Computerarchitektur AMD Athlon und Multikernprozessoren Michael Kohlsche Denny Israel

Überblick AMD Athlon Multikernprozessoren Entstehung Technologiesprung 64-bit Aktueller Stand Unterschiede/Gemeinsamkeiten zu Konkurrenten Spezifische Technologien Zukunftsaussicht Multikernprozessoren Vergleich mit Einzelkernprozessoren AMD Athlon und Multikernprozessoren im Mobilbereich Fazit/Zusammenfassung

AMD Athlon

Ursprünglich im Slot-A Design Entstehung I AMD Athlon (K7) - 1999 bis 2002 Ursprünglich im Slot-A Design 512KB L2-Cache außerhalb des Dies => geringere Taktung ( ½ bis 700MHz, 2/5 bis 850MHz, 1/3 bis 1GHz) später Sockel-A (Sockel 462) L2-Cache innerhalb des Dies -> volle Taktung, bis 256KB (Kosten) Thunderbird A: 100 MHz FSB, Taktung bis 1000 MHz Thunderbird B :Taktung bis 1400 MHz Thunderbird C: 133 MHz FSB

Einführung des Quantispeed -Rating-Systems Palomino Entstehung II AMD Athlon XP (K7) - 2001 bis 2004 Einführung des Quantispeed -Rating-Systems Palomino 256KB L2-Cache bis 1733MHz (2100+) ; 133 MHz FSB Thoroughbred B ab 2600+ mit 166 MHz FSB Thorton bis 2200MHz (3100+) Taktung 3100+ mit 200MHz FSB

Technologiesprung 64-Bit I AMD Athlon 64 (K8) ab 2003 1. CPU mit AMD64-Mikroarchitektur und HyperTransport Sockel 754 bis 2.2GHz (3400+); bis 1024KB L2-Cache; HT mit 800MHz Sockel 939 Bis 2,4GHz (4000+); bis 1024KB L2-Cache; HT mit 1000MHz Erstmals Dual-Channel-Betrieb Sockel AM2 Bis 2,6GHz (LE-1640; 4000+); bis 1024KB L2-Cache; HT mit 1000MHz

Technologiesprung 64-Bit II AMD Athlon 64 FX (K8/9) - 2003 bis 2007 Freie Festlegung des Multiplikators Änderung der Namensgebung Sockel 940 Bis 2,4GHz (FX-52), 1024KB L2-Cache, HT mit 800MHz Sockel 939 Bis 2,8GHz (FX-55); 1024KB L2-Cache, HT mit 1000MHz Sockel AM2 2,8GHz (FX-62), HT 1000MHz Sockel F Bis 3GHz(FX-74), HT mit 1000 MHz

später dazu mehr… Aktueller Stand AMD Athlon 64 X2 (K9) ab 2005 Mehrkernprozessoren AMD Athlon 64 X2 (K9) ab 2005 AMD Athlon X2 (K9) ab 2007 später dazu mehr…

Vergleich mit Konkurrenten Technologien 3DNow! Multimediaerweiterung Ab 1998 mit dem K6-2 Befehlssatzerweiterung welche zur CPU-Last nimmt Primär für Gleitkommazahlen ausgelegt Muss von Software unterstützt werden SSE von Entwicklern bevorzugt SSE (Streaming SIMD Extension) Höherer Erfolg durch 128Bit-Register gegenüber 64Bit, da mehr Daten parallel verarbeitet werden konnten

Vergleich mit Konkurrenten Technologien AMD 64 Chip ist vollwertiger 32Bit-Prozessor dessen Register im 64Bit-Modus verbreitert werden Uneingeschränkt kompatibel zu 32-16Bit Software Intel 64 Adaption der AMD64-Architektur Im Tausch mit AMD für SSE2 Radikalerer Umbruch gegenüber 32Bit Technologie

Vergleich mit Konkurrenten Technologien NX-Bit (No EXecute) „Enhanced Virus Protection“ (EVP) Unterscheidung zwischen Daten und Code führt zum Schutz vor Viren basierend auf Pufferüberläufen Cool’n’Quiet Verringerung von Arbeitstakt der CPU, der Kernspannung und des Multiplikators während geringerer Auslastung Ähnlich zu PowerNow!, jedoch Einsatz in Desktop und Servern

Vergleich mit Konkurrenten Technologien Dual Channel Parallele Betreibung von RAM-Modulen gleicher Kapazität höhere Datentransferrate HyperTransport (HT) Bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen mehreren Schaltkreisen (KEIN Bus) „Baumstruktur“ mit variabler Bandbreite und Taktung Höherer Datendurchsatz möglich

