AMD Athlon 64

Miloš Ayrton Stamenković
Još od momenta kada je na Microprocessor Forum-u 2001. godine AMD najavio razvoj
K8 generacije procesora kao naslednika veoma uspešne K7 arhitekture, nivo očekivanja
i iščekivanja su bili maksimalno visoki. Tako slobdno možemo reći da je u proteklih
godinu dana AMD-ova 64-bitna serija procesora bila tema broj jedan u svim krugovima
IT industrije, gde se u beskrajnim debatama raspravljalo o mogućnostima i inovacijama
koje će doneti nova K8 Hammer arhitektura. Pored same arhitekture, AMD je morao
da ovlada i SOI tehnologijom za čiji razvitak i usavršavanje je potrošeno dosta
vremena i sredstava. Koliko je AMD imao problema sa svim novim tehnologijma,
dovoljno svedoči i serija velikih odlaganja premijere K8 procesora, što je rezultovalo
krajnjom činjenicom da će Athlon 64 početi svoj život na tržištu gotovo godinu
dana kasnije od prvobitno najavljenog roka. Ipak, kako je AMD u drugom kvartalu
ove godine predstavio prve izdanke K8 generacije u vidu Opteron procesora namenjih
serveskom tržištu, svetska javnost je mogla biti zadovoljena prvim, veoma obećavajućim
rezultatima koji ovi procesori postižu. U velikoj većini serverskih, pa i standardnih
testova, AMD Opteron serveske konfiguracije su bez problema “tukle”
Intelove ekvivalente. No i pored očigledne ugroženosti, Intel nije pokazivao
vidljive znake zabrinutosti zbog “64-bitne euforije”, već je u tišini
smišljao neki način da ublaži brzinski zaostatak koji će Pentium 4 imati u
odnosu na nove AMD Athlon 64 i Athlon 64 FX procesore. Rešenje je pronađeno
u vidu promene tržišnog imena Xeon MP procesora u Pentium 4 EE (Extreme Edition).

U skladu sa svojom dosadašnjom politikom, AMD je u novoj generaciji procesora
predvideo dve verzije desktop procesora. Prvi je standardni Athlon 64 koji smo
imali priliku ovoga puta da testiramo, dok je drugi poznat pod nazivom Athlon
64 FX. Paralela sa starim Duron i Athlon procesorima se bez problema može povući,
pa bi tako Athlon 64 trebao da zauzme low-end segment a Athlon 64 FX high-end
segment desktop tržišta. Ipak, za razliku od prethodne K7 generacije gde su
se dva procesora razlikovala po količini L2 keš memorije i brzine magistrale,
Athlon 64 i Athlon 64 FX se razlikuju po memorijskom kontroleru i pakovanju.
Athlon 64 FX poseduje 128-bitni memorijski kontroler koji svoj puni potencijal
ostvaruje uparivanjem dva standardna 64-bitna DDR400 memorijska modula. Ovde
nije reč o klasičnoj DualChannel arhitekturi koja nam je već od ranije poznata,
već se memorija ponaša kao jedan SingleChannel 128-bitni kanal. Neugodni momenat
je činjenica da Athlon 64 FX zahteva upotrebu buffer-ovane DDR memorije sa ECC
korekcijom grešaka, koja na ukupni latency dodaje još jedan klok kašnjenja,
što dovodi do smanjena ukupnih performansi memorije i memorijskog kontrolera.
Naravno, uvećana cena buffered DDR memorije je stvar koja se logično nameće.
Sa druge strane, “obični” Athlon 64 poseduje jedan 64-bitni memorijski
kanal i ne zahteva upotrebu nikakve specijalne memorije, već koristi standardne
DDR400 module koji su već odavno dostupni na tržištu. Na žalost, ove razlike
su uslovljenje i razlikom u broju pinova, pa ih tako Athlon 64 ima 745 dok
Athlon 64 FX poseduje čak 940. Ovo logično povlači i nemogućnost upotrebe istih
čipsetova i matičnih ploča, što je činjnica koju krajnji korisnici neće sa oduševljenjem
prihvatiti.

