Процесор: Phenom II

Първите четириядрени процесори на AMD не бяха особено успешни. Phenom се появиха твърде късно, първоначалните модели имаха бъг ограничаващ производителността и дори последните, при които този дефект бе отстранен, бяха с ограничени тактови честоти заради 65nm производствения процес на AMD.

AMD достига 45nm

Процесорните ядра на AMD произведени по 45nm технология се обозначават с Revision C2, за разлика от 65nm вариантите B2 и B3 (при B3 е отстранена TLB грешката, заради която бе намалена производителността на първоначалните B2-базирани Phenom). Естествено С2 е с отстранен TLB дефект, а освен това в тази ревизия са фабрично въведени оптимизациите подпомагащи overclock познати като ACC (Advanced Clock Calibration) функцията на южния мост SB750. Intel пуснаха в продажба своите първи 45nm процесори около година преди AMD (Intel Core2 45nm в началото на 2008, AMD Opteron 45nm използващи същите ядра като Phenom II – в края на 2008). Очаква се изоставането на втория в индустрията да се запази и при следващия преход към 32nm (за Intel в края на 2009, за AMD през 2011). От друга страна тайванската фабрика TSMC (която се използва от Nvidia, VIA и от AMD за чипсети и ATI Radeon видеоускорителни чипове) наваксва спрямо AMD и се очаква да предложи своя 45nm/40nm процес до няколко месеца. Въпреки това и AMD има с какво да се похвали – в техния 45nm процес (Silicon-on-Insulator – както и предишните 130nm, 90nm и 65nm е разработен съвместно с IBM) се използва метода литография с потопяване (immersion lithography), който позволява по-прецизна обработка на полупроводниковите слоеве изграждащи чиповете. Потенциалът на новия производствен процес си проличава по това, че първите 45nm процесори на AMD работят на доста по-високи тактови честоти в сравнение с последните произведени по изпитания 65nm (3GHz 45nm срещу 2.6GHz 65nm – за четириядрени процесори) за разлика от прехода от 90nm към 65nm, при който двуядрените 65nm Athlon64 X2 така и не достигнаха до максималната честота на 90nm моделите (3.1GHz 65nm срещу 3.2GHz 90nm), въпреки че имат по-малко кеш памет (2х512К срещу 2х1М). При 32nm литография с потопяване ще се използва и от Intel (при 45nm те успяват да изтискат достатъчно разделителна способност от конвенционалното им оборудване).

Phenom II е изграден от 758 милиона транзистора заемащи 258 кв.мм площ. За сравнение Core i7 (45nm) е изграден от 731 милиона транзистора заемащи 263 кв.мм площ, двете пластини съставляващи 45nm Core2 Quad с 2х6МВ L2 кеш общо заемат 214 кв.мм площ и са изградени от 820 милиона транзистора, а досегашният Phenom (65nm) е изграден от 450 милиона транзистора заемащи 285 кв.мм площ. По показателя гъстота транзистори/единица площ 45nm процесорите се подреждат в низходящ ред по следния начин: Core2, Phenom II, Core i7. По същия начин се подреждат и по консумация на енергия при една и съща тактова честота – Phenom II консумира малко по-малко от Core2, но не успява да достигне ефективността на Core i7. Новото процесорно ядро на AMD съдържа няколко малки подобрения: циклите на изчакване при обръщение към кеш паметта от трето ниво (L3) са с два такта по-малко, уголемени са някои вътрешни буфери, ускорена е работата на някои инструкции с плаваща запетая и др. При еднакви тактова честота и обем на кеш паметта Phenom II е с до 3% по-бърз от Phenom в зависимост от приложението. Кеш паметите от първо и второ ниво са еднакви и в двете фамилии (всяко от четирите ядра има по 512К L2, 64K L1 кеш за данни и 64K L1 кеш за инструкции), а тази от трето (споделена между четирите ядра) е разширена при Phenom II от 2МВ на 6МВ (за някои модели), което води до ускорение с около 5%. Intel използват инклузивна подредба на кеш паметта, при която по-горното ниво кеш памет съдържа всички данни от по-долните нива (т.е. съдържанието на L1 кешът е дублирано в L2 и L3, а това на L2 в L3), т.е. нетният обем е равен на обема на кеш паметта от най-горно ниво (при Core2 Quad – 12MB = 2х6МВ L2, при Core i7 – 8MB L3). AMD използват ексклузивна подредба, при която няма дублиране на данните и съответно нетния обем е равен на сбора от обемите на всички нива кеш памет (Phenom – 4x128K L1 + 4x512K L2 + 2MB L3 = 4,5MB, Phenom II – 4x128K L1 + 4x512K L2 + 6MB L3 = 8,5MB). Предимството на инклузивния подход е, че по-бързо (с по-малко проверки) се установява дали информацията е налична в кеша или трябва да се извлича от системната памет (което става доста по-бавно). Предимството на ексклузивния подход е, че с по-малко транзистори се постига по-голям нетен обем (не случайно именно AMD го използват – имайки предвид, че обикновено леко изостават от Intel в технологично отношение). Като цяло Phenom II и Core i7 имат достъп до сходен обем кеш памет, Core2 притежава с около 50% повече (но тя е разделена на две и обменът между половините става посредством изключително бавната системна шина – при Phenom/Core i7 няма такъв проблем), а 65nm Phenom имат твърде малко (наполовина в сравнение с Phenom II/Core i7).

