Bobcat und Bulldozer: AMD nennt erste Details zu neuen Architekturen
Als inoffizieller Nachfolger des legendären "Microprocessor Forums" stellen die Veranstalter der Hotchips strenge Regeln auf: Auszüge aus den Vorträgen dürfen, bevor die Reden gehalten wurden, nicht veröffentlicht werden. Daran muss sich auch AMD halten, das seine beiden neuen Architekturen, aus denen 2011 Produkte werden sollen, auf der derzeit an der Stanford-Universität stattfindenden Konferenz vorstellen will.
Vorab hat der Chiphersteller folglich die bisher bekannten Informationen zusammengefasst, dies aber in übersichtlichen Folien mit Blockdiagrammen. Einige Feinheiten der Architekturen lassen sich dennoch erkennen – und Hinweise darauf, wie AMD hohe Rechenleistung bei geringem Energieverbrauch erreichen will. Das war früher eine Domäne von AMD, schon mit der Core-Architektur (Core 2, Core 2 Quad) und später mit Nehalem (Core i) ist der Intel-Konkurrent hier aber geschlagen.
Bobcat und Bulldozer sind zwei eigenständige Architekturen, die dem derzeit aktuellen K10-Design nachfolgen. Statt wie bisher ein Design durch Änderungen an Cache und Taktfrequenz für Anwendungen vom Netbook bis zum Server anzupassen, entwickelt AMD getrennte Produktlinien. Den größten Handlungsbedarf gibt es dabei bei einer kleinen und sehr sparsamen Mobil-CPU, die Intels Atom Konkurrenz machen soll. Nicht von ungefähr hatte Intel erst einen Tag vor AMDs Vorträgen seinen ersten wirklich sparsamen Atom mit Dual-Core für Netbooks vorgestellt.
Bobcat mit echtem Out-of-Order
Intels Atom hat vor allem deswegen eine so kleine Diefläche – was ihn in der Herstellung sehr günstig macht -, weil die Designer auf die bei x86-CPUs schon lange übliche Out-of-Order-Verarbeitung verzichtet haben. Die Einheiten zum Umsortieren der Befehle und deren spekulativer Verarbeitung brauchen viel Platz und sind zudem stets beschäftigt. Damit tragen sie wesentlich zur Leistungsaufnahme bei.
AMD will nun das Kunststück fertigbringen, bei Bobcat trotz geringen Energiebedarfs Out-of-Order zu ermöglichen. Das Versprechen dabei lautet: Es soll einen Bobcat-Prozessor geben, bei dem ein Kern unter 1 Watt aufnimmt. Das dürfte aber nur ein gering getaktetes und damit langsames Modell sein. Zudem hat sich AMD bisher nur auf den Kern selbst bezogen: Der Rest der CPU, die als "accelerated processing unit" (APU) auch Speicher- und Grafikcontroller enthält, kann durchaus weit mehr Energie benötigen.
90 Prozent der Rechenleistung eines Notebooks
Auch funktional will AMD bei Bobcat nicht sparen. SSE 1 bis 3 werden ebenso unterstützt wie Virtualisierung. Letzteres bietet Intel nur bei wenigen und teuren Atom-Varianten an, nicht aber bei den allgegenwärtigen Atoms der N-Serie für Netbooks. Sie lassen sich so nicht für sparsame Servercluster umfunktionieren. Ihr Debüt soll die Bobcat-Architektur mit der Plattform "Ontario" feiern, die APU und die zugehörige Plattform für Netbooks und günstige Notebooks werden für Anfang 2011 erwartet. Sie ist der erste Vertreter der Fusion-Generation. Erste Muster von Llano fertigt AMD eigenen Angaben zufolge bereits.
Zur Rechenleistung der Bobcats macht AMD bisher nur sehr vage Angaben. Rund 90 Prozent einer "Mainstream-CPU für Notebooks" soll die neue Architektur erreichen, dabei nur ein halb so großes Die benötigen und "einen Bruchteil der Leistungsaufnahme" aufweisen. Diese Werte, die auf AMD-eigenen Schätzungen basieren, wären nur dann aussagekräftig, wenn es eine klare Definition eines Mainstream-Prozessors gäbe.