Osnovni detalji K8 arhitekture Za početak, pogledajmo uporedne karakteristike trenutno aktuelnih Intel i AMD
procesora:

Athlon 64 FX

Athlon 64

Athlon XP 3200+

Pentium 4 C

Pentium 4 EE

Radni takt

2.2

2

2.2

3.2

3.2

proces izrade

0.13 SOI

0.13 SOI

0.13

0.13

0.13

tranzistora (miliona)

105.9

105.9

37.5

55

168

napon

1.55

1.55

1.65

1.55

1.55

Setovi instrukcija

SSE/SSE2/3DNow

SSE/SSE2/3DNow

SSE/3DNow

SSE /SSE2

SSE /SSE2

L1cache

64 / 64

64 / 64

64 / 64

8 + 20

8 + 20

L2 cache

1 MB

1 MB

512 KB

512 KB

512 Kb

L3 cache

–

–

–

–

2 MB

cache width

128bit

128bit

64bit

256bit

256bit

L1 latency

3

3

3

2

2

L2 latency

16

16

9 do 20

9 do 20

11 do 20

Kao što možete videti, Athlon 64 i Athlon 64 FX procesori imaju skoro tri puta
više tranzistora od poslednjeg K7 jezgra, što jasno govori da K8 procesori
poseduju daleko komplikovaniju arhitekturu, iako je činjenica da veliki broj dotičnih
tranzistora odlazi na ceo megabajt L2 keš memorije. Istina, u najosnovnijim
crtama nova arhitektura se ne razlikuje mnogo od prethodne, ali u svemu osim toga se
veoma primetno razlikuju. Najinteresantnije je primeniti da je fizički broj
ALI i FPU jedinica ostao isti kao i kod starih K7 procesora. Ono što je povećano
je broj “stage-ova” u pipeline-u, pa ih tako sada umesto 10 ima 12,
čime se otvara mogućnost za dosezanje što većih radnih taktova. Ipak, ovo je
i dalje mnogo manje od 20 “stage” pipeline-a u Pentium 4 EE procesorima.
Naravno, pored mogućnosti za više brzine, veći broj “stage-ova” u
pipeline-u u može dovesti do manjih ukupnih performansi u slučaju da “branch
prediction” jedinica izvrši pogrešan proračun grananja. Da bi se ovo na
najbolji mogući način predupredilo, K8 poseduje novu “branch prediction”
jedinicu koju karakteriše duplo veći kapacitet “history counter-a”
koji su zaduženi za odlučivanje kojom stranom grana treba da se krene. Pored
toga, povećana je i preciznost kod predviđanje grananja, pa samim tim i manje
grešaka koje utiču na pad performansi. Struktura L1 i L2 keš memorije je identična
sa K7 procesorima, ali su oni dodatno ubrzani. Propusna moć je povećana kod
i kod L1 i kod L2 keš memorije, tako da se postižu rezultati koji su primetno
veći neko kod prethodne generacije procesora. Pored povećanja propusne moći,
latency na L2 kešu je značajno smanjen (latency na L1 kešu je isti) što bi trebalo
da doprinese još boljim performansama Athlon-a 64. Kao što smo već spomenuli,
konfiguracija keš memorije je ista kao i ranije, što znači da Athlon 64 koristi,
iz K7 arhitekture, provereni “exclusive” sistem uz istu količinu L1
keš memorije – po 64K za podatke i 64K za instrukcije. Jedino je uvećan L2 keš
sa 512KB na 1MB.

Ipak, pored svih navedenih modifikacija u AMD-u se najviše diče svojim 64-bitnim
setom instrukcija koji oni nazivaju jednostavno “AMD64”. Athlon 64,
zajedno sa svojom K8 sabraćom, je prvi i za sada jedini procesor koji poseduje
ovaj set instrukcija koji se još naziva i “x86-64”. Ovaj set instrukcija
je izmišljen kao nadogradnja postojećem x86 ISA (Instruction Set Architecture)
setu koji se koristi već dve decenije, još od prvih PC procesora. Ova nadogradnja
omogućava Athlon 64 procesorima da bez gubitka performansi izvršavaju x86 aplikacije,
uz istovremeno mogućnost adresiranja većeg memorijskog prostora i izvršavanja
budućeg 64-bitnog softvera. Ovaj pristup se može smatrati i kao spajanje dva
sveta u jedan procesor koji je sposoban da bez gubitka u performansama izvršava
postojeći 16-bitni i 32-bitni softver, kao i buduće 64-bitno optimizovane programe
i operativne sisteme. Sam značaj ovih mogućnost je veoma veliki, jer se proizvođačima
softvera omogućava bezbolan prelaz na 64-bitnu tehnologiju. Pored toga, K8 procesori
poseduju i SSE2 instrukcije koje su do sada bila ekskluzivna karakteristika
Pentium 4 procesora. Ovim potezom AMD je omogućio svojim novim procesorima da
iskoriste već postojeće SSE2 optimizacije u aktuelnom softveru, i time anuliraju
prednost Pentium-a 4 u aplikacijama koje poseduju kvalitetnu SSE2 optimizaciju.