Phenom II са и първите процесори на AMD поддържащи работа с DDR-III памет като преминаването от DDR-II/1066 на DDR-III/1333 води до увеличение на производителността с около 3% (за съжаление все още разликата в цената на паметта е по-голяма от 3%). Процесорите поддържат и множител за DDR-III/1600, но официално все още не се поддържа тази скорост. Настоящата Rev.C2 при поддържа DDR-III/1333 при работа само с по един модул (DIMM) на канал (общо 2), а ако се използват по два модула (общо 4) се превключва на DDR-III/1066. Всичко това заедно с увеличената тактова честота успява значително да доближи Phenom II до Core2, но въпреки това при една и съща тактова честота Core2 запазва малка преднина. Като цяло Core2 се предлага с по-високи честоти в сравнение с най-бързите обявени до момента Phenom II, а пък Core i7 допълнително утежнява нещата за AMD (Core i7, който 5 години след AMD въведе вграден контролер за достъп до паметта и при Intel-платформата, е недостижим както за Phenom II така и за Core2) и им оставя възможност за борба в средния и ниския пазарен сегмент, но не и във върховия. Този недостатък е най-вече с имиджов характер тъй като така или иначе върховия сегмент няма голям обем продажби, но дори и в по-ниските сегменти рентабилността на AMD е по-слаба от тази на Intel (Core2 е с по-малка пластина и съответно е по-евтин за производство в сравнение с Phenom II).

Cool’n’Quiet технологията за пестене на енергия е обновена до версия 3.0 при Phenom II. Phenom C’n’Q 2.0 управлява тактовите честоти на всяко процесорно ядро (и северния мост) поотделно в зависимост от натоварването като ядрата имат два режима – пълна тактова честота и намалена на половина. Тази гъвкавост е уникална, но за съжаление се оказва, че влиза в конфликт с начина на разпределение на задачите под Windows и се получават ситуации, при които има натоварване, но се работи на по-ниска тактова честота. Може би в бъдеща версия или ServicePack на Windows този проблем ще се реши, но дотогава при Phenom II ще се прилага C’n’Q 3.0: Phenom II използва една и съща тактова честота за всичките си ядра (като Core i7, Core2, Athlon X2), но вместо два режима има четири (от пълна тактова честота през две междинни зависещи от нея до 800MHz) като това му позволява по-точно да следи натоварването и донякъде компенсира липсата на индивидуално поядрено регулиране. Допълнителен бонус е и поддръжката на режима C6, при който тактовата честота се свежда до 0MHz (т.е. ядрото спира). При Phenom това е невъзможно тъй като ядрото много често бива „събуждано” за проверки в L1/L2 кешовете. Ядрата на Phenom II имат възможността да изпразнят кешовете си в общия L3 кеш и да влезнат в режим C6 (за целта спомага големия обем на L3 кеша при Phenom II). Естествено Core i7 е още по-ефективен тъй като спира не само тактовата честота, но и захранванщото напрежение на неизползваните ядра. Phenom II също като Phenom и Core i7 работи с четири тактови честоти – на процесорните ядра, на вградения северен мост (включващ L3 кеша), на каналите за достъп до паметта и на HyperTransport интерфейса за връзка с чипсета. Всяка от честотите се формира чрез собствен множител и референтен тактов сигнал (по подразбиране 200MHz – подлежащ на промяна с цел overclock). При Phenom/II по подразбиране северният мост и HT интерфейсът работят на една и съща тактова честота, но множителите им могат да се променят по отделно (ако дънната платка има такива опции в BIOS-а). Множителят на ядрата може да се намаля, а при процесорите „Black Edition” и да се увеличава. При Phenom/II тактовата честота на паметта не зависи от тактовата честота на ядрата (за разлика от Athlon64/X2, където се използва целочислен делител спрямо честотата на ядрата и затова при някои процесори паметта работи на по-ниска от номиналната си честота) и се предлагат такива множители, че официално поддържаните типове DDR-II/III памети винаги могат да работят на номиналната си честота (при 200MHz референтен тактов сигнал).

