AMD Bulldozer mimarisine detaylı bakış

Yorumlar

Erdi Özüağ

İnceleme, Test ve Analiz Editörü

AMD'nin yüksek performans segmenti için hazırladığı "yenilikçi" Bulldozer işlemcilerinde artık son dönemece girilmek üzere. Geçtiğimiz hafta gerçekleştirilen GamesCom etkinliğinde Bulldozer FX işlemcili çalışan sistem sergileyen AMD, çok uzun süredir merakla beklenen Bulldozer işlemci ailesi için tasarım detaylarına ışık tutan bazı yeni dökümanlar yayınladı.

Bulldozer mimarisi, Intel ve AMD'nin güncel mikroişlemci tasarımlarıyla kıyaslandığında AMD adına yeni bir sayfa açıyor ve radikal değişikler sunan yepyeni bir mimari anlayışı, farklı bir mühendislik yaklaşımıyla masanın üzerine koyuyor. 2003 yılında lanse edilen K8 mimarisinden (Athlon64 ve Opteron işlemciler) bu yana AMD adına en büyük güncelleme olan Bulldozer, bağımsız ve paylaşımlı işlemci kaynaklarının bir arada olduğu ölçeklenebilir yapı sunuyor.

AMD'nin Bulldozer işlemcileri için yeni dökümanlar yayınlandı

Bulldozer kod adlı yeni nesil işlemci mimarisinin genetik yapısını modül sistemi oluşturuyor. İki adet 128-bit FMA özellikli kayar nokta ünitesi, 256-bit genişliğinde tek bir FPU biriminde kombine edilirken, bu tasarım her biri 4 iş hattına sahip olan iki tam sayı çekirdeği ile destekleniyor. Yeni mimari ile birlikte AMD ayrıca paylaşımlı L2 (Seviye 2 bellek) tasarımını da gündemine alıyor. Bilindiği üzere şirketin güncel mikroişlemci tasarımında her çekirdek için bağımsız L2 birimi, çekirdekler arası ortak kullanıma açık L3 bellek ile desteklenirken, Bulldozer ile birlikte paylaşımlı L2 bellek birimi kullanılıyor ve tüm bu özellikler tek bir modülü oluşturuyor.

En basit tanımlama ile 4 çekirdekli Bulldozer işlemcisinde 2, 6 çekirdekli Bulldozer işlemcisinde 3 ve 8 çekirdekli Bulldozer işlemcisinde ise 4 adet modül bulunuyor. Bu noktada bir detayın altını çizmek gerekiyor. Geçtiğimiz yıl düzenlenen Hot Chips konferansı'nda AMD, Bulldozer mimarisinin temel bazı tasarım özelliklerini paylaştıktan sonra yeni bir tartışma başlamış ve kimi kaynaklar, paylaşılan fonksiyonların yapısı itibariyle aslında her modülün tek bir çekirdek olduğu iddiasını gündeme getirmişlerdi. AMD ise bunun gerçeği yansıtmadığını her modülün iki fiziksel çekirdek içerdiğini altına basa basa dile getiriyor. Tamsayı iş hattı ve Seviye 1 bellek gibi yüksek kullanımlı fonksiyon ve özelliklerin paylaştırılamayacağını ifade eden AMD, buna karşın kayar nokta iş hatları ve Seviye 2 bellek gibi fonksiyonlarının ise çekirdekler arasında paylaştırılabileceğini ifade ediyor. Paylaştırılan fonksiyonların sağladığı kazanımn ise modül içerisindeki çekirdeklerin her birinin, kayar nokta gibi daha büyük ve daha hızlı fonksiyonları kullanabilmesi ve bunun toplamda her çekirdek için atanmış daha küçük fonksiyon kaynaklarına göre toplamda daha az zar alanı gerektirmesi.

AMD'nin yeni tasarım anlayışı yapısı itibariyle Intel'in Hyper-Threading destekli tek çekirdek tasarımından ayrılıyor. Bulldozer mimarisinde her izlek için atanmış programlayıcılar ve tam sayı üniteleri kullanılırken, Intel'in HT destekli çekirdek tasarımında ise tüm izlekler var olan hazır kaynaklar için çekişmeli. Buraya kadar kısaca özetlemek gerekirse, her bir modülde yer alan çekirdekler iki adet 128-bit FMAC destekli kayar nokta ünitesini, iki adet 128-bit tam sayı SIMD ünitesini ve Seviye 2 bellek birimini paylaşıyorlar. Birden fazla modül ise Seviye 3 bellek birimi ile birlikte güncellenen çift kanal bellek kontrolcüsünü paylaşıyor. Bulldozer mimarisi aynı zamanda bellek seviyesinde daha yüksek paralellik getiriyor. Kapsamlı Yeni Güç Yönetim Özellikleri de Bulldozer mimarisinin bir diğer önemli yenilik alanı. Öte yandan 256-bit kayar nokta uygulamalarına destek içeren AVX komuseti desteği de yeni mimari için AMD tarafından altı çizilen özellikler arasında yer alıyor.

Bulldozer mimarisindeki her modülde 2MB büyüklüğünde Seviye 2 bellek kapasitesi yer alıyor yani yeni mimariyi kullanan FX serisi işlemciler modeline göre 8MB'a varan L2 bellek birimi ile geliyor. Seviye 3 bellek kapasitesinin de 8MB olduğu düşünülürse 8 çekirdekli yeni FX işlemcilerinde 16MB bellek birimine yer verilecek. Her çekirdek için 16kB büyüklüğünde dört yollu Seviye 1 bellek kapasitesine ve her modül içinse 64 kB büyüklüğünde çift yollu Seviye 1 bellek kapasitesine yer veriliyor. Her çekirdek için her döngüde 4 bağımsız aritmetik ve bellek hesabı yapabilen çift ALU ve çift AGU donanımlı çift tamsayı çekirdeği bulunurken, bunlar aynı zamanda çok izlekli tamsayı uygulamalarında performansı ciddi oranda arttıran tamsayı programlayıcılarını ve uygulama işhatlarını çoğaltarak çift izleğin her biri için dedike donanım sunma yetenekleri getiriyor. Modül tasarımının AMD tarafından gündeme getirilen en büyük avantajlarından birinin zar boyutunu diğer tasarımlara göre daha kompakt tutabilmesinin olduğunu söylemiştik. Bu noktada AMD cephesinden gelen verilere bakılırsa, aynı modül içerisinde yer alan ikinci tamsayı çekirdeğinin, ilgili modülün zar boyutunu %12 arttırdığı, çip seviyesinde değerlendirildiğinde ise toplam zar boyutunu %5 arttırdığı ifade ediliyor.

Bulldozer mimarisinde, her modülde yer alan simetrik yapıdaki 128-bit FMAC kayar nokta birimleri eğer tamsayı çekirdekleri AVX komutsetlerini hızla bitirmeye karar verirse, bu birimleri 256-bit genişliğinde daha