Sa druge strane, iako je Intel bio prvi koji je predstavio 64-bitne Itanium
procesore, može se slobodno reći da je AMD-ova izvedba 64-bitnih instrukcija
mnogo bliža današnjim potrebama korisnika. Intel nije hteo da “vuče”
x86 ISA instrukcije dalje od 32-bita zbog određenih ograničenja, te je kreirao
IA-64 set instrukcija koji je implementiran u Itanium procesore. No, kako su
Intelovi 64-bitni Itanium procesori dizajnirani tako da mogu normalno izvršavati
samo 64-bitni kod, što u praksi znači da bilo koji softverski paket koji nije
specijalno optimizovan za Itanium neće raditi na ovom procesoru. Kako implementacija
64-bitnog koda u postojeći softver nije niti malo lak posao, Intel je na neki način morao
obezbediti kompatibilnost Itanium-a sa starim 32-bitnim softverom. Na žalost,
to je učinjeno na stari i dosta trapav način, pa tako Itanium procesori u sebi
poseduje interni dekoder koji “u letu” izvršava konverziju 32bitnih
X86 instrukcija u IA-64 64-bitne koje su razumljive Itaniumu. Naravno, taj kompajler
znatno usporava rad procesora čime se dobijaju performanse koje su mnogo slabije
od onih koje ostvaruju stari 32-bitni procesori.

Kada već govorimo o optimizaciji softvera, za AMD je od velikog značaja činjenica
da su uspeli da “ubede” Microsoft da uradi 64-bitnu verziju Windows
XP i Windows 2003 Server operativnih sistema. Ono što je najbitnije u ovoj priči
jeste da su 64-bitne verzije ovih operativnih sistema kreirane za AMD64 instrukcije,
što znači da se ovi operativni sistemi ne mogu izvršavati u 64-bitnom modu na
Intel Itanium procesorima. Ovo predstavlja veliki udarac za Intel jer će AMD
u najskorijoj budućnosti posedovati operativni sistem prilagođen svojim procesorima,
dok će Intel morati vraški da se potrudi da bi ubedio Microsoft da uradi nešto slično
i za buduće Intel procesore. Naravno, čak i ako uspe u ovom nastojanju u šta ne sumnjamo, Intel
će već značajno zaostajati za AMD-om. Naravno, kako Intel i AMD poseduju “cross
licence” sporazum o razmeni određenih tehnologija, Intel će moći da dobije
licencu za korišćenje AMD64 seta instrukcija u svojim budućim procesorima na
sličan način kao što K8 generacija procesora podržava SSE2 instrukcije. Ako
do ovoga dođe, biće veoma zanimljivo videti Intel koji se hvali podrškom za
AMD setove instrukcija.