In der Notebookbranche sind damit meist günstige Dual-Cores gemeint, die sich in großen Stückzahlen verkaufen lassen. Bei Intel sind das beispielsweise die Pentiums sowie die Core i3. Diese Prozessoren kosten für PC-Hersteller unter 100 US-Dollar, nur: AMD nennt die Preise seiner Mobil-CPUs nicht in den offiziellen Preislisten(öffnet im neuen Fenster) . So bleibt völlig unklar, ob Bobcat etwa fast so schnell wie ein Turion II oder gar nur wie ein Sempron sein soll. Aber selbst wenn AMD seinen Vergleich auf die billigsten Dual-Cores bezieht, dürfte Bobcat mehrfach schneller als Intels Atom werden.
Bulldozer mit Hyperthreading
Wenigstens bei der Architektur sind die Angaben zum zweiten Design, Bulldozer, etwas handfester – auch wenn Taktfrequenzen, Cache-Größen und Angaben zur Rechenleistung noch fehlen. Dafür hat AMD diese Architektur, die in Desktops und Servern Platz finden soll, etwas genauer erklärt als den Bobcat.
Bei Bulldozer bilden je zwei Cores ein "Module". Diese Module stellen für die beiden Kerne einige Funktionseinheiten gemeinsam bereit. So gibt es beispielsweise zwei 128 Bit breite Gleitkomma-/SSE-Einheiten und einen gemeinsamen L2-Cache, was noch nicht besonders ungewöhnlich ist. Die Stufen für Fetch und Decode für zwei Integer-Kerne zu nutzen, die dann noch über eigene Pipelines verfügen, ist jedoch ein spannender Ansatz.
Kein Wort zu Hypertransport
Wie die Integer-Einheiten dann die richtigen Daten bekommen, muss AMD noch erklären. Ein Hinweis, dass gemeinsames Fetch und Decode sinnvoll sein könnte, ist die parallele Verarbeitung von zwei Threads je Kern. AMD bezeichnet das, knapp an Warenzeichenstreitigkeiten vorbei, als einen "hyperthreaded, single-core chip" . Zwar kann der Chiphersteller dank seines Patentaustauschabkommens mit Intel Hyperthreading nutzen, es aber wohl nicht ohne Lizenz für den Namen so nennen. Andere Techniken wie SSE darf AMD wie beim Vorbild bezeichnen, da dreibuchstabige Abkürzungen in den USA nicht schutzfähig sind.
Bisher beherrschte nur Intel die Verteilung von zwei Threads auf die Funktionseinheiten eines Kerns. Dabei gibt das Unternehmen selbst an, dass der Leistungsvorteil maximal 20 Prozent betragen kann, was Raytracer wie Cinebench auch knapp erreichen . Wie viel AMD mit seinem Ansatz hier herausholt, bleibt noch eine spannende Frage. In der Praxis bringt Hyperthreading vor allem eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit des Rechners auf Eingaben des Benutzers, wenn die Maschine ohnehin gerade stark ausgelastet ist. Auch eine Intels Turbo-Boost ähnliche Taktregelung beherrscht die Planierraupe, die neue Technik soll mehr können als das wenig effektive Turbo-Core .
Mehrere der Module eines Bulldozer bilden den gesamten Prozessor. AMD zeigt in seinen schematischen Folien bisher vier davon, was also einem Achtkerner entspricht. Bisher bringt der Chiphersteller maximal sechs Kerne auf einem Die unter, aber: Ob alle Module eines Bulldozer auf einem Die sitzen müssen, hat AMD noch nicht gesagt. Das ist jedoch mehr als wahrscheinlich, da sich alle Module einen L3-Cache sowie die Northbridge und den Speichercontroller teilen müssen. In diesen Punkten ist Bulldozer also den Phenoms sehr ähnlich.
Auffällig ist, dass AMD bisher Hypertransport nicht erwähnt. Diese schnellen Links zwischen Prozessorsockeln und Dies waren bisher einer der größten Vorteile der Opterons in Servern. Die Zahl der Hypertransport-Links, über die sich auch schnelle I/O-Erweiterungen wie für RAIDs und Ethernet anbinden lassen, will der Chiphersteller offenbar noch eine Weile für sich behalten.
Das gilt nicht für die spannendsten Teile der beiden Architekturen, die unter anderem die Threadverteilung und das Kunststück eines Out-of-Order-Prozessors bei geringer Leistungsaufnahme betreffen. Diese Informationen will AMD nach den Vorträgen auf der Hotchips bald veröffentlichen.