Съществуват някои ограничения по отношение на комбинациите от множители: HT честотата винаги трябва да бъде равна или по-малка от тази на северния мост; северният мост не трябва да бъде повече от два пъти по-бавен от ядрата или повече от 32 пъти по-бърз; северният мост трябва да работи на поне два пъти по-голяма тактова честота спрямо тази на RAM паметта (т.е. DDR-II/800 памет работеща на 400MHz изисква северен мост работещ на 800MHz или повече).

Предимствата на 45nm производствения процес с литография с потопяване се проявяват в много добрите overclock възможности на Phenom II – с неголеми увеличения на захранващите напрежения се достигат честоти около 3.8GHz (с въздушно охлаждане макар и с малко по-големи от стандартните радиатор и вентилатор), което макар и да не е нечувано за Core2/Core i7 е изключително постижение за AMD процесор.

Phenom II (45nm, AM2+/AM3)

През 2006-та година AMD Athlon64 направиха прехода от DDR към DDR-II памет и започнаха да използват Socket AM2 (два канала DDR-II до DDR-II/800, HyperTransport 2.0 интерфейс до 1GHz/2000DDR, общо напрежение за вградения северен мост и процесорните ядра). Phenom въведе модификацията AM2+ (до DDR-II/1066, HT 3.0 до 2.6GHz/5200DDR, отделни напрежения за северния мост и процесорните ядра). Три години по-късно Phenom II (някои модели) добавят поддръжка за DDR-III памет (запазвайки и DDR-II) и съответно Socket AM3 (два канала DDR-III до DDR-III/1333, HT 3.0 до 2.6GHz/5200DDR, отделни напрежения за северния мост и процесорните ядра). Благодарение на вградения контролер за достъп до паметта и HT интерфейса AMD платформата е изключително гъвкъва по отношение на съвместимостта „напред” и „назад”. Абсолютно всеки Athlon64 чипсет може да работи с абсолютно всеки Athlon64/Phenom процесор (работейки с HT скоростта на по-бавния/по-стария от двата компонента) – това дава възможност на производителите на дънни платки да използват каквито пожелаят комбинации от чипсет и цокъл (940, 754, 939, AM2, AM2+, AM3). В дънна платка AM2 (с подходящ BIOS) може да се постави всеки Athlon/Phenom процесор поддържащ DDR-II памет, независимо от максималната HT скорост на процесора и това дали допълнително поддържа разделно захранване (AM2+) и/или DDR-III (АМ3). В дънна платка AM2+ (с подходящ BIOS) също могат да се поставят всички AM2, AM2+ и AM3 процесори. В новите АМ3 дънни платки могат да се поставят само AM3 процесори, тъй като останалите не поддържат DDR-III памет (затова AM3 цокъла е с 2 извода по-малко от AM2/AM2+ и по този начин несъвместимите процесори физически не могат да бъдат поставени в него). Тази степен на съвместимост е уникална. Intel водят политика на „задължително” обновяване – където дори в рамките на един и същ цокъл (LGA775) рядко се случва дъно с по-стар чипсет да поддържа актуалните процесори и дори има случаи, при които по-ново дъно не поддържа по-стари процесори (т.е. съществуват значителни ограничения при комбинирането дъно/чипсет и процесор). Дори при AMD предишния преход от DDR към DDR-II беше „болезнен” тъй като връзката беше твърда – S939 процесорите не работят в AM2 дъна и обратно AM2 процесорите не работят в S939 дъна (съответно трябваше да се пускат отделни модели процесори в зависимост от цокъла – S939 за upgrade на старите системи и AM2 за новите). Благодарение на това, че DDR-II и DDR-III използват същия брой изводи (240pin) при сегашния преход AMD могат да си позволят да продават само AM3 процесори, които в зависимост от желанието на клиента да се използват с някое от множеството AM2/AM2+ дъна и по-евтината DDR-II памет или с по-ново AM3 дъно и DDR-III памет. Така се улеснява прехода към новите памет и цокъл.
Засега се предлагат два AM2+ и пет AM3 Phenom II процесори. Phenom II X4 940 работи с ядра на 3GHz, северен мост на 1.8GHz и HT на 1.8GHz/3600DDR, поддържа до DDR-II/1066 (АМ2+), има 6MB L3, 125W TDP (консумация/разсейвана мощност по спецификация) и напълно отключен множител (Black Edition). Вторият AM2+ Phenom II е X4 920, който запазва характеристиките на 940, но работи на 2.8GHz и множителят му не може да се увеличава.