Novi procesor, novi čipsetovi, nove matične ploče U većini slučajeva kada se na tržištu pojavljuju novi procesori, logično je
i očekivati novu generaciju čipsetova i matičnih ploča koje su bazirane na njima.
No, iako smo svedoci da proizvođači procesora veoma često i nepotrebno forsiraju
nove čipsetove, iako oni nisu u stvarnosti neophodni za normalan rad novih procesora, kada su u pitanju AMD K8 procesori, novi čipsetoovi praćeni adekvatnim
matičnim pločama su apsolutno neophodni. Pored svih noviteta u arhitekturi koje smo pomenuli, AMD K8 procesori poseduju
još jedan veoma bitan element – integrisani memorijski kontroler. Brzina memorije
i memorijskog kontrolera do sada je bio lajt motiv borbe između proizvođača
čipsetova, jer su se oni maksimalno utrkivali koji će prvi podržavati nove memorijske
standarde. Sada, kada se memorijski kontroler nalazi integrisan u sam procesor,
potreba za northbridge-om na koji smo do sada navikli jednostavno nestaje. Samim
tim, nestaje glavni predmet trke proizvođača čipsetova, što im se sigurno ne
dopada previše (kako kome, dodali bi smo). Ipak, AMD-ova odluka o integraciji memorijskog kontrolera u jezgro procesora
ima više pozitivnih nego negativnih strana. Glavna prednost se odnosi na to da
sada memorijski kontroler radi na punoj brzini procesora, što značajno smanjuje
kašnjenje u odzivu memorije, pa samim tim i povećava ukupnu efikasnost kompletnog
sistema. Trenutno podržani memorijski standard je PC3200 DDR400, dok će za sve
preko toga AMD morati da izbacuje nove verzije procesora.

Kako nema više potrebe za klasičnim northbridge-om, i pojam FSB-a polako nestaje
jer je veza procesora sa ostatkom sistema direktna. Ipak, AMD je morao adekvatno
rešiti i komunikaciju procesora sa ostatkom sistema, odnosno sa AGP-om i southbridge-om.
Usavršena Hyper Transport veza za komunikaciju između procesora i čipseta obezbeđuje
i više nego dovoljnu propusnu moć – par 8-bitnih ili 16-bitnih linkova koji radi
na maksimalnoj brzini od 800 MHz. Kako Hyper Transport podržava Double Data
Rate režim rada, brzina raste na fantastičnih 1.6 GHz sa finalnom propusnom
moći od 6.4 GB/s. Tako Hyper Transport trenutno predstavlja najbolje i najbrže
rešenje za komunikaciju procesora sa ostalim delovima sistema.Sve ove promene
logično dovode do zaključka da je za dizajniranje i proizvodnju Athlon 64 čipseta
potrebno mnogo manje vremena nego što je to ranije bio slučaj. Pored toga, razlike
između čipsetova različitih proizvođača će biti još manje i svodiće se na razlike
u southbridge-u, odnosno podršci PATA, Serial ATA, USB i ostalim uređajima. Trenutno
su na tržištu aktuelna dva čipseta, VIA K8T800 i nVidia nForce 3. Glavna razlika
između njih je u brzini Hyper Transport magistrale, gde VIA podržava brzinu od
800 MHz dok nForce3 koristi brzinu od 600 MHz. Ipak, kako je to razlika samo
u brzini komunikacije između procesora, AGP-a i southbridge-a, u ovom momentu
je i 600 MHz sasvim dovoljno. Ipak, nVidia ne želi ništa da prepusti slučaju
tako da će se vrlo skoro na pločama naći nova verzija nForce3 čipseta koja će
podržavati 800 MHz Hyper Transport. Što se tiče K8T800 čipseta, VIA kod ovog čipseta nije imala potrebu da učini
nešto novo, jer se stara dobra KT tehnologija uz par bitnih modifikacija mogla
pretvoriti u čipset kompatibilan sa Athlon 64 procesorima. Najvažnija je implementacija
16-bitnog Hyper Transporta na punih 1.6 GHz, što u ovom momentu predstavlja najbrže
rešenje za Athlon 64 procesore.

Kao što možete videti na blok dijagramu, drugih noviteta nema. Southbridge
je već poznati VT8237 sa svojim standardnim setom mogućnosti. Interesantno je
ipak primetiti da se VIA K8T800 čipset sastoji od dva čipa, ali čip na mestu
northbridge-a nema više tu funkciju, već predstavlja samo Hyper Transport tunel
između procesora i southbridge-a.

