AMD K10


AMD K10 （简体）

AMD K10是下一世代AMD處理器使用的微架構，早前曾有媒體報導K10為已取消的計劃，其後AMD發言人否認此說法，宣佈K10將是AMD K8產品（Athlon 64、Opteron、Sempron 64等）的後繼者。

目錄

命名

最初AMD K10被認為叫做K8L。 這個"K8L"最早來自Charlie Demerjian在The Inquirer上發布的一篇傳聞[1]上面提到K10遭到取消，AMD將改為發布K8L。

在一個採訪中[2]， Giuseppe Amato確認「AMD下一代處理器技術」的代號為K10。

歷史資料

2003年的時候，AMD在一些會議中（像是「2003微處理器論壇」）大略規劃出K8之後的下一代處理器的功能，[3])，而下一代的處理器大略的功能特性如下：

  • 執行緒架構
  • 晶片級多處理器
  • 大規模多處理器系統
  • 運作於10 GHz頻率
  • 大發射數的超純量亂序執行核心
  • 更大的緩存
  • 媒體/向量處理擴展
  • 分支和預存取
  • 安全與虛擬化
  • 強化分支預測
  • 動靜態電源管理

但是在2006年的時候，有些原本規劃的功能被取消，像是超高的運作時脈，因為熱量限制而取消。而其他部分也沒有實作，像是「執行緒架構」[來源請求]。

在2006年4月13日，AMD執行副總裁兼推廣及銷售首席長 Henri Richard 在訪談時承認[4]了新的微架構是存在的。

而2006年6月，AMD執行副總裁 Henri Richard 接受了 DigiTimes 的訪談：

“ Q: 在未來的 3～4 年，你們 AMD 處理器的技術發展方向是怎樣的呢？

A:好的，跟 Dirk Meyer 在分析師會議上所說的一樣，我們並沒有停滯不前。我們已經談過在 2007 年推出 K8 的整頓架構，它會大大改良處理器的不同方面的性能，包括整數性能、浮點性能、記憶體頻寬、互連等。你知道這個平台還有很多人正在努力 (still a lot of legs under it)，但我們不會停下來，我們還在研發下一代核心。它的詳情如何，我現在還不能告訴你，但重要的是我們清清楚楚地表明這場比賽是兩匹馬的比賽。你也知道，有時候馬只是帶出一點點，局面就會扭轉，但要緊的是有一場龍爭虎鬥。

 ”
 
— AMD執行副總裁 Henri Richard, 來源：DigiTimes 的訪談[5]

確認時間

Deerhound芯片的平面圖
Deerhound晶片的平面圖

在2006年7月21日，AMD總裁及首席執行長（COO）Dirk Meyer 與高階副總裁 Marty Seyer 證實了新架構 Revision H微處理器的發表日定在2007年年中；此架構的四核心處理器會應用到伺服器、工作站及高階桌上型電腦，而雙核心的版本則主打消費市場。部分在2007鋪貨、 Revision H Opteron 的 TDP 為 68 W。

2006年8月15日，AMD 發布了第一顆 Socket F(即 Socket 1207) 介面的雙核Opteron處理器，並同時宣布四核Opteron處理器已經達到最終設計階段(tape-out)。接下來是測試和檢驗階段，再過幾個月就開始生產工程樣本(Sampling)。[6]

內部代號

在2006年11月，部分報導流出了桌上型的代號為Agena，Agena FX，[7]這些核心的時脈從2.4 GHz - 2.9 GHz 不等，單一核心擁有512 KiB L2 快取，單顆CPU有2 MiB L3 快取，使用 HyperTransport 3.0，TDP 為 125 W。[8]而最近的報導指出以該架構為基礎的單核心Spica與具備L3快取的雙核心Kuma，還有沒L3的Rana也都被證實存在。[9][10]

在2006年12月14日的2006 AMD 分析日，AMD發表伺服器、桌上型及可攜型處理器的產品生命期。[11]在伺服器方面，AMD將發表兩種基於提供多路架構的Barcelona與一路的Budapest處理器[11]。桌上型將完全改變所有處理器的生產線。65奈米製程的單核心"Lima"處理器將在2007年Q1出現，而Sparta是目前65奈米Sempron的製程更新將在2007年Q2問世，HyperTransport 3.0 與 Socket AM2+也將發布，其特別設計為上述使用四核心桌上型處理器系列，與在那之後命名慣例會從市名改成星座名，就像Agena。此外，AMD Quad FX 平台及其後繼將會提供高階雙處理器版本的晶片Agena FX[12]，以更新 AMD Quad FX 平台。作為伺服器晶片Barcelona，新的桌上型四核心系列將會提供共用L3快取、128-bit浮點單元與先進的微架構。Agena提供給桌上型平台的原生四核心處理器。Kuma則是此架構的雙核心處理器，將在第三季出現。而Rana是沒有L3快取的雙核心處理器將在年底問世。[13]

