水滴

AMD的CPU發(fā)展之路近些年來(lái)一直不是很順利，旗下處理器產(chǎn)品仍然在計(jì)算性能上處于落后局面。不過(guò)AMD也在積極努力改善情況，在“推土機(jī)”之后，AMD又進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)，推出了全新的“打樁機(jī)”處理器，這一次，AMD的表現(xiàn)又該如何呢？

“推土機(jī)”架構(gòu)的問(wèn)題

AMD的“推土機(jī)”架構(gòu)發(fā)布后，高功耗、高頻率和達(dá)不到預(yù)期的性能令A(yù)MD高端CPU產(chǎn)品線(xiàn)上顯得頗為尷尬。雖然從架構(gòu)來(lái)說(shuō)，“推土機(jī)”的確是一款革命性的產(chǎn)品，模塊化設(shè)計(jì)、單模塊雙物理核心、靈活多變的浮點(diǎn)計(jì)算單元方案等都是創(chuàng)新技術(shù)。奈何功力不夠，“推土機(jī)”架構(gòu)的實(shí)際產(chǎn)品性能表現(xiàn)還是差了一些火候。從宏觀來(lái)看，如果“推土機(jī)”架構(gòu)解決了工藝問(wèn)題以及緩存延遲、數(shù)據(jù)命中率等諸多核心問(wèn)題，再在架構(gòu)上做出一定優(yōu)化，CPU的性能得到大幅度提升也不是不可能。但AMD并沒(méi)有這么多時(shí)間，一方面英特爾按部就班的推出自己的新產(chǎn)品，“推土機(jī)”發(fā)展的一代時(shí)間中，英特爾已經(jīng)從Sandy Bridge進(jìn)步到了Ivy Bridge，工藝也從32nm進(jìn)步到了22nm的3D晶體管，而英特爾下一代的Haswell也將在2013年初登場(chǎng)，AMD沒(méi)有也不可能有太多時(shí)間來(lái)大幅度改進(jìn)CPU設(shè)計(jì)，因此只能在“推土機(jī)”的基礎(chǔ)上進(jìn)行小改動(dòng)，先把最急需解決的問(wèn)題解決，讓新的“打樁機(jī)”相比“推土機(jī)”性能有一定提升，扭轉(zhuǎn)目前競(jìng)爭(zhēng)不利的態(tài)勢(shì)再說(shuō)。

這就是“打樁機(jī)”架構(gòu)出現(xiàn)的背景?？偟膩?lái)看，“打樁機(jī)”架構(gòu)在“推土機(jī)”架構(gòu)的基礎(chǔ)上，做了一些小修小補(bǔ)的必要改進(jìn)，一些重要部分“打樁機(jī)”架構(gòu)和“推土機(jī)”架構(gòu)基本上是完全相同的，包括內(nèi)部的模塊化設(shè)計(jì)、每個(gè)模塊兩個(gè)整數(shù)核心以及一個(gè)共享的256bit浮點(diǎn)核心都沒(méi)有什么改變。AMD在“打樁機(jī)”架構(gòu)上的主要任務(wù)是提升IPC（每周期指令）性能，讓CPU內(nèi)部處理效率更高，同時(shí)AMD還需要改進(jìn)32nm工藝，讓“打樁機(jī)”架構(gòu)的實(shí)際產(chǎn)品能夠運(yùn)行在更高頻率上，用更高頻率換取CPU的更好性能，贏得更多的競(jìng)爭(zhēng)空間。

