NetBurst verzus K8

Mnohí ľudia si myslia, že čím vyššiu frekvenciu procesor má, tým je aj výkonnejší. To samozrejme platí, ale len pre rovnaký procesor. Tým pravým ukazateľom výkonu je ale efektivita mikroarchitektúry. Porovnajme preto dve súčastné architektúry procesorov z dielne Intelu a AMD a zistime, ktorá z nich je lepšia a prečo.

Kto sa bude porovnávať?
Každý z vás sa už určite zamýšľal nad tým, ktorý z dvoch súčastných procesorových gigantov vyrába výkonnejšie procesory. Odpovedať na túto otázku by sa mohlo zdať jednoduché, ale nie je. Výkon procesorov neodzrkadľuje efektívnosť ich mikroarchitektúry, pretože stačí taktovať vysoko a efekt sa už prejaví. V tomto článku sa vám budem snažiť priblížiť skôr efektívnosť architektúry NetBurst (Pentium 4) a architektúry K8 (Athlon 64). V tejto časti bližšie opíšem základné črty architektúry K8.

K8 = Athlon 64, Opteron 64, Turion 64
Architektúra K8 je v súčasnosti využívaná pre procesory Athlon 64 (FX) určené pre desktopy aj pre mobilné zariadenia, pre serverové procesory Opteron, ale aj pre najnovšie, čisto mobilné procesory Turion 64 (priama konkurencia pre Pentium M)
V porovnaní s predchádzajúcou architektúrou K7, použitou v procesoroch Athlon XP/ MP a procesoroch Duron sa architektúra K8 veľmi nelíši, bola však rozšírená o niekoľko prvkov, ktoré pomerne výrazne zvyšujú jej efektivitu. Doteraz boli PC procesory označované ako x86, AMD ale tie svoje, založené na K8, označuje ako x86-64. Prečo? Čítajte ďalej.
Hrubá výpočtová sila
Hrubá výpočtová sila zostala na prvý pohľad rovnaká, ako u K7. Procesory s K8 disponujú 3 jednotkami ALU (celočíselné operácie), 3 jednotkami FPU (operácie s desatinnými číslami) a 3 jednotkami AGU (výpočet adries). Už len počet týchto jednotiek napovedá (takisto aj o K7) o tom, že procesory založené na architektúre K8 budú mať vysoký hrubý výpočtový výkon. K8 dokáže v jednom takte vykonať maximálne 9 inštrukcií.
Pipeline
Pipeline si môžete predstaviť ako postupnosť krokov, na konci ktorej bude spracovaná inštrukcia. Veľmi zjednodušene prebieha práca pipeline tak, že sa vyzdvihne inštrukcia, pošle sa do cache.. Čím viac stupňov pipeline má, tým viac inštrukcií môže mať procesor rozpracovaných. Za ideálnych podmienok by to znamenalo veľké plus, reálne to už natoľko ružové nie je. Stačí totiž jediná nesprávne vybraná inštrukcia a obsah celej pipeline by sa musel vyprázdniť a celá výpočtovo náročná operácia y sa musela začať prakticky od začiatku.
K8 používa pipeline rozdelenú na dve časti. Jedna časť sa stará o celočíselné spracovanie, má 12 stupňov, druhá časť sa zasa stará o desatinné, má 17 stupňov. Keď je pipeline kratšia, znižuje sa riziko vyprázdnenia pipeline v dôsledku zlého predpovedania skokov a tým pádom aj cena, ktorou je zbytočne minutých 12 hodinových cyklov. Pri celočíselných operáciách netreba mať operácie tak rozfázované, ako pri operáciách s desatinnými číslami, preto aj kratšia pipeline pre celočíselné operácie.
Pamäťový radič
Jedným z hlavných prvkov architektúry K8 je revolučný pamäťový radič. A prečo revolučný? Revolučný preto, lebo po prvý krát v histórii procesorov sa pamäťový radič dostal priamo na procesor. To výrazne znižuje čakacie doby a dáta z pamäte má procesor takpovediac ihneď ako "na dlani". Požiadavky po pamäť sa posielajú po 64 alebo 128 bitov širokej zbernici (záleží na tom, čo sú pamäte zapojené v single alebo dual channel režíme). Pamäťový radič beží na plnej frekvencii procesora, čiže čím je procesor rýchlejší, tým rýchlešie dokáže komunikovať s pamäťou! Toto riešenie je v porovnaní s konkurenciu omnoho efektívnejšie, pretože u K8 prakticky rýchlosť práce s pamäťou pri žiadnom vyššie taktovanom modele procesora nezostane na rovnakej úrovni, resp. sa nezníži.