Athlon im Mobilbereich Athlon XP-M Basierend auf Athlon XP AMD Mobile Athlon 64 Basierend auf Athlon 64 Intels Centrino-Familie hat wesentlich mehr Erfolg…

beschränkte Aussichten, aufgrund des neuen Flaggschiffs Phemon Zukunftsaussichten Athlon im Singelcore-Bereich: Kaum Zukunft Athlon im Multicore-Bereich: beschränkte Aussichten, aufgrund des neuen Flaggschiffs Phemon

Multikernprozessoren

Idee: Leistungssteigerung Neue Befehlssätze (MMX) Mehr Transistoren Höhere Taktfrequenzen Pipelining Oder:

Paralle Verarbeitung Parallele Verarbeitung mit mehreren Verarbeitungseinheiten Eine Möglichkeit: Mehrprozessorsysteme -> aufwendige Hardware (spezielle Mainboards, …) Andere Möglichkeit: Unterbringung mehrerer Verarbeitungseinheiten auf einem Chip

Mehrkernprozessoren - Aufbau Alle, für die Verarbeitung einer Aufgabe nötigen Einheiten sind mehrfach vorhanden -> ergibt mehrere einzelne Kerne Kerne können unabhängig von einander arbeiten Erscheinen gegenüber dem BS wie getrennte Prozessoren Jeder Kern hat seinen eigenen Cache (L1) Den RAM teilen sich die Kerne

Mehrkernprozessoren - Aufbau Zwei Kerne mit jeweils eigenem Cache Über einen Bus verbunden mit MMU, weiterem Cache sowie dem RAM RAM liegt außerhalb Verbunden über Hochgeschwindigkeitsbus (Hyper-Transport bei AMD)

Mehrkernprozessoren - Arten Symmetrische Mehrkernprozessoren Einzelne Kerne sind gleich Ein Programm kann auf jedem beliebigen Kern ausgeführt werden Asymmetrische Mehrkernprozessoren Unterschiedliche Kerne Verstehen unterschiedliche Maschinensprache Spezialisierte Prozessoren (Coprozessoren) Bsp: Cell-Prozessor von IBM

Mehrkernprozessoren - Stand Anfänglich zwei Kerne (Dual-Core) Athlon 64 X2 Athlon X2 Heute: vier Kerne (Quad-Core) AMD Phenom X4 AMD hat auch Drei-Kern-Prozessoren im Angebot AMD Phenom X3 Softwareanpassung schreitet voran (immer mehr Software nutzt die Kerne auch aus)

Mehrkernprozessoren - Vergleich Ein Prozessorkern nur eine Aufgabe auf einmal bearbeitbar Häufige Taskwechsel Dafür im Moment höhere Taktfrequenzen Mehrere Kerne Mehrere Aufgaben parallel bearbeitbar Weniger Taskwechsel Theoretische Verdoppelung der Leistung bei Dual-Core (entsprechend Vervierfachung bei Quad-Core)

Mehrkernprozessoren - Zukunft Noch mehr Kerne (Cell-Prozessor hat heute schon 8 Kerne) Intel hat einen Prozessor mit 80 Kernen vorgestellt Zunehmende Anpassung der Software Ausnutzung mehrere Kerne Skalierung über Kernanzahl

Multicore im Mobilbereich Mehrkernprozessoren sind auch im Mobilbereich vertreten AMD Turion 64 X2 Verwendung von Stromspartechnologie (PowerNow!) Reduziert Taktfrequenz bei geringer Last Reduziert Stromaufnahme bei geringer Last > höhere Akkulaufzeit > geringere Wärmeentwicklung

Fazit

Fazit AMD gelang mit der Athlon-Reihe einen Vorsprung gegenüber Intel AMD gelang eine fließende Einführung der 64Bit-Technologie Rechner die viel Leistung brauchen kommen um eine Multi-Core CPU nicht mehr herum (Preise lassen das auch zu) Rechner die nicht viel Leistung brauchen profitieren von jetzt billigen Einzelkern-Prozessoren (jedoch kaum Neuentwicklungen)

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Quellen: http://www.cs.uiowa.edu/~jones/assem/notes/15arch.shtml [Stand 09.06.2008] http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Mikroprozessoren_von_AMD http://www.pc-erfahrung.de/prozessor/prozessortechnik-fsb-hypertransport-amd.html http://www.tecchannel.de/pc_mobile/prozessoren/401950/index3.html