頻率提升很重要

AMD在資源有限的情況下，盡可能的對(duì)“推土機(jī)”架構(gòu)做出了調(diào)整，以獲取更高的性能。在所有的技術(shù)改進(jìn)中，目前AMD能使用的最有效、最直接的就是提升頻率。AMD采用了三種方法來(lái)提升“打樁機(jī)”架構(gòu)實(shí)際產(chǎn)品的頻率表現(xiàn)。第一種方法就是改進(jìn)現(xiàn)有的32nm SOI工藝。AMD在制造工藝上落后英特爾整整一代，因此只能使用比較老舊的32nm抗衡英特爾的22nm 3D晶體管。不過(guò)這并不代表AMD的CPU頻率無(wú)法提高。AMD經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的32nm SOI工藝漏電率更低，發(fā)熱也隨之降低，CPU運(yùn)行頻率能提升得更高。第二種方法是采用了名為“Resonant Clock Mesh”諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)來(lái)輔助頻率提升。這項(xiàng)技術(shù)能夠使CPU頻率提升10%，或者在同頻率下降低10%的功耗，特別是時(shí)鐘分派功耗降低24%。諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的目的在于新建一個(gè)高性能的片內(nèi)電感器，并利用這個(gè)新的電感器建立振蕩回路，從而更為精確的控制時(shí)鐘功耗，并節(jié)約一部分電能。第三個(gè)則是全新的Turbo Core 3.0技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，CPU所有的部件并不是在任何時(shí)候都處于滿(mǎn)載狀態(tài)，這就為頻率控制技術(shù)留下了一定的空間。頻率控制技術(shù)可以將非工作狀態(tài)的CPU內(nèi)部部件的TDP“讓渡”給那些滿(mǎn)載工作狀態(tài)的部件，令其提升頻率并盡可能快的完成工作任務(wù)，從而達(dá)到提升效能的目的。為了達(dá)到這個(gè)目的，AMD在打樁機(jī)的每個(gè)模塊中都加入了自己獨(dú)立的功率檢測(cè)器，所有的功率檢測(cè)器將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)CPU各個(gè)部分的功率，將所有的功耗數(shù)據(jù)和TDP相比較，并反饋給P-state Manager進(jìn)行管理，當(dāng)P-state Manager發(fā)現(xiàn)CPU的實(shí)際功耗小于TDP時(shí)，則自動(dòng)提升頻率，讓工作任務(wù)更塊完成。在實(shí)際操作中，Turbo Core 3.0完全無(wú)需人工干預(yù)，它會(huì)根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型和使用環(huán)境，對(duì)單模塊、雙模塊、多模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。Turbo Core 3.0能夠提升APU性能大約5%，在某些特定環(huán)境下有可能更高。

指令效率要更高

AMD的“推土機(jī)”架構(gòu)的問(wèn)題在于指令效率比較低，因此在“打樁機(jī)”架構(gòu)中AMD也從這方面做出了改進(jìn)。AMD首先改進(jìn)的是“打樁機(jī)”架構(gòu)的分支預(yù)測(cè)系統(tǒng)，“打樁機(jī)”架構(gòu)以分段的方式增加了整體分支預(yù)測(cè)的成功率。此外，“打樁機(jī)”架構(gòu)還可以將之前的分支預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)暫存在寄存器中，借此提高分支預(yù)測(cè)的能力。總的來(lái)看“打樁機(jī)”在架構(gòu)指令預(yù)測(cè)方面命中率更高。為了進(jìn)一步提升指令性能，AMD還為打樁機(jī)架構(gòu)增加了指令窗口的大小，這可以讓CPU處理更大的指令組。最終結(jié)果是，“打樁機(jī)”架構(gòu)的指令解碼寬度為4路，在單核心和單模組模式下，可以最多同時(shí)處理4條指令，在雙模組時(shí)最多可以處理8條。另外，AMD還加入了新的指令集來(lái)提高執(zhí)行效率。新加入用于乘加計(jì)算的FMA3指令、用于16bit的浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換的F16C指令以及之前就支持的FMA4，“打樁機(jī)”架構(gòu)堪稱(chēng)得到了目前最齊全的架構(gòu)指令支持。