Всички обявени до момента Phenom II AM3 процесори са със северен мост работещ на 2GHz, HT на 2GHz/4000DDR и 95W TDP. X4 910 работи на 2.6GHz и има 6MB L3 кеш. X4 810 също работи на 2.6GHz, но 1/3 от L3 кешът му е дезактивиран (остават му 4MB), а X4 805 работи на 2.5GHz и също има 4МВ кеш. За серията Х4 800 се използват силициеви пластини с дезактивиран кеш (заради дефекти или заради по-голямо търсене на по-евтините модели), а за серията X3 700 се използват силициеви пластини с едно дезактивирано ядро (остават общо три активни). Phenom II X3 710 работи на 2.6GHz и има 6MB L3 кеш, а X3 720 работи на 2.8GHz, има 6МВ L3 и отключен множител (Black Edition).

В бъдеще се очакват AM3 аналози на Х4 920 и 940, по-бързи модели с HT/северен мост работещи на по-голяма тактова честота (поне до 2.2GHz/4400DDR) както и модели без L3 кеш и такива само с две процесорни ядра.

В общи линии производителността на Phenom II е адекватна на цената му. X4 940 като цяло е по-бърз от C2Q9400, a X4 920 – от C2Q8300. В добавка консумацията на енергия е в разумни граници (и C’n’Q работи както се очаква), а и възможностите за overclock са добри. Всичко това показва, че Phenom II е първия наистина конкурентноспособен процесор на AMD, който може сериозно да се състезава с Core2. Един от най-подходящите модели е X3 720 Black – не прекалено скъп, висока тактова честота, голям обем кеш памет (само три ядра си споделят кеша предназначен за четири), голям overclock потенциал (отключен множител и по-малко активни транзистори отделящи топлина – едното ядро е дезактивирано), относително висока производителност при еднонишкови приложения (повечето игри) – не всички програмни продукти могат пълноценно да се възползват от 2, пък какво остава за 3 или 4 ядра – затова интерес ще представляват бъдещите X2 модели (особено ако имат L3 кеш като 65nm Phenom базирания Athlon X2 7750)

Phenom (65nm, AM2+)

След появат на първите Phenom с TLB дефект (Rev.B2) бяха добавни X3 триядрени модели (четириядрени с едно дезактивирано ядро) както и такива с по-малка консумация (със суфикс “e” – от “eфикасен” – 65W TDP вместо 95W/125W/140W). След това всички Phenom X3 и X4 бяха прехвърлени към Rev.B3 (с отстранен TLB дефект), продуктовата линия беше разширена и накрая се появиха и двуядрени модели (същата силициева пластина като останалите Phenom, но с две дезактивирани ядра) под наименованието Athlon X2. Междувременно някои модели Phenom X4/X3 (четири- и триядрени) както и обикновените Athlon X2/LE (дву- и едноядрени, базирани на Athlon64, а не на Phenom) получиха „Business Class” етикет (суфикс „В” след продуктовия номер) гарантиращ, че две години след като са обявени все още ще се продават. Похвално е, че B3 и B2 процесорите са ясно отличими – „поправените” (B3) имат моделни номера завършващи на хх50, а по-старите (В2) – на хх00. Допълнително при четириядрените B2 вариантите в официалното си наименование нямат Х4, а B3 имат – Phenom 9600/B2 и Phenom X4 9650/B3 (добавянето на Х3/Х4 като цяло обаче е излишно, тъй като самия продуктов номер е достатъчен за идентифициране на броя ядра – серия 8000 са триядрени, а серия 9000 – четириядрени).