型號

根據最近的報導，主流與高階的K10桌上型微處理器將不再使用Athlon名稱，會以Phenom的姿態出現"Phenom"。 [14]。而沒有L3快取的Rana低階處理器將會繼續使用Athlon 64 X2的名稱。[15]

型號表格請參閱AMD Phenom、AMD Opteron。

後續產品發表

根據報導在四月初將會出現一系列擁有較低TDP(45W)的型號，[16]，且越來越多的資訊指出即將推出的晶片Montreal[17]採用AMD Opteron（MCM）技術將兩個"Shanghai"核心封裝成高達12 MiB L3 快取的版本[18]，代號為 AMD K10.5。[19].

現場示範

在2006年9月30日，AMD第一次公開現場展示原生四核心處理器Barcelona執行於Windows Server 2003 64-bit Edition。[20]AMD聲稱比Intel Xeon 5355多出70%的效能增進[21]。更多關於這第一版的次世代AMD微處理器，包括時脈等設計細節也能夠在網路上看到。[22][23]

在2007年1月24日，AMD的執行部副總裁Randy Allen聲明在現實測試中，各式各樣的壓力測試，Barcelona能夠提供Intel Xeon Clovertown的二路四核心處理器多出約40%的效能。[24]在相同時脈下，該核心的浮點運算效能預期可提供K8系列的1.8倍[25]。

相似的微架構

由於相似的時間表造成相似的微架構，以至於可攜型平台的低功耗晶片的焦點與小型化尺寸的特點變的相似。此為架構將包含可攜式平台的獨特功能，像是以可攜式平台作最佳化的crossbar switch、記憶體控制器、包含電源管理的HyperTransport 3.0，及其他林林總總。此時AMD簡單的稱它為「新的可攜型核心」（New Mobile Core），而並沒有給它特定的內部代號。

在2006年12月的分析日，執行部副總裁Marty Seyer發表新的可攜型的核心「Griffin」，將在2008年正式鋪貨。[26]

往復的版本

在2007年底到2008年 第二季，將會改成 45 nm 製程製造此核心[27]，而且加強 FB-DIMM 支援、直接連接架構 2.0 （Direct Connect Architecture）、加強 RAS、還有一些其他的加強。這個平台也會加入虛擬化 I/O技術、PCI Express 2.0、10 Gbit NIC、更大的快取及其他東西。

然而，該報導也暗示由於 FB-DIMM 的使用者不多，將會從未來產品線中移除支援[28][29]。並且，FB-DIMM的未來會不會變成工業標準也是問題。

最近的 The Inquirer 已證實了時間表。根據報導，會有三種核心出現：第一個是 Barcelona ，在2007年Q2鋪貨，搭載著新的微架構，但是使用舊的 HyperTransport 2.0 連結界面；另一個是提供給單一 Socket AM2+或 AM3插槽的 Budapest，使用 HyperTransport 3.0；最後是小改版伺服器CPU的 Shanghai，使用 45 nm 製程[30]，搭載 HyperTransport 3.0 與 DDR3 記憶體，將在2008年舖貨。[31]

在 2008年，AMD將會引入 Deneb FX來更新 AMD Quad FX 平台，在主流平台則是提供 Deneb。而 Kuma 與 Rana 在低階市場也將會被 Propos 與 Regor 取代。Socket AM2+是在2006年底訂定的規格，與AM3的腳位相同，不過由於代號區分，所以下一代支援 DDR3 的腳位是 AM3。[32]

功能規格

製程技術

K10四核心的可能大小
K10四核心的可能大小

AMD會引入65 nm SOI 技術來製造處理器，這樣可以縮小K10的體積[33]。伺服器等級會封裝成Socket F或是Socket F+（1207），而桌上型的部分會使用Socket AM2或是Socket AM2+。

