双核技术讨论：AMD的双核心架构
2005-11-21 16:14:00 文/姑苏飘雪 出处：天极网
现在，AMD公司是在双核心架构发展路上的领先者。AMD是第一个公布具体双核心处理器架构并最先提供具有实用性原型系统的处理器开发者和制造商。而且我们有理由相信这是第一款步入量产化的双核心处理器—AMD Opteron。
AMD的双核心发展计划在很早以前就被制定了并一直坚定按计划实施着。AMD即将发布的双核AMD64架构主要是基于在1999年发布的单核心架构之上，那时AMD就为架构未来的发展作了大量的准备工作。我们猜测AMD在研发它们的Athlon 64和Opteron处理器上工作时就已经融入双处理器架构的理念。因此他们在生产双内核处理器时将不存在任何问题。
很显然，他们很可能在原Hammer核心的基础上推出双核心处理器，因为此核心已经拥有一条传输速率很快的Hyper-Transport 总线，可以利用它将一个物理内核中的两个处理器核心连接起来。然而，AMD并不是采用这种解决方案，而将采用更有效的设计：它可以允许资源能在2个核心之间共享部分资源并且能保证两核心的运行更具协调性。
AMD的双核心处理器中的两个核心将各自拥到完全独立的执行单元及缓存。换句话说，处理器的各个核心拥有自己的L2缓存，因此公司工程师必须采用特殊设计来确保两个核心运行的一致性。然而，我认为这对AMD来说并不是什么难题：因为在AMD 开发Athlon MP处理器期间的MOESI协议就显示其不单完全有能力在对称多处理器系统确保处理器缓存工作一致性，同样对不同的处理器核心一样适用。
至于共享资源方面(当然也包括所有其它执行单元—实际充当北桥芯片的部分功能)，AMD的双核心处理器的各核心虽然拥有独立的缓存，但仅仅配备一个内存控制器，它将同时和两个核心一起协同工作。
AMD第一款双核心处理器将采用90nm制程—包括SOI及“Dual Stress Liner”应变硅技术。值得注意的是，这个核心相对于我们现在使用的AMD64架构并没有任何改变。这意味着AMD第一款双核心处理器的大多数技术特征、功能与目前市售的、基于AMD64架构的处理器是一样的。而且这些双核心处理器仍将使用1GHz HyperTransport总线与芯片组连接及支持双通道DDR内存技术。
虽说这款双核心处理器并没有多大技术创新，但这同样意味着目前支持单核心的Athlon 64和Opteron处理器的芯片组将可以很容易与它兼容。因此如果打算支持新的双内核处理器的话，对旧平台而言唯一的要求就是升级到最新BIOS就OK了，这将大大降低平台的应用、升级成本。因此只要逻辑设计能成功确保处理器中的双核心间协同工作，这些双核处理器实际实际上可以在目前所有的K8平台上运行。
然而，AMD即将发布的双核心处理器仍为我们带来了一些有意思的创新技术。首先，这些处理器将支持10条新SSE3指令，这些SSE3指令是英特尔在发布Prescott核心Pentium 4时引入的新指令集。但我们需要强调的是这些SSE3指令将不包括MONITOR和MWAIT指令，这些只有Pentium 4 Prescott才支持，因为他们主要任务象LDDQU命令一样是管理Hyper-Threading技术。第二，AMD第一款双核心处理器将拥有4路联合缓冲区而不是目前的2路。第三，AMD将为双核心处理器引入节能技术。
AMD宣称将在今年中旬发布它的第一款双核心处理器，不过它们属于Opteron处理器系列。换句话说，AMD的市场策略是首先为服务器及工作站引入双核心处理器。第一个双核心Opteron处理器将兼容Socket 940系统，L2缓存将达到2MB的容量(每个核心独享1MB)。
由于采用90nm技术生产，这些处理器将拥有2.05亿个晶体管，然而基于两个核心的半导体硅晶元的尺寸将与目前采用130nm制程的Opteron处理器的核心尺寸相当—需要注意的是目前的Opteron处理器拥有1.06亿个晶体管。可以说，双核心处理器的架构将比目前的单核心处理器架构要复杂93-94%。
另有证据表明AMD已经着手实施它的双核处理器发展计划。目前它已经对外展示了第一款双核心Opteron处理器。在8月末AMD展示了采用4个双核心Opteron处理器的HP ProLiant DL585服务器，这些双核心Opteron处理器均采用0.09微米生产技术生产。这些被设计支持4颗Socket 940处理器的系统在升级相应的BIOS以后不单支持新处理器，而且它的性能与一个8路并行处理系统相当。
目前AMD仍没有具体公布首款双核心处理器的工作频率，但是我们猜测首款双核心Opteron在工作频率可能为1.6GHz。我们坚信第一个正式发布的双核心处理器的最终频率将不会高于这个频率，否则这将对AMD带来严重的挑战，AMD不得不面对如何解决双核心处理器的功耗问题！AMD宣称即将发布的双核心处理器在目前为Athlon 64和Opteron处理器制定的散热系统下同样可以正常工作，这意味AMD的双核处理器的最大功耗将会低于95W。
当然，较低的工作频率所带来的后果就是性能在某些情况下，比如不支持多线程运算的应用程度也会相对下降。AMD当然完全知道这个事实，这也是他们为什么不在桌面平台力推双核处理器的原因之一。而目前服务器和工作站的应用软件在很久以前就针对多处理器系统进行过优化，这也是AMD将首先在Opteron系列引入双核心架构的原因，并且这将是一个相当成功的市场策略。
从相关的测试数据来看，尽管双核心处理器的工作频率比单核处理器低了600MHz—1000MHz，但它们在支持多线程应用程序中的性能仍是相当抢眼的。比如在SPECint2000基准测试中，基于双核心处理器系统的性能比基于单核处理器的系统快了45%，尽管单核处理器的工作频率比双核处理器高了1GHz。如果频率差距缩小到600MHz，那么在双核心和单核心系统之间性能差距将拉大到55-60%。
我们在SPECfp2000基准测试中也看到了类似的结果：而如果在双处理器系统的话，当频率差距在1GHz时，基于双核心处理器的平台的性能将比基于单核心处理器的系统快25-30%；如果频率差距缩小到600MHz，那么两系统的性能差距将拉大到35-40%。因此，高钟频率并不是双核心Opteron处理器系统的必备之物。
根据AMD目前roadmap，他们将在今年的下半年发布双核心Opteron处理器。需要注意这的是些处理器很可能将不只针对双路处理器系统，而且包括单个处理器、四路并且更大的系统。同时双核心处理器也将沿有Opteron 1XX、2XX、8XX系列的命名方式。然而AMD的双核计划并不仅仅局限于Opteron系列，在今年年末他们将发布第一款采用双核心设计、研发代号为Toled的台式处理器。这个处理器很可能仅针对超级玩家，并首先以Athlon 64 FX系列的方式出现。
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