Всички 65nm Phenom и базираните на тях Athlon X2 имат 2МВ L3 кеш. Phenom X4 9100e/9150e работи на 1.8GHz с HT на 1.6GHz/3200DDR, X4 9350e и 9450е съответно на 2GHz и 2.1GHz като и двата използват HT на 1.8GHz/3600DDR. Phenom X4 от 9550 до 9750 работят с тактова честота от 2.2GHz до 2.4GHz и HT на 1.8GHz/3600DDR. 9550 и 9650 са с 95W TDP, a 9750 се предлага както с 95W така и със 125W TDP. 9850 и 9950 са с отключен множител (Black) и работят съответно на 2.5GHz и 2.6GHz като и двата използват HT на 2GHz/4000DDR. 9850 е със 125W TDP, а 9950 се предлага както със 125W така и със 140W TDP (не всички дъна предоставят толкова мощно захранване на процесора). Phenom X4 9950 е най-бързият 65nm четириядрен процесор на AMD.

Phenom X3 8250e работи на 1.9GHz с HT на 1.6GHz/3200DDR, a 8450e – на 2.1GHz с HT на 1.8GHz/3600DDR. Всички останали Phenom X3 използват HT на 1.8GHz/3600DDR и имат 95W TDP. Предлагат се модели от 8450 (2.1GHz) до 8850 (2.5GHz) със стъпка 100MHz като от тях 8750 се предлага и в Black вариант, а 84хх и 86хх имат вариант Rev.B2 и Rev.B3 (останалите са само от по-новите В3).

Двуядрените процесори базирани на 65nm Phenom се продават под наименованието Athlon X2, използват АМ2+ (останалите обикновени Athlon X2 са AM2), HT на 1.8GHz/3600DDR и имат 95W TDP (най-вероятно тази стойност е завишена, тъй като съвпада с три- и четириядрените). Athlon X2 7750 работи на 2.7GHz и е с отключен множител (Black). Това е и 65nm Phenom процесорът с най-висока тактова честота. X2 7550 и 7450 съответно работят на 2.5GHz и 2.4GHz, а Athlon X2 6500 работи на 2.3GHz и е с коригираната ревизия B3 (въпреки, че моделният му номер не завършва на хх50).

Athlon X2 (65nm, AM2)

Athlon64 процесорите получиха последни попълнения с 65nm Rev.G1/G2. Добавени бяха четири двуядрени модела с 45W TDP (хх50е – аналози на 65W модели с номера хх00/+), а именно Athlon X2 4050e (преименуван BE2350 – 2.1GHz, 2x512K L2), 4450e (преименуван BE2400 – 2.3GHz, 2x512K L2), 4850e (2.5GHz, 2x512K L2) и 5050е (2.6GHz, 2x512K L2). Дозапълни се и обикновената Athlon X2 фамилия с моделите 4600 (2.4GHz, 2x512K L2, 65W), 5400 (2.8GHz, 2x512K L2, 65W, наличен и в Black вариант), 5600 (2.9GHz, 2x512K, 65W), 5800 (3GHz, 2x512K, 89W) и 6000 (3.1GHz, 2x512K L2, 89W). Athlon X2 6000 е и 65nm процесорът на AMD с най-висока честота, което е странно като се има предвид, че 90nm A64X2/Opteron достигат до 3.2GHz. Засега Athlon X2 6000 e с по-висока честота и от всички обявени 45nm AMD процесори, но това ще се промени в най-скоро време с появата на Phenom X4 950 и по-бързи.

Едноядрените 45W Athlon LE получиха два 65nm модела – 1640 (2.7GHz, 512K L2) и 1660 (2.8GHz, 512K L2). Появиха се и двуядрени Sempron X2 (2х256К L2, 65W, 800MHz/1600DDR HT вместо 1000MHz/2000DDR използвана при AM2 Athlon64): Sempron X2 2100 (1.8GHz), 2200 (2GHz) и 2300 (2.2GHz).