在技術分析日[34]，AMD宣布將持續電晶體改良（CTI）與共用電晶體技術(STT)引入矽鍺絕緣（SGoI）來生產65奈米CPU[35]。

支援的 DRAM 標準

K8系列由於把記憶體控制器內建於CPU內，雖然可以增進記憶體效能，但也對記憶體延遲格外敏感；高的延遲將會對效能產生影響。DDR2 RAM相較於DDR RAM擁有比較多的延遲，是由於內部驅動時間是時脈的1/4，是DDR的1/2時間。然而，指令速度相對較快的DDR2也產生了其他降低延遲的功能(像是附加延遲)，所以單單比較CAS延遲就不完善了。像是Socket AM2處理器的記憶體性能與Socket 939平台使用DDR400的性能相似。K10處理器支援高達 1066 MHz 的 DDR2 SDRAM。[36]

更高的運算能力

有些自於部分來源的報導指出K10處理器的微架構將把每顆核心中的SSE執行單元寬度加倍。而記憶體子系統中的重大改進(像是讀入重新編排與改進預測機制)能夠加倍的提升CPU的讀取負載。這將增進處理器在科學與高效能運算作業的運算能力，進而與 Intel 的 Xeon、Core 2與 Itanium 2處理器相抗衡。

許多關於此核心的改進在下面列舉出來。

K10架構特性

[37]

  • 型式因素
  • 新增SSE4a指令集
    • 新的位元處理指令：LZCNT 與 POPCNT
    • 新的SSE指令集稱為SSE4a：包含監視位移指令 EXTRQ、INSERTQ 及無向量流線儲存指令 MOVNTSD、MOVNTSS。
    • 支援不整齊的SSE 讀取執行指令 （通常需要16 byte的長度）[39]
  • 執行管線改進
    • 寬度為128-bit 的 SSE 單位
    • 較寬的 L1 資料快取介面，允許一次讀取兩個128-bit （K8一次能讀取兩個64-bit）
    • 更低的整數除法延遲
    • 512入的間接支線預測與更大的回歸堆疊（2倍於K8）與支線目標緩衝
    • 邊帶堆疊優化器，執行增加/減少暫存器堆疊指標
    • 加速 CALL 與 RET-Imm 指令（之前是被微碼化）與 MOVs 指令從 SIMD 暫存器移動到一般用途的暫存器
  • 將新技術結合進CPU晶片：
    • 四個處理器核心 (四核心)
    • 每個CPU核心與記憶體控制器的電源是分開的，能夠提供更有效率的電源管理，一開始AMD命名為「動態獨立核心控制」〈DICE〉，而現在改為增強型 PowerNow！，允許各核心與記憶體控制器動態的調整功率需求[40]
  • 記憶體子系統增強：
    • 縮短處理延遲：
      • 支援在其他讀取與存入之前再排序
      • 更強的指令預讀，比 K8 的 16 bytes 更多的 32 bytes 指令預讀
      • DRAM 預讀以提供緩衝讀取
      • 緩衝過的爆發回寫(writeback)到RAM以減少衝突
    • 記憶體階層更改：
      • 預讀直接進入 L1 快取，相較於 K8 進入 L2 快取
      • 最小 2MiB 與 32 向配置相連的 L3 快取，共用於單顆處理器的各核心（每一個包含獨立的 512 KiB L2 快取），採用共享觀察替換機制
      • 可擴充的 L3 快取設計，45 nm 的 Shanghai 使用 6MiB 的 L3
    • 位址管理的變更：
      • 兩個獨立的 64-bit 記憶體控制器，每個有自己訂定位址；在重度隨機記憶體存取的多執行緒環境下能夠更有效率應用頻寬。此動作相對於之前的「交錯式」設計，將兩個 64-bit 資料線綑在一個共同的位址空間。
      • 更大的TLB架構；支援 1 GiB 頁面入口與新的 128 入的 2MiB 頁面 TLB
      • 48-bit 記憶體定址線，能夠提供 256TiB 記憶體子系統
      • 記憶體鏡映，支援數據毒藥與增強型 RAS
      • 提供給虛擬化技術的鳥巢式分頁表，可減少25%的切換時間
  • 系統內部連接的改進：
  • 平台層級改進與增加功能：
    • 五個 p-states 允許自動時脈模組化
    • 提高時脈門檻
    • Official support for coprocessors via HTX slots and vancant CPU sockets through HyperTransport: Torrenza initiative.

