AMD“推土机”能推出多大的一片天

ZDNet至顶网服务器频道 11月21日 评论（文/赵效民）：AMD新一代处理器架构Bulldozer（推土机）在两年前就已经引起业界的广泛注意，由于其新颖的“物理双线程”设计让很多人对于AMD首次涉足多线程领域的表现非常期待。2009年11月11日，AMD正式明确了Bulldozer的架构，而随着日后Bulldozer的细节公布，本站也做了相应的报道，其双核模块的设计确实让人眼前一亮，好奇心也因此更上一层楼。近日，桌面版的Bulldozer处理器率先亮相，8核心的FX8100与4核心的FX4100的评测已经铺天盖地，而11月14日，面向企业级应用市场的皓龙（Opteron）版Bulldozer终于正式亮相，分别是最高16核心/8模块的Opteron 6200系列与最高8核心/4模块的Opteron 4200系列。由此也正式向世人宣布了AMD的最新服务器平台。在AMD的声明中强调，新一代基于Bulldozer的皓龙处理器将为云时代提供强大的动力，同时也为企业带来高效、节能的基础运算平台。那么从理论到实践，从期盼到现实，Bulldozer能为将来的云“推”出多大 的天空任其驰骋呢？我们今天就来做一分析，而重点就是Opteron 6200系列。

Opteron 6200处理器新特性简介

有关Bulldozer处理器架构的介绍，已经有很多了，但为了文章的完整性，我们今天也在此做一简单的回顾与介绍（参见上面提到的本站专文），首先要明确的是，从Bulldozer开始，传统意义上的“CPU核心”的概念已经有了变化。

Bulldozer的“模块”架构图，可以看作是两个整数处理核心共享一个浮点处理单元的设计 ，因为日常的处理运算中，更多的是整数处理，所以这就变向的等于在一个模块可以同时处理两个整数处理线程，而无需共享处理管线

AMD当初开发Bulldozer架构的初衷在于，经调查发现日常的IT应用主要集中于整数运算，而浮点运算相对较少。为了提高多线程处理的性能，AMD设想可不可以用2+1的方式来解决，即两个整数处理核心+1个浮点处理单元，以组成一个新架构的处理单元——Module（模块）。 众所周知，在多线程处理方面，英特尔最早提出了Hyper-Threading（超线程）的理念，可以使操作系统或者应用软件的多个线程，同时运行于一个超线程处理器上，其内部的两个逻辑处理器共享一组处理器执行单元。而AMD CPU的两个线程使用各自的单元，但两个线程是共享命令解码器和浮点运算等资源的。因为是整数运算，所有线程之间没有冲突，因此吞吐量有所提高。

从芯片级别看Bulldozer模块，每个模块拥有自己的L2缓存，L3缓存则为晶片级共享

Opteron 6200与4200的晶片设计图，4200由单晶片（功能单元略有不同）构成，最多4个模块（8核心），6200由两块该晶片组成，最多8个模块（16个核心）

由于这种2+1的核心设计，在Bulldozer的架构中，其核心（Core）的概念已经与传统认识有了较大的不同，单一的核心并不是一个具备完整功能的处理单位，所以AMD一直在用Bulldozer Module来表示Bulldozer处理器的处理单元，所以在后文的介绍中，对于Opteron 6200我们也将用模块和核心两个概念表述——在这里，核心是指组成模块中的整数处理单元，它们共享一个弹性浮点处理单元（Flex FP）。

Opteron 6200的内部架构图，相当于用两块4200组成，两个芯片之间由HyperTransport总线互联

在Bulldozer架构中，非常值得一提的是由两个整数处理核心共享的Flex FP处理单元与新增加的独家指令集。这一Flex FP由两个128bit FMAC（Fused Multiply–Add Capability，混合乘加）处理单元组成，之所以称为弹性（Flex），是因为这两个单元可以各自独立，为每个整数核心提供独享的128bit浮点处理单元（此时可以认为是两个具备有整数运算+128bit浮点运算单元的处理核心，组成了Bulldozer Module），也可以组合成一个256bit的浮点处理单元为一个模块提供服务，这其实给编程人员提供了很好的弹性，但也预示着对现有的应用需要进一步的优化。

Opteron 6200与6100、英特尔的SandyBridge之间的浮点处理模式的对比

简单来说，这种两个128bit单元弹性组合的方式，提供了有多种指令处理的模式，比如对于同时执行两个128bit的AVX指令，SandyBridge单一的256bit FP单元就不行了，而Flex FP则可以，同样的，这也适用于SSE指令。所以，AMD强调，除非是256bit的AVX指令环境，否则6200的单周期浮点处理能力是SandyBridge的两倍，显然灵活的可分拆也可组合的Flex FP功不可没。

Opteron 6200除了具备与英特尔SandyBridge相同的指令集外，还独家提供了两套指令集

目前主流的编译器大多已经支持AMD的FMA4和XOP指令集

而为了发挥Flex FP的强大的威力，AMD也专门开发了两套针对浮点运算的指令集FMA4与XOP，两者可以说都是为高性能计算所服务，但侧重点不太相同，FMA4更有针对性，比如向量和矩阵计算、多项式评估、数据信号处理等，而XOP则针对数学、多媒体应用等。目前，主流的编译器大多已经全部或部分支持AMD的新指令集，因此在发挥Bulldozer的浮点威力方面，还是很让人期待的。

新一代Opteron 6200/4200的主要特性

说完主要的处理架构的亮点外，我们再来看看其他方面的改。AMD强调了新一代处理器在三个方面的灵活性优势，分别是处理性能的灵活性，能耗的灵活性与平台及虚拟化的灵活性。而相较上一代的6100处理器平台，我认为前两者的改进最为明显。

Opteron 6200与6100对比，请注意整数处理的每周期发射数的提高（预示整数性能提升更明显）、Turbo CORE超频、C6能耗控制等新的变化

每个核心都有6个能耗/性能等级（P-States），可以根据TDP的设定而将最高性能限制在某一等级之下，而当与TurboCORE技术相配合时，我们能发现又多出两个等级，以提供最强的核心性能。在Opteron 6200平台上，用户可以在BIOS中通过AMD新推出的TDP Power Cap功能设定总功耗限制，而P-States也就会做出相应的限定

新增加的C6能耗控制状态，在这一状态，空闲的模块可以单独进入C6状态，此时模块停止供电与时钟信号，从而可最多节省95%的能耗。在Bulldozer处理器，每个模块的状态将保存在内存中

AMD TurboCORE技术实现了类似于英特尔“睿频”（TurboBoost）的功能

我们已经对英特尔的“睿频”技术有所了解，它可以在处理器的能耗不超出TDP功率限制的前提下，根据应用的性能需求，提升处理器核心的运行频率以最大限度挖掘核心的处理性能，而在Opteron 6200上也同样具备了这一能力，它就是AMD 的TurboCORE技术，它可分为两个模式。一种是All Core模式，所有的模块都可以提升300至500MHz的主频，另一种是Max Turbo，即如果一些轻负载线程让一半的模块可以将进入C6状态，但余下的模块又需要最大的处理性能，此时可以在All Core的基础上再增加500MHz（即最高可超频1GHz）。