內(nèi)存延遲也要降低

緩存延遲和內(nèi)存延遲是“推土機(jī)”架構(gòu)相當(dāng)明顯的軟肋，“打樁機(jī)”架構(gòu)雖然無(wú)法做到徹底更改，但還是做出了很多重要改進(jìn)。有關(guān)這一點(diǎn)AMD沒(méi)有給出具體資料，只是宣稱(chēng)自己在緩存讀取延遲和存儲(chǔ)預(yù)取功能等部分做出了有益的改進(jìn)，讓“打樁機(jī)”架構(gòu)實(shí)際產(chǎn)品的性能表現(xiàn)更好。其余的改進(jìn)還包括“打樁機(jī)”架構(gòu)的讀取/存儲(chǔ)單元的延遲，比如改進(jìn)存儲(chǔ)-讀取的排隊(duì)序列，這樣可以降低預(yù)測(cè)編譯部分的工作請(qǐng)求，并降低負(fù)載和壓力。L1緩存的轉(zhuǎn)移指令緩沖區(qū)（Translation Lookaside Buffer，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)LB）通道增加到64個(gè)，是上代產(chǎn)品Llano的2倍。

一些測(cè)試表明，“打樁機(jī)”架構(gòu)的延遲比“推土機(jī)”架構(gòu)明顯要小，但是小得很有限，不過(guò)這也能帶來(lái)比較明顯的性能提升。看來(lái)AMD在無(wú)法徹底更改CPU架構(gòu)的情況下，是很難做到大幅度、革命性的性能改進(jìn)了。“打樁機(jī)”架構(gòu)始終只是“推土機(jī)”架構(gòu)的小幅度性能改進(jìn)版本。

打樁機(jī)架構(gòu)的具體產(chǎn)品

說(shuō)了這么多打樁機(jī)架構(gòu)本身的信息，接下來(lái)一起看看實(shí)際產(chǎn)品的情況?！按驑稒C(jī)”架構(gòu)的實(shí)際產(chǎn)品采用32nm SOI工藝制造，總共擁有12億晶體管，核心面積315平方毫米，每模塊二級(jí)緩存為2MB，三級(jí)緩存為共享的8MB。這些規(guī)格參數(shù)和“推土機(jī)”架構(gòu)的產(chǎn)品都基本相同。目前AMD推出的采用“打樁機(jī)”架構(gòu)的具體產(chǎn)品有FX-8350、FX-8320、FX-6300和FX-4300四款，其余還有諸如FX-8300、FX-6350等暫時(shí)沒(méi)有零售產(chǎn)品出現(xiàn)。所有的采用“打樁機(jī)”架構(gòu)的處理器都支持雙通道DDR3 1866內(nèi)存，采用AM3+接口。內(nèi)置四核模塊到雙模塊不等，核心數(shù)量也從八個(gè)到四個(gè)不等。

從實(shí)際產(chǎn)品來(lái)看，AMD認(rèn)為“打樁機(jī)”架構(gòu)依舊不能和英特爾高端產(chǎn)品抗衡，因此在價(jià)格和競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品上表現(xiàn)得很謹(jǐn)慎。比如FX-8350競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為Core i5-3570K，F(xiàn)X-4300的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為Core i3 2120。AMD依舊試圖用高頻率、多核心來(lái)對(duì)抗英特爾的相關(guān)產(chǎn)品，力求在同樣價(jià)格上以更高的性能和更多可玩性（比如開(kāi)放超頻）來(lái)吸引用戶(hù)?？偟膩?lái)看，AMD還需要在CPU研發(fā)上投入更多精力，并且在工藝制造方面不要被英特爾拉下太遠(yuǎn)，像目前這樣無(wú)論是CPU架構(gòu)還是工藝都落后太多的情況實(shí)在是不容樂(lè)觀?！按驑稒C(jī)”只是AMD在激烈競(jìng)爭(zhēng)中的一個(gè)權(quán)宜之計(jì)，只能暫時(shí)緩解緊迫的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，真正能讓AMD喘口氣翻身的產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)，目前只有拭目以待下一代“壓路機(jī)”架構(gòu)的表現(xiàn)能否足夠給力了。