Integrácia pamäťového radiču na procesor má ale aj jednu nevýhodu. Pamäťový radič je optimalizovaný, alebo skôr vyvinutý len pre jeden typ pamätí. Keby však bolo treba podporovať nový, bol by nutný zásah do samotného procesora, čo by so sebou prinieslo pravdepodobne dočasne zvýšenú cenu za procesor a pravdepodobne aj nutnú výmenu základnej dosky. HyperTransport
HyperTransport by sa dal nazvať aj ako náhrada za klasickú FSB (Front Side Bus), ktorú poznáme z ostatných procesorov. Pracuje na frekvencii 800 MHz alebo 1000 MHz, šírku 16 bitov a dva kanály. Tieto vlastnosti jej zaručujú priepustnosť 3,2 (800 MHz), resp. 4 GB/s (1000 MHz). Jej účelom je komunikácia s ostatnými zariadeniami (okrem pamäte, na to slúži už spomínaný pamäťový radič).
Chladný a tichý
Okrem zvyšovania výkonu sa AMD rozhodlo aj integrovať do K8 technológiu, ktorá umožní meniť frekvenciu a napätie procesora v závislosti od toho, ako intenzívne je používaný. AMD ju nazvalo Cool'n'Quiet. I keď by sa mohlo zdať, že ide o niečo úplne nové, ide viac-menej "len" o technológiu PowerNow!, ktorú AMD používalo napríklad už v procesoroch Athlon XP určených pre notebooky.
Chcete 64 bitov?
Niektorý z vás si možno ešte spomenú na starý dobrý procesor 386, ktorý už pred rokmi Intel uviedol na trh. Okrem na tú dobu veľmi dobrého výkonu priniesol so sebou procesor jednu veľkú, možno aj revolučnú novinku. Dovtedy všetky procesory určené pre osobné počítače boli 16-bitové. To so sebou nieslo množstvo obmedzení, či už v maximálnom výkone procesora, alebo v maximálnom množstve operačnej pamäte, ktorú procesor dokázal využiť. Procesor 386 dokázal so 16-bitovými programami narábať rovnako obratne ako jeho predchodcovia, ale navyše pridal podporu 32-inštrukcií. Išlo vlastne o prvý 32-bitový procesor pre osobné počítače tej doby, ktorý to dokázal. Vďaka jeho spätnej kompatibilite asi nikto takmer nič nevšimol. Procesor pomaličky začal štartovať boom v stúpajúcich hardwarových nárokoch programov, čoho svedkami sme dodnes.
Niečo podobné si na nás pripravilo aj AMD. Už v čase, keď vyvíjali prvý Athlon (K7) dostali nápad na vytvorenie 64-bitového procesora, ktorému by sa darilo rovnako dobre tak v 32-bitovom, ako aj v 64-bitovom prostredí. Myšlienka pravdepodobne pochádzala od odkúpenej časti tímu, ktorý sa podieľal na vývoji veľmi výkonných 64-bitových procesorov Alpha, možno sa len nechali inšpirovať Intelom z časov 386, pretože cítili, že je potrebná zmena. Ktovie.
Prínos 64-bitovej architektúry nesporný. Už len samotné zväčšenie šírky slova, s ktorým vie procesor pracovať znamená teoretické zdvojnásobenie výkonu. Procesor totiž nemusí spracovať 2 krát 32-bitový údaj, ale stačí mu spracovať 1 krát 64-bitový údaj. Maximálne fyzické množstvo pamäte, ktoré 64-bitový procesor dokáže využiť/ adresovať už nie sú 4 GB, ako je tomu u 32-bitových procesorov. Maximum je až 4,5 PB (peta bytov). To je 4500 krát viac! Súčastné procesory majú ale odblokovaných 40 bitov pre prácu s reálnou a 48 bitov pre prácu s virtuálnou pamäťou, čo zníži maximálne využiteľné množstvo využiteľnej operačnej pamäte na 1 TB. Napriek tomu je totomnožstvo také veľké, žezaručene postačí všetkým aplikáciám na PC na najbližších niekoľko desaťročí ak nie navždy (môj odhad ;-))!

Alternatívne verzie:

Autor: Ribi · Kategória: Zo sveta · Dátum: 01.05.2005 22:28