معماری Bulldozer شرکت AMD

هنگامیکه یک تولید کننده CPU تصمیم می گیرد خط سیر تازه ی بکار گرفته شده در معماری محصولات خود را منتشر نماید، معمولاً از اسامی رمز متنوعی برای تراشه هایش استفاده می کند. اسم رمز، معمولاً حاوی یک لحن و آهنگ قوی نظیر « Hammer» بوده و تولید کننده امیدوار است که این نام ها به جذابیت و هیجان ایجاد شده در رابطه با تراشه های جدیدش کمک نمایند.
به این ترتیب شاید منطقی به نظر برسد که آخرین خط سیر محصولات AMD با یک معماری تراشه مشخص شده است که اسم رمز«Bulldozer» را یدک می کشد.

AMD هنوز جزئیات زیادی را درباره Bulldozer منتشر نکرده است. قرار است این معماری تراشه جدید در سال 2011 در بازار ظاهر شود اما به نظر می رسد که می تواند تا چند سال پس از آن، راه را برای حرکت AMD هموار سازد.

● خط سیر سکوی دسک تاپ AMD
 

AMD با خط سیر جدید خود، برنامه هایش برای سالهای 2010 و 2011 را مشخص کرده است. اجازه بدهید بعضی از تراشه ها و سکوهای دسک تاپی که AMD برای این دو سال برنامه ریزی کرده است را بررسی نمائیم:
-Bulldozer: Bulldozer معماری تراشه جدید شرکت AMD با عملکرد بالا خواهد بود که برای بازارهای Notebook، دسک تاپ و سرور عمومی در نظر گرفته شده است.
- Dorado: سکوی Dorado که برای بازار دسک تاپ عمومی در نظر گرفته شده، پردازنده های 2، 3 و 4 هسته ای را در بر می گیرد که براساس فناوری 45 نانومتری تولید خواهند شد.
- Leo: سکوی نسل بعدی کلاس Enthusiast شرکت AMD با نام Leo، به یک پردازنده دسک تاپ با حداکثر 6 هسته مجهز خواهد بود که برای کامپیوترهای ویژه بازی و دسک تاپهای سطح بالا در نظر گرفته شده است.
-Llano: اولین خانواده از APUهای شرکت AMD با اسم رمز Llano برای Notebookها و دسک تاپهای عمومی در نظر گرفته شده و پیش از APUهای مبتنی بر معماریهای Bulldozer و Bobcat معرفی خواهد شد.
- Zambezi: پردازنده دسک تاپ Zambezi که یک محصول Enthusiast به حساب می آید، اولین پردازنده مجهز به معماری Bulldozer خواهد بود و تا 8 هسته پردازشی را در خود جای می دهد.خط سیر AMD برای بازار موبایل نیز محصولات زیر را در بر می گیرد:
- Bobcat، که به همان معماری Multithreading جدید بکار گرفته شده در Bulldozer مجهز خواهد بود، در حالیکه PCهای فوق العاده باریک( Ultra-thin) کم مصرف را هدف گرفته است.
- Brazos، که یک APU مجهز به هسته Bobcat به حساب می آید.
- Danube، که اولین پردازنده موبایل 4 هسته ای شرکت AMD خواهد بود و با استفاده از فرآیند 45 نانومتری تولید می شود.
در مورد بازار سرور، خط سیر شرکت AMD به محصولات زیر اشاره می کند:
- San Marino که یک سکوی سرور جدید مبتنی بر DDR3 به حساب می آید، از پردازنده های 4 یا 6 هسته ای پشتیبانی می کند و اختصاصاً برای حوزه Cloud Computing در نظر گرفته شده است.
- Maranello که پردازنده های 8 و 12 هسته ای را با سکوهای 2 و 4 سوکتی در یک سکوی سرور جدید مبتنی بر DDR3 ترکیب می کند.

● نسل بعدی
 

AMD معماری Bulldozer را برای بازارهای سرور، دسک تاپهای سطح بالا و Notebookهای سطح بالا در نظر گرفته است. Bulldozer با سکوهای سری Opteron 6000/4000 کار خواهد کرد که طبق برنامه ریزی در سال 2010 عرضه می شوند. معماری دیگر AMD با اسم رمز Bobcat نیز همزمان با Bulldozer عرضه خواهد شد که برای بازارهای کم مصرف ارزانقیمت در نظر گرفته شده است.
Llano اولین APU(Accelerated Processing Unit)، یک CPU و یک GPU که بر روی یک die واحد جاسازی شده اند) شرکت AMD خواهد بود که باز هم برای سال 2011 برنامه ریزی شده است. با اینحال، این APU به معماری Bulldozer مجهز نخواهد بود. در مقابل، Llano با استفاده از هسته های Phenom II و براساس فرآیند تولید 45 نانومتری تولید می شود. APUهای مبتنی بر معماری Bulldozer احتمالاً چند ماه دیرتر و با استفاده از فرآیند تولید 32 نانومتری روانه بازار خواهند شد.
یکی از نگرانیهای موجود در رابطه با خط سیر AMD برای معماری Bulldozer، تأخیر چند ماهه آن نسبت به اولین تراشه های 32 نانومتری اینتل است. Jack E. Gold یکی از تحلیلگران صنعتی J.Gold Associates معتقد است که جبران این اختلاف زمانی، یک چالش واقعی برای AMD خواهد بود.
Gold در این رابطه می گوید:« AMD مدتی است که از منحنی فناوریهای جدید عقب مانده و به نظر می رسد که اینتل این شرکت را در گرد و غبار پشت سر و خود جا گذاشته است. به این ترتیب AMD مطمئناً با یک مشکل واقعی مواجه خواهد بود، مگر آنکه بتواند یک تراشه واقعاً رقابتی را عرضه نماید، نه اینکه همانند گذشته تنها به رقابت در زمینه قیمت بپردازد».
زیر نظر داشتن پردازنده های عرضه شده از سوی اینتل و AMD در طول سال 2010 می تواند بسیار جالب توجه باشد، زیرا هر دو شرکت به سمت عرضه APU در سال 2011 حرکت می کنند. معماری جدید Sandy Bridge اینتل که پیش بینی می شود در اوایل سال 2011 عرضه گردد، به یک APU مبتنی بر فرآیند تولید 32 نانومتری مجهز خواهد بود. هرگونه تأخیری در عرضه محصولات برنامه ریزی شده برای سال 2010 از سوی هر یک از این شرکتها می تواند به معنای مشکلات جدی برای معماریهای تراشه جدید در سال 2011 باشد. با وجود آنکه اسم رمز پردازنده ها معمولاً برای اکثر ما گیج کننده بوده و صرفاً معرف محصولی هستند که شرکت تولید کننده درگیر آن می باشد، اما به نظر می رسد که AMD تلاش کرده است تا اهداف خود را برای همه آشکار سازد. ظاهراً AMD تصمیم دارد با یک معماری جدید در Bulldozer به جلو حرکت نماید و اهمیتی نمی دهد که چه تراشه های دیگری در سر راهش قرار گرفته اند.

● معماری Bulldozer
 

AMD یک بلوک دیاگرام عمومی را از یک ماجول Bulldozer منتشر نموده است که آن را در شکل [1] مشاهده می کنید. البته قرار است جزئیات بیشتر در مورد معماری Bulldozer بعداً ارائه شوند اما این بلوک دیاگرام عملاً چند ویژگی جالب توجه را به نمایش می گذارد.

همانطور که می بینید، ماجول واحد Bulldozer حاوی دو هسته می باشد. هر هسته به ناحیه حافظه کاشه L1 خودش دسترسی دارد، اما واحد FP(Floating-Point) نیز می تواند به هریک از این نواحی L1 و یا هر دو آنها بطور همزمان دسترسی داشته باشد. در داخل هر هسته، 4 خط لوله پیش بینی شده اند.
این نوع معماری می تواند قابلیتهای Multithreading را در مقایسه با معماریهای قبلی AMD( حداقل برای عملکرد Multithreaded Integer) بهبود بخشد.
سیستم عامل، هر ماجول واحد Bulldozer را بخاطر طراحی آن معادل دو هسته پردازشی شناسائی خواهد کرد. در نتیجه اگر شما چهار ماجول Bulldozer را بر روی یک تراشه پیاده سازی نمائید، یک تراشه 8 هسته ای را در اختیار خواهید داشت. این موضوع تا حدودی گیج کننده است زیرا تراشه های قبلی تنها یک هسته در داخل هریک از ماجولهای خود داشتند.
Bulldozer با ساختار دو هسته ای خود در هر ماجول به یک شیوه شمارش متفاوت نیاز دارد. در عین حال، به نظر می رسد که هسته های داخل ماجول Bulldozer نمی توانند به منظور صرفه جوئی در مصرف برق بطور جداگانه خاموش شوند. در مقابل، یک ماجول Bulldozer بایستی بطور کامل خاموش شود و این بدان معنی است که هر دو هسته آن بطور همزمان خاموش خواهند شد.
در حالیکه منابع و نواحی Integer Scheduler و اساساً دو برابر شده اند، این موضوع در مورد منابع و نواحی FP صادق نیست. از آنجائیکه افزایش دسترسی GPUها به بخش عمده محاسبات FP سطح بالا ادامه دارد، انتظار می رود که تولید کنندگان CPU رشد نواحی FP بر روی تراشه های خود را محدود نمایند. در واقع تخصیص منابع اضافی بر روی یک ناحیه از CPU که GPUها باعث کاهش اهمیت آن شده اند، چندان منطقی به نظر نمی رسد.
AMD در توضیحات رسمی خود درباره Bulldozer، آن را یک « معماری مدولار» نامیده است که بلوکهای سازنده نسل بعدی طراحیهای پردازنده این شرکت را تشکیل می دهد.

● Bulldozer در عمل
 

در اینجا به بعضی از مؤلفه های کلیدی و ویژگیهائی که توسط Bulldozer تأمین خواهند شد، اشاره می کنیم:
- سیستم عامل، با یک ماجول واحد Bulldozer همانند دو هسته رفتار می کند. AMD نیز در این معماری دو هسته را برای هر ماجول شمارش می نماید. این طراحی باید عملکرد Multithreading بهبود یافته ای را در مقایسه با طراحیهای قبلی تراشه های AMD تأمین کند. هر هسته، نواحی حافظه کاشه L1 داده و L1 دستورالعمل مخصوص به خود را خواهد داشت، اما هر دو هسته از ساختار منطقی Decode و Fetch مشترکی استفاده می کنند. دو هسته و واحد FPU، ناحیه کاشه L2 داخل هر ماجول Bulldozer را به اشتراک می گذارند.
- با این نوع طراحی، Bulldozer می تواند دو رشته موازی را اجرا کند.
Bulldozer بخاطر طراحی خود با دو هسته آن نباید گلوگاه هائی را در هنگام اجرای رشته های موازی تجربه نماید.
- واحد ممیزی شناور( FP)، انعطاف پذیری در عملیات را برای Bulldozer به همراه می آورد. در طول هر سیکل، FPU می تواند بطور مستقل از دو هسته عمل کرده و یا توسط دو هسته به اشتراک گذاشته شود. Gold در این رابطه می گوید:« FPU قابل تنظیم، قابلیتهای جالب توجهی را به این طراحی می افزاید.»
- با دو ناحیه Integer Scheduler و یک FP Scheduler در هر ماجول Bulldozer، فرامین بطور کارآمدتری در مقایسه با طراحیهای قبلی اجرا خواهند شد.

بعلاوه، ناحیه کاشه L3 اشتراکی، کنترلر حافظه مجتمع و کنترلر پل شمالی ( NB) مجتمع نیز مابین تمام ماجولهای Bulldozer نصب شده بر روی die به اشتراک گذاشته خواهند شد. شکل [3] یک تراشه 8 هسته ای مجهز به 4 ماجول Bulldozer را با نواحی مشترک آن نشان می دهد.

منبع: بزرگراه رایانه، شماره 129