Athlon64. Процессор, которого долго ждали

Алексей Шобанов

сентябре сего года, 23 числа, состоялось знаменательное событие, ожидавшееся уже не один месяц, —: компания AMD официально объявила о выходе в свет нового семейства десктопных процессоров, представив широкой публике сразу четыре новые модели, представляющие собой начальные модели трех новых линеек процессоров:

• процессоры для высокопроизводительных платформ —: AMD Athlon64 FX-51;

• процессоры для массового рынка ПК —: AMD Athlon64 3200+;

• процессоры для мобильных систем —: AMD Athlon64 3000+ и AMD Athlon64 3200+.

Новые процессоры были созданы по 0,13-микронным инструментальным нормам с применением технологии SOI (silicon-on-insulator), что позволяет достичь более высоких тактовых частот работы (увеличить скорость срабатывания затвора транзистора), а также снизить потребляемую мощность процессора (за счет уменьшения токов утечки). Так, энергопотребление чипов AMD Athlon64 3200+ и AMD Athlon64 FX-51 составляет 85 и 89 Вт соответственно (не правда ли, не так уж и «горячо» для чипа, объединяющего в себе не только мощное процессорное ядро, но и, по сути, традиционный северный мост чипсета). При создании этих процессоров была использована архитектура AMD64 (x86-64), в общих чертах уже знакомая читателям по нашим предыдущим публикациям (см. статью «Прорыв компании AMD, или Новые процессоры Hammer», № 2’2003). Поэтому мы позволим себе лишь кратко остановиться на некоторых особенностях, присущих представленным новинкам, не углубляясь в детали реализации их архитектуры. Начнем, естественно, с топовой, если можно так выразиться, модели —: процессора AMD Athlon64 FX-51, реальная тактовая частота работы которого составляет 2,2 ГГц. Процессор выполнен в 940-пиновой керамической mPGA-упаковке (Ceramic Micro Pin Grid Array Package), причем кристалл закрыт медной анодированной крышкой (чего так долго ждали поклонники процессоров AMD), надежно защищающей его от механических повреждений. Что касается структурной схемы процессора (рис. 1), то обращает на себя внимание его поразительное сходство с новинкой от компании AMD —: процессором AMD Opteron 14x.

И это сходство, видимо, не случайно, поскольку именно Opteron, предназначенный для однопроцессорных конфигураций, послужил прототипом для создания представленного ныне флагмана AMD для построения высокопроизводительных десктопных систем. Проведенная аналогия с в общем-то уже знакомым нашим читателям процессором AMD Opteron, позволит без труда понять, насколько революционным событием является появление этих десктопных процессоров. Ведь теперь, как и в серверном сегменте рынка, изменится сама концепция построения системы. Отныне центральный процессор становится не просто центром вычислений, но и берет на себя функции северного моста. Прежде всего это касается функций взаимодействия с оперативной памятью. Теперь взаимодействие с интегрированным на одном кристалле с процессорным ядром контроллером памяти происходит по 128-битной шине, работающей на частоте процессора. Это обеспечивает беспрецедентную пропускную способность и позволяет снять с повестки дня вопрос о влиянии на производительность нехватки пропускной системной (процессорной) шины, которая теперь будет ограничиваться лишь пропускной способностью шины памяти, то есть возможной скоростью обмена данными между модулями памяти и контроллером памяти. Кстати говоря, в подобной архитектуре такие понятия, как системная шина, частота FSB и то, что связано с ними, теряют всякий смысл. Для взаимодействия с модулями памяти интегрированный контроллер памяти процессора Athlon64 FX-51 имеет 128-битный интерфейс (+16 бит для ЕСС) и позволяет работать с DIMM-модулями регистровой оперативной памяти, соответствующими спецификации PC1600 (DDR200), PC2100 (DDR266), PC2700 (DDR333) или PC3200 (DDR400) в двухканальном режиме (также возможна работа памяти и в одноканальном режиме). Таким образом, максимальная пропускная способность шины памяти составляет 6,4 Гбайт/с. В качестве же интерфейса общения с внешним миром процессоры AMD Athlon64 FX используют 16-битную (16Ѕ16) 1600-мегагерцевую шину HyperTransport, обеспечивающую пропускную способность 6,4 Гбайт/с. Работа центрального процессора с другими компонентами компьютерной системы, естественно, обеспечивается посредством набора микросхем системной логики, который в контексте новой архитектуры процессора тоже претерпел кардинальные изменения. Теперь в привычном для нас виде сохранился лишь южный мост чипсета, то есть микросхема, обеспечивающая работу интерфейсов ввода-вывода, а вместо северного моста, функции которого, как уже отмечалось выше, перешили к процессору, появились туннели, то есть микросхемы, выполняющие роль мостов, «соединяющих» (или преобразующих) интерфейсы, точнее сказать —: универсальный интерфейс HyperTransport в тот или иной интерфейс. В настоящее время в качестве такого чипа в наборы микросхем системной логики входит AGP-туннель. Что же касается собственно архитектуры процессорного ядра, то, если не вдаваться в детали, для его описания можно провести краткий урок арифметики: берем ядро Barton и умножаем его на два. В результате получаем:

• удвоенное количество регистров;

• удвоенный размер кэша L2 (1024 Кбайт) (кэш L1 является эксклюзивным, поэтому можно говорить о суммарном объеме кэш-памяти равном 1152 Кбайт);

• поддержка набора SIMD-инструкций расширения SSE2 (как, впрочем, и поддерживаемых ранее 3DNow! Professional);

• практически удвоенное количество транзисторов (105,9 млн. против 54,3 млн. у Athlon XP) и, естественно, практически вдвое больший размер кристалла (193 мм2 против 101 мм2) правда, в данном случае речь идет о количестве транзисторов на кристалле, а не только о количестве используемом для реализации процессорного ядра.

Не правда ли —: интересная арифметика? И это лишь то, что лежит на поверхности и благодаря чему стало возможно, во-первых, обеспечить работу как с 32-битными, так и с 64-битными операционными системами и приложениями, во-вторых, раздвинуть границы адресуемого пространства (поддержка 40-разрядных физических адресов и 48-разрядных виртуальных адресов, что позволяет обращаться к памяти за пределами 4 Гбайт, что было невозможным при 32-разрядной адресации) и, в-третьих, конечно же увеличить производительность. Эти выкладки, без сомнения, довольно любопытны, но, будучи прагматиками, зададимся вопросом: какие выгоды сулит пользователю применение нового процессора AMD, а следовательно, и переход на новую платформу? Прежде всего отметим, что новая платформа AMD64 позволит обеспечить плавный и совершенно безболезненный для пользователя переход от 32-битных ОС и приложений к 64-битным, который, по всей видимости, ожидает нас в самом ближайшем будущем. Но пока большинство из нас работает в 32-битной Windows-среде, нас не может не беспокоить та производительность, которую позволят обеспечить новинки от AMD при работе с привычными и наиболее распространенными на сегодняшний день приложениями. Этот вопрос мы и попытались выяснить посредством расширенного тестирования компьютерной системы, построенной на базе процессора AMD Athlon64 FX 51, которую нам любезно предоставило российское представительство компании AMD. Здесь не удержусь от того, чтобы немного отвлечься от темы и сказать несколько восторженных слов о предоставленном нам ПК.

Это поистине достойная оправа для того бриллианта, имя которому AMD Athlon64 FX-51. Станция оказалась прекрасна не только душой (в смысле —: процессором), но и телом (корпус, бесспорно, выше всяких похвал), а также всей сопутствующей «начинкой». Сделав этот небольшой реверанс, приведем тестовую конфигурацию:

• процессор: Athlon64 FX-51 (тактовая частота 2,2 ГГц);

• материнская плата: ASUS SK8N (чипсет NVIDIA nForce 3 Pro150);

• память: 2Ѕ512 Мбайт регистровая с коррекцией ошибок EСС (ECC registered) PC 3200 (DDR400);

• тайминги памяти:

- RAS Act. to Pre 5,

- CAS# Latancy 2.5,

- RAS# to CAS# delay 3,

- RAS# Precharge 3;

• графическая карта: Leadtek WinFast A350 Ultra TDH (NVIDIA GeForce FX Ultra, 256 Мбайт памяти);

• жесткие диски: Western Digital WD400JB 40 Гбайт (7200 об./мин).

Тестирование проводилось под управлением операционной системы Microsoft Windows XP Service Pack 1 (DirectX 9.0b) с установленным обновлением драйверов для чипсета версии 3.53 и драйверами для видеокарты NVIDIA Detonator 44.67 при разрешении 1024Ѕ768 и 32-битной глубине цвета.

Результаты, полученные нами в ходе тестирования, говорят сами за себя; особое внимание хотелось бы обратить на феноменально высокую скорость записи в оперативную память и низкую латентность как при операциях записи, так и при чтении из оперативной памяти.

Что же касается еще трех представленных компанией AMD новинок: десктопного процессора AMD Athlon64 3200+ (тактовая частота 2,0 ГГц), мобильных процессоров AMD Athlon64 3000+ (тактовая частота 1,8 ГГц) и AMD Athlon64 3200+ (тактовая частота 2,0 ГГц), —: то эти модели довольно схожи с рассмотренным нами чипом AMD Athlon64 FX 51, но, естественно, имеют ряд особенностей, обусловленных областью их назначения. Так, десктопные процессоры AMD Athlon64 3200+, предназначенные прежде всего для массового пользователя, имеют 754-пиновую mPGA-упаковку (Ceramic Micro Pin Grid Array Package), а также медную анодированную крышку, защищающую кристалл. Основное отличие процессоров этой серии от их «старшего брата» —: серии AMD Athlon64 FX —: состоит в том, что они имеют 64-битный интегрированный на кристалле контроллер памяти, позволяющий работать с DIMM-модулями небуферизованной DDR SDRAM-памяти спецификации PC1600 (DDR200), PC2100 (DDR266), PC2700 (DDR333) или PC3200 (DDR400). Таким образом, несложно подсчитать, что максимальная производительность шины памяти составляет 3,2 Гбайт/с. Кроме того, процессоры серии AMD Athlon64 поддерживают новую фирменную технологию компании AMD —: технологию Cool’n’Quiet (холодный и тихий). Эта технология обеспечивает динамическое изменение частоты и напряжения процессора, что позволяет уменьшить его тепловыделение, а это, в свою очередь, делает возможным снижение скорости вращения вентиляторов охлаждения. Таким образом, технология Cool’n’Quiet позволяет значительно уменьшить энергопотребление и существенно снизить уровень шума, что весьма актуально как для домашнего, так и для офисного ПК.

В свою очередь, серия процессоров для мобильных систем также имеет ряд специфических особенностей, связанных прежде всего с обеспечением оптимального температурного режима и максимального времени работы в автономном режиме. Таким образом, мобильные процессоры AMD Athlon64 для организации более эффективной системы теплоотвода лишены защитной крышки и их открытый кристалл имеет ту же 754-пиновую mPGA-упаковку (Ceramic Micro Pin Grid Array Package), что и их десктопные собратья. Для достижения максимального времени работы при использовании автономных источников питания реализована поддержка технологии PowerNow!, обеспечивающей расширенное управление энергопотреблением. Кроме того, необходимо отметить, что мобильные процессоры AMD Athlon64 предусматривают использование в качестве оперативной памяти SO-DIMM-модулей спецификации PC1600 (DDR200), PC2100 (DDR266) или PC2700 (DDR333); при этом максимальная пропускная способность шины памяти может достигать 2,7 Гбайт/с.

Теперь несколько слов о маркировке чипов. Так, если для процессоров семейства AMD Athlon64 было сохранено использование системы рейтинговых номеров (номер модели), то у моделей семейства AMD Athlon64 FX применяется абстрагированная система нумерации, где первый процессор в серии получает номер 51, а номер каждой последующей модели будет увеличиваться на 2 (в этом нет никакого подвоха, просто нечетные цифры лучше запоминаются), то есть 53, 55 и т.д. Таким образом, корпорация AMD в очередной раз подчеркивает, что тактовая частота процессора —: это хотя и важный, но далеко не единственный параметр, определяющий его производительность.

И в заключение нашего первого знакомства с новыми процессорами компании AMD несколько слов об их цене. По нашим данным, модели процессоров AMD Athlon64 FX-51 будут продаваться по цене 733 долл., а процессоры Athlon64 3000+ и AMD Athlon64 3200+ (как в мобильном, так и в десктопном варианте) —: по 278 и 417 долл. соответственно (цены указаны для партии 1000 штук).

КомпьютерПресс 10'2003