MSI K8T Neo Kako smo Athlon 64 procesor testirali na ovoj matičnoj ploči, red je da kažemo
i koju reč o njoj. Kao i uvek kada su MSI proizvodi u pitanju, najinteresantnija
je ambalaža i propratni paket. Ovoga puta se uz matičnu ploču dobija i sam Athlon
64 procesor zajedno sa svojim kulerom. Naravno, nije u pitanju gratis procesor
već je on uračunat u ukupnu cenu kompletnog K8T Neo paketa. Kako se Athlon 64
procesori još ne proizvode u velikim količinama, nije lako da njih doći čak
i ako ste spremni da isti skupo platite. Kako je MSI jedan od prvih proizvođača
koji su predstavili Athlon 64 matičnu ploču, u firmi nisu hteli rizikovati da
ploču ponude tržište sa nesigurnošću u dostupnost Athlona 64, jer ploča bez
procesora i ne vredi mnogo. Kako bi olakšao posao kupcima, MSI je od AMD-a kupio
veći kontigent Athlon 64 procesora i rešio da ih prodaje zajedno sa K8T matičnom
pločom. Ovim odlično promišljenim potezom MSI je obezbedio potencijalnim kupcima
da bez imalo muke dođu do svih potrebnih komponenti za sklapanje 64-bitnog računara..

Pored upečatljive kutije gigantskih razmera, tu je i elegantna ambalaža za
dragoceni procesor.

Naravno, i ostatak paketa je bogat.

I na kraju – ploča.

Kao što možete videti na slici, K8T Neo zbog novog procesorskog socketa veoma
podseća na Pentium 4 ploče. Naravno, novi procesor “vuče” i novi socket, što na
kraju implicira i upotrebu novih kulera sa opet novim načinom montaže.

Ipak, ono što možemo reći za novi sistem montiranja kulera jeste da je veoma
lak za instalaciju, što će uz novi sistem pakovanja samih procesora maksimalno
redukovati šansu za fizičko oštećenje procesora, što je ranije bila dosta česta
pojava.

Kuler se prvo lagano zakači za držače sa obe strane, i nakon toga je potrebno
samo lagano okrenuti ručicu i proces montaže je završen.

Veoma je pohvalno što se ispod socketa nalazi metalno ojačanje koje služi da
zaštiti matičnu ploču od loma pri montiranju kulera.

Kako je ovo prva ploča za novu generaciju AMD procesora, nismo želeli da ulazimo
u detalje i dodatne komentare, jer tek kada nam ove ploče počnu masovnije dolaziti
na test, krenućemo u njihovo međusobno ocenjivanje.

Test konfiguracija

CPU

– AMD Athlon XP 3200+ i Athlon 64 3200+

Matične ploče

– EPoX 8RDA+, Microstar K8T Neo

Memorija

– 2 x Corsair PC3500 256MB 6-2-2 CAS2 1T

Hard
disk

– Maxtor
DiamondMax+9 60GB

Graficka karta

– Microstar GeForceFX 5900 Ultra

Operativni
sistem

– Windows
XP Pro SP1

Drajveri

– VIA Hyperion 4.49 drivers & Detonator 45.23

E sad, pre neko što krenemo na dugo očekivane rezultate testova, moramo vam
dati izvesna objašnjenja. Pošto smo kompletnu konfiguraciju dobili na test za
samo jednu noć (ili par sati, kako vam draže), nismo bili u mogućnosti da maksimalno
detaljno istestiramo sve stvari koje su nas zanimale na način na koji bi smo
to hteli. Ovo se prvenstveno odnosi na posedovanje odgovarajućih memorijskih
modula od 512MB, i to iz sledećeg veoma bitnog razloga. VIA K8T800 čipset može
da radi u DDR400 režimo, ako i samo ako je popunjen samo prvi slot. U slučaju
da su popunjena dva, čipset sam spušta takt memorije na DDR333 podešavanja,
i na to se ne može nikako uticati. Kako je mašina već bila sklopljena i spremna
za transport, a uz to nismo imali odgovarajući modul od 512MB, bili smo prinuđeni
da testiramo sa dva modula od 256MB što je rezultovali manjem memorijskom protoko
od maksimalno mogućeg. Zbog toga, treba sa posebnom pažnjom tumačiti rezultate
koje smo dobili, jer je Athlon 64 imao oko 500 MB/s memorijskog protoka manje
od Athlon XP na nForce2 matičnoj ploči. Ipak, kako je ovo samo prvi preview
test performansi K8 generacije procesora, u bliskog budućnosti ćemo imati priliku
da sva iztetsiramo na pravi način, uz korišćenje 64bitnog Windows-a XP, drajvera
i pratećih programa koji su optimizovani za rad na 64bitnim procesorima.

Iako Athlon XP 3200+ radi na 200 MHz većem taktu, razlika između procesora
u SiSoft Sandri je minimalna. Naravno, kada se dođe do memorijskog protoka jasno
se može videti stvar koju smo u uvodu objasnili.

Testovi propusne moći L1 i L2 keš memorije jasno pokazuju poboljšanja
koje Athlon 64 poseduje kada je u pitanju povećanje brzine rada. Naravno,
ponovo možemo videti osetnu razliku u performansama sistemske memorije zbog
nemogućnosti VIA-e da napravi stvarno dobar i kvalitetan čipset.
Iako smo rekli da više nećemo koristiti PC Mark 2002, odlučili
smo da ovom prilikom ubacimo jedan rezultat iz ovog programa koji se odnosi
na brzinu memorije. Kao što možete videtu, PC Mark 2002 je dao veliku prednost
Athlon 64 konfiguraciji, iako su prethodni testovi davali drugačije (realne)
rezultate. Očigledno PC Mark 2002 u svoj indeks memorijskih performansi uračunava
latency sistemske i keš memorije, kao i same brzine L1 i L2 keša. No, moguće
da je test prodecudra koju koristi ovaj program previše mala pa staje u 1MB
L2 keša Athlon-a 64 i time daje ove rezultate.

U 3D testovima koji slede možete naslutiti veliku snagu koju u sebi krije K8
arhitektura. Razlike u performansama su stvarno fascinantne. Upamtite da je
memorijski protok na našoj test konfiguraciji 500 MB/s manji od maksimalnog,
i da procesor radi na 200 MHz manjem taktu od Athlon-a XP 3200+.

Pogledajte samo razliku u Quake-u 3. Kako se ovaj engine i danas koriti u igrama,
jasno je da Athlon 64 može doneti značajno ubrzanje i u današnje igre koje su
totalno “nesvesne” 64-bitnih mogućnosti ovog procesora.

Kada se sve ovo pogleda, može se samo reći – WOW !

Naravno, manji memorijski protok, nedostatak optimizacije i 200 MHz manji radni
takt moraju negde doći do izražaja. U ZD testovima ovi nedostaci se najviše
osećaju, pa tako Athlon 64 konfiguracija koju smo imali na testu značajno zaostaje
za starim Athlon-om XP 3200+ na nForce2 platformi.

Ipak, zahvaljući prvenstveno SSE2 setu instrukcija koji predstavljaju novitet za
AMD procesore, Athlon 64 je bez problema uspeo značajno da nadmaši starijeg
kolegu pri veoma procesorski zahtevnom poslu DivX kompresije.

Eto, možemo reći da smo došli do kraja prve etape u upoznavanju i testiranju
nove AMD-ove generacije procesora. Tako sada možemo izvesti zaključke i onom
šta nas sve očekuje na pragu 64-bitne ere, a taj zaključak se može svesti u dve
sledeće reči – veoma obećavajuće.

Bez trunke optimizovanog softvera, Athlon 64 je pokazao da i u ovim uslovima
ima šta da ponudi zahtevima korisnicika čija glad za što većom brzinom ne jenjava.
Sa cenom koja nija mnogo viša od do skora najbržeg Atlhon XP 3200+ procesora,
jasno je da će se mnogi već sada odlučiti na prelaz ka 64-bitnoj AMD platformi.
Naravno, kada optimizovani softver bude bio dostupan, performanse će još dodatno
porasti. Već je na putu 64-bitna verzija Windows-a XP, a beta 1 je nedavno predstavljena
na promociji Athlona 64 u Kanu, tako da je vreme do konačnog izlaska na tržište
ovog sistema veoma kratko. AMD-u je ovaj korak ipak najvažniji, jer posle operativnog
sistema uslediće i opzimizovani drajveri kao i ostali popularni softver optimizovan
za AMD64 set instrukcija. Naravno, tu je Athlon 64 FX51 deo priče, kao i još dosta drugih momenata, tako
da možete u skorije vreme očekivati dosta novih testova posvećenih ovoj temi
jer smo tek zagrebali 64-bitnu površinu.

Zahvaljuemo se firmi PAKOM na ustupljenom
hardveru za potrebe testa