AMDs Opterons mit 45 nm: "Shanghai" startet mit 2,7 GHz

Mehr Rechenleistung bei weniger Leistungsaufnahme und höherem Takt. Selten gab sich AMD so selbstbewusst: Mit den ersten hauseigenen Prozessoren mit 45 Nanometern Strukturbreite will man Intel im profitablen Servermarkt wieder Anteile abnehmen. Die neuen Opterons werden bereits ausgeliefert und sollen in allen Bereichen das Debakel mit dem Vorgänger "Barcelona" vergessen machen.

13. November 2008 um 06:01 Uhr / Nico Ernst

Mit den Serverprozessoren unter dem Namen "Opteron", die schon immer mit integriertem Speichercontroller und 64-bittig ausgeführt sind, konnte AMD in den letzten Jahren Intel in einigen Bereichen einen Marktanteil von 20 Prozent abnehmen. Erst mit der stromsparenden Core-Architektur konnte Intel hier wieder kontern.

Bei AMD verzögerten sich die Opterons mit 65 Nanometer breiten Strukturen (Codename Barcelona) um mindestens sechs Monate, was dem Unternehmen Milliardenverluste einbrachte. Zudem war das Design auch noch von Bugs geplagt , was weitere Verzögerungen nach sich zog.

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Die neuen Quad-Cores namens "Shanghai" sollen das nun alles richten. AMD verspricht durch die neue Strukturbreite 35 Prozent mehr Rechenleistung bei gleicher Leistungsaufnahme. Das ist vor allem den deutlich gesteigerten Taktfrequenzen zu verdanken. Starteten die Barcelona-Opterons nur mit 2 GHz und erreichten Monate später 2,5 GHz, so liefert AMD die Shanghais nach eigenen Angaben bereits seit einigen Wochen mit bis zu 2,7 GHz aus. Im Idle-Betrieb sollen die neuen Prozessoren sogar 35 Prozent weniger Leistung aufnehmen als ihre Vorgänger.

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Einer der Tricks dafür ist eine "Smart Fetch" genannte Funktion. Jeder der vier Kerne kann sich selbstständig nahezu vollkommen abschalten. Um die Datenintegrität zu erhalten, werden die Inhalte des L1- und L2-Caches in den L3-Cache geschrieben. Dort können auch andere Kerne auf die Daten des abgeschalteten Kerns zugreifen, ohne den Schläfer zu wecken. Diese im BIOS abschaltbare Funktion soll nur minimale Einbußen in der Rechenleistung bringen, aber insgesamt 21 Prozent Strom einsparen.

Die L2-Caches von je 512 KByte hat AMD beim Wechsel von Barcelona zu Shanghai nicht vergrößert – wohl aber den L3-Cache. Er ist von 2 MByte gleich auf 6 MByte verdreifacht worden. Hier dürfte neben den Taktfrequenzen der wichtigste Grund für die gesteigerte Rechenleistung zu suchen sein.

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An den Rechenwerken selbst nahm AMD nur kleine Erweiterungen vor, sie basieren auf der bewährten K10-Architektur , die erst mit den Barcelona-Opterons eingeführt wurde. Der Speichercontroller kann nun jedoch statt mit DDR2-667-Speicher auch mit DDR2-800 umgehen. Angesichts der aktuellen Tiefstpreise für diesen Speichertyp ist das für die Serverhersteller eine gute Nachricht. Nicht bestätigt hat AMD bisher, dass der Speichercontroller auch mit DDR3 umgehen kann. So sich dies bewahrheitet, könnten die Desktopversionen mit Codenamen " Deneb " als Ableger der neuen Opterons schon mit DDR3-Unterstützung für kommende Phenoms aufwarten.

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Für den wachsenden Markt der Virtualisierungslösungen hat AMD den Shanghais eine überarbeitete Version seiner Virtualisierungstechnik spendiert, die früher als "Nested Page Tables" bekannt war. Das Umschalten von einem Virtualisierungszustand in einen anderen, das sogenannte "World Switching", soll nun schneller funktionieren. Konkrete Zahlen dazu hat AMD noch nicht vorgelegt, jedoch einen Test der Auswirkungen. Im Test VMmark soll ein 16-Kern-System mit Shanghais rund 8 Prozent schneller sein als mit Barcelonas.

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Auf HyperTransport 3.0 müssen die neuen Opterons verzichten. Sie passen noch in den bisherigen Socket F samt zugehörigen Chipsätzen. Erst mit neuen Chipsätzen der Plattform "Firoano" kommt HT 3.0 Mitte 2009, aber auch noch für den Socket F. Dann ist laut AMDs Roadmap auch der erste 6-Kerner namens "Istanbul" geplant, ebenfalls in 45 Nanometern gefertigt. Im Jahr 2010 soll dann der neue Sockel G34 erscheinen. AMD geht jedoch davon aus, dass Socket-F-Opterons mindestens bis 2011 verkauft werden – das wäre mit sechs Jahren Lebensdauer für einen Sockel auch im Servergeschäft ein Rekord.

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Vorerst liefert AMD die Shanghai-Prozessoren mit 2,3 bis 2,7 GHz aus, unterteilt in Schritte von 100 MHz. Die neuen Serien heißen "Opteron 2300" für Zwei-Sockel-Systeme und "Opteron 8300" für Server mit vier bis acht Sockeln. Neben der üblichen Angabe für die Leistungsaufnahme als TDP (thermal design power) von 105 Watt stellte AMD auch seine ACP (Average CPU Power) heraus. Dieser Wert gibt die durchschnittliche Leistungsaufnahme beim Durchführen gebräuchlicher Serverbenchmarks an. AMD will damit herausstellen, dass bei Intel-Systemen stets auch noch der Speichercontroller und eventuelle stromfressende FB-DIMM-Speicher in die gesamte Leistungsaufnahme einzubeziehen sind.

Im ersten Quartal 2009 sollen noch schnellere Shanghais folgen, die mit den Namenszusätzen SE dann aber 105 Watt ACP (137 Watt TDP) und als HE 55 Watt ACP (68 Watt TDP) aufweisen sollen. Gefertigt werden all diese Prozessoren in AMDs kürzlich verkauftem Werk in Dresden, und zwar schon mit Immersions-Lithographie. Dabei findet die Belichtung in mit Flüssigkeit gefüllten Geräten statt, um eine bessere Brechung des Lichtes zu erreichen. Laut AMD wäre dieser aufwendige Schritt zu den sogenannten "Wet Tools" ohnehin für 32-Nanometer-Fertigung nötig gewesen, daher hat man sich jetzt schon dafür entschieden, um die Fab nur einmal umbauen zu müssen.

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Pat Pala, Serverchef von AMD, zeigte sich bei der Vorstellung der neuen Opterons in München begeistert. Der Schritt vom "First Silicon" bis zum fertigen Produkt sei schneller als bei jedem anderen Opteron verlaufen. "Wir haben aus Barcelona wirklich etwas gelernt" , sagte der AMD-Manager. Das sehen offenbar auch AMDs Kunden so: 35 verschiedene Server von Cray, Dell, Fujitsu-Siemens, HP, IBM und Sun sollen mit den Shanghais angeboten werden.

Dass das Versprechen aus mehr Leistung bei gleichbleibender oder weniger Leistungsaufnahme aufgeht, belegen jedoch bisher nur AMDs eigene Benchmarks für SPECpower . Immerhin hat sich der zweitgrößte Hersteller von x86-CPUs hier aber erstmals Intel gestellt, die bisher diesen Test dominierten.