інші переваги Opteron|, наприклад, низькі величини затримок при роботі з|із| ієрархією пам'яті. Так, затримка Opteron| при вибірці з|із| кеша даних першого рівня дорівнює трьом тактам, і є|наявний| два порти читання, що дають можливість|спроможність| двох одночасних операцій. У Xeon| DP| ця затримка дорівнює 4 тактам, а порт читання лише|тільки| один.

1.3 AMD Phenom

AMD Phenom (скорочено від слова phenomenon (феномен, незвичне явище) - багатоядерний центральний процесор від компанії AMD. Створений для персональних комп'ютерів. Має: два, три або чотири ядра. Базується на архітектурі К10. Триядерні версії (кодова назва Toliman) Phenom відносяться до серії 8000 і чотирьохядерні (кодова назва Agena) до AMD Phenom X4 9000.

AMD вважають, що чотирьохядерні Phenom-и були першими «істинними» чотирьохядерними процесорами, тому що саме вони, по суті, являються монолітним багатоядерним чіпом (всі ядра розташовані на тій же підложці кремнію), на відміну від серії процесорівIntel Core 2 Quad, які за дизайном являються мультикристально-модульними процесорами. Процесори розроблені для платформи Socket AM2+.[2]

Ці процесори покоління AMD| K10|, на жаль, не здобули популярності серед користувачів із-за проблем, що мали місце при їх появі.Перед офіційним випуском Phenom, була виявлена помилка в буфер асоціативної трансляції (TLB), яка могла спричинити блокування системи в різних випадках. Процесори Phenom аж до степінгу «B2» і «BA» схильні до цієї помилки. Якщо в BIOS і в програмному забезпеченні відключч\ити TLB, то це, як правило, призводить до втрати швидкодії порядку 10%. Процесори Phenom степінгу «В3» (моделі з номерами «xx50») були представлені 27 березня 2008 року, і були позбавлені помилки TLB

З технічної точки зору архітектура процесорів AMD| Phenom| X4/X3 (кодове ім'я Agena/Toliman) стала логічним продовженням ідей, закладених в дуже успішні Athlon| 64 і Athlon| 64 X2|.

Серед ключових|джерельних| особливостей виділимо наступні|такі| пункти.

Шина HyperTransport| була розроблена для Athlon| 64 і благополучно перекочувала до нового покоління - HyperTransport| 3.0. Вона використовується для обміну даними процесора зі|із| всією останньою периферією. Для Phenom| X3| її частота складає 1800 Мгц (для порівняння: у попередньому поколінні це значення було 1000 Мгц, а максимальна для топовых| моделей Phenom| X4| – 2000 Мгц). Хоча це поліпшення|покращання| має сенс лише|тільки| для серверних версій процесорів, призначених для багатопроцесорних конфігурацій. Настільним комп'ютерам з лишком вистачає частоти HT| в 1 ГГц.

Вбудований | контроллер пам'яті, по суті, кардинальним чином не змінився, оскільки|тому що| повністю|цілком| виправдовує себе. За швидкістю доступу до оперативної пам'яті процесори AMD| випереджали Intel| Pentium4| і навіть Core| 2 Duo|. Інженери компанії лише допрацювали|доопрацьовували| контроллер, зменшили затримки звернення до модулів ОЗУ, додали|добавляли| новий режим роботи – Unganged| (так званий "розпарений" режим), який, на відміну від звичайного|звичного| режиму Ganged| ("спареного"), має два як би незалежних 64-бітових каналу пам'яті. Тоді як класична двухканальність| – це один канал, але|та| подвоєної ширини - 128 біт. Підтримується пам'ять з|із| швидкістю аж до DDR2-1066|. Додана|добавляти| також підтримка пам'яті DDR3|, правда, вона не задіяна до цих пір, і практичну реалізацію знайде лише|тільки| в нових процесорах - Phenom| II.