下一代

內部代號 "Fusion" 是一種將系統元件內建到CPU晶片內的計畫(首先是AMD K8加入SRQ、cross-bar switch、記憶體控制器)，將在2008年尾至2009年發表。此外就沒有多餘的消息。

另外AMD將在2009年開始試產下一代處理器核心架構Bulldozer，AMD宣稱這將是有史以來效能最高的單執行緒和多執行緒核心架構，每瓦效能可達到現行K10核心架構的1.3到2.0倍。

媒體討論

Note: These media discussions are sorted by dates of publishing in ascending orders.

參考資料

  1. ^ The Inquirer report
  2. ^ Video interview of Giuseppe Amato (AMD's Technical Director, Sales and Marketing EMEA) 於2007年2月
  3. ^ Microprocessor Forum 2003 presentation slide
  4. ^ Hall, Chris．Re-defining microprocessors: Q&A with AMD』s Henri Richard．DigiTimes.com．於2007年3月18日查閱．
  5. ^ AMD's vision for next few years - an interview with Henri Richard
  6. ^ AMD新一代皓龍處理器發布 獲得創記錄的OEM支持
  7. ^ 「AMD processor roadmaps for 2007」，Tracking AMD，2006年12月31日． 
  8. ^ 「AMD Quad-Core Altair upcoming in 2007 Q3」，HKEPC，2006年10月3日． 
  9. ^ 「AMD processor roadmaps for 2007」，Tracking AMD，2006年12月31日． 
  10. ^ 「AMD to enter K10 era in 2H 2007」，HKEPC，2006年10月4日． 
  11. ^ 11.0 11.1 「06A-DayMartySeyer.pdf 2006 Analyst Day Slides (Roadmaps for server and mobile」，AMD． 
  12. ^ 「AMD processor roadmaps for 2007」，Tracking AMD，2006年12月31日． 
  13. ^ 「AMD processor roadmaps for 2007」，Tracking AMD，2006年12月31日． 
  14. ^ 「AMD to drop "Athlon" moniker on high end」，Dailytech.com，2007年5月2日． 
  15. ^ 「AMD K10 gets a name: Phenom」，The Inquirer，2007年5月6日． 
  16. ^ FudZilla report
  17. ^ The Inquirer report
  18. ^ FudZilla report
  19. ^ FudZilla report
  20. ^ 「AMD Demonstrates Its Quad Core Server Chips」，CNET.com，2006年11月30日． 
  21. ^ 「AMD Demonstrates Barcelona; The First True, Native Quad Core Opteron」，legitreviews.com，2006年11月30日． 
  22. ^ 「Quick Look at AMD Quad Core Barcelona」，arstechnica.com． 
  23. ^ The Inquirer article
  24. ^ 「AMD Expects Quad Core Barcelona to Outperform Clovertown by 40%」，dailytech.com，2007年1月25日． 
  25. ^ 「Go to 'Barcelona' over 'Cloverton'」，CNET.com，2007年1月23日． 
  26. ^ 「AMD updates Opteron, Turion roadmaps」，informationweek.com，2006年12月14日． 
  27. ^ 「AMD Outlines Quad Core Computing」，www.pcpro.co.uk，2006年9月19日． 
  28. ^ 「Intel Pulls Back from FB-DIMM」，inquirer.net，2006年9月7日． 
  29. ^ 「No Shocker Here」，legitreviews.com，2006年9月15日． 
  30. ^ DailyTech report
  31. ^ 「AMD Quad Cores: The Whole Story Unfolded」，inquirer.net，2006年9月16日． 
  32. ^ 「AMD: 45nm, DDR3, and AM3 in 2008」，dailytech.com，2007年5月2日． 
  33. ^ 「An AMD Update: Fab 36 Begins Shipments, Planning for 65 nm process and AM2 Performance」，AnandTech，2006年4月4日． 
  34. ^ 2006 AMD Analyst Day 2006 page
  35. ^ Ostrander, Daryl．2006 Technology Analyst Day Slides．Advanced Micro Devices．於2007年3月19日查閱．
  36. ^ 「AMD』s next-generation Star supports DDR2-1066 & SSE4a」，HKEPC Hardware．於2007年3月19日查閱． 
  37. ^ Shimpi, Anand．「Barcelona Architecture: AMD on the Counterattack」，AnandTech．於2007年3月18日查閱． 
  38. ^ 「AMD Quad-Core Altair upcoming in 2007 Q3」，HKEPC，2006年10月3日． 
  39. ^ Case, Loyd．「AMD Unveils Barcelona Quad-Core Details」，Ziff Davis．於2007年3月18日查閱． 
  40. ^ 「AMD Next Generation Processor Technology Slides」，HardOCP，2006年8月22日． 

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