Opteron (65nm, 45nm)

Поради липсата на 65nm Athlon ядро с 1МВ L2 кеш (специалното мобилно Turion Ultra ядро се появи доста късно – по същото време като 65nm Phenom) Opteron се прехвърли от 90nm 2x1MB направо на 65nm Phenom-базирани модели. Такива са 2350HE/8350HE (2GHz, 55W съответно за двуцокълни и четири-/осемцокълни системи); от 1352 до 1356 (2.1GHz до 2.3GHz, 75W) за едноцокълни и съответно от 2352 до 2356 и от 8352 до 8356 за дву- и четири-/осемцокълни системи; Opteron 2358SE и 8358SE (2.4GHz, 105W за дву- и за четири-/осемцокълни системи) и Opteron 2360SE и 8360SE (2.5GHz, 105W за дву- и за четири-/осемцокълни системи).

За вградени системи (embedded) се предлагат Opteron 45W работещ на 1.8GHz с по 512К кеш на ядро (едноядрен и двуядрен модели) и с по 1МВ кеш на ядро (също едноядрен и двуядрен) както и Opteron 68W работещ на 2.2GHz с 1МВ кеш на ядро (едноядрен и двуядрен).
Няколко месеца преди обявяването на Phenom II се появиха четириядрени Opteron процесори използващи новия 45nm дизайн (4x512K L2, 6MB L3): за двуцокълни системи Opteron 2372HE (2.1GHz, 55W), 2374HE (2.2GHz, 55W), 2376/HE (2.3GHz, 75W/55W), от 2378 до 2384 (от 2.4GHz до 2.7GHz, 75W), 2386SE (2.8GHz, 105W) и съответните аналози за четири-/осемцокълни системи 8374HE, 8376HE, от 8378 до 8384 и 8386SE.

Мобилни процесори (65nm)

AMD разшириха гамата 65nm процесори за мобилни компютри както с няколко високопроизводителни Turion Ultra модела така и със специални модификации предназначени за ултра-тънки устройства – с минимална консумация и използващи новия BGA корпус ASB1 (безцокълно запояване, малки размери, изведен е само един контролер за достъп до DDR-II паметта). Sempron 200U (с наименование „ultra-thin” – за ултра-тънки устройства) използва ASB1, HT 800MHz/1600DDR, има 256K L2, работи на 1GHz и е специфициран с рекордно ниските за 64-битов процесор на AMD 8W TDP. Sempron 210U се отличава от 200U по тактовата си честота от 1.5GHz и TDP 15W. Athlon Neo MV-40 също като Sempron U използва ASB1 и 800MHz/1600DDR, но има 512К L2, работи на 1.6GHz и е специфициран с 15W TDP.

Стандартният за мобилните процесори на AMD цокъл S1 (предоставящ два канала DDR-II памет) се използва от: Sempron 2100+ (с наименование „fanless” – безвентилаторен), който работи на 1GHz, използва 800MHz/1600DDR, има 256K L2 и 9W TDP; Athlon64 X2 TK-42 (1.6GHz, 2x512K, 800MHz/1600DDR, 20W) и Turion 64 X2 TL-62 (2.1GHz, 2x512K, 800MHz/1600DDR, 35W).

Базирани на Turion Ultra (две 65nm Athlon64 ядра с по 1МВ L2 кеш, северен мост от Phenom с разделно захранване и HT 3.0) са следните Socket S1 модели с 1.8GHz/3600DDR HT: Athlon X2 QL-60 (1.9GHz, 2x512K, 35W); Athlon X2 QL-64 (2.1GHz, 2x512K, 35W) наричан още и Turion X2 RM-72; Turion X2 RM-74 (2.2GHz, 2x512K, 35W); Turion X2 Ultra ZM-84 (2.3GHz, 2x1M, 35W); Turion X2 Ultra ZM-88 (2.5GHz, 2x1M, 35W) и моделите с понижена консумация Athlon X2 QL-62 (2GHz, 2x512K, 25W) и едноядрения Sempron SI-40 (2GHz, 512K, 25W).

Автор: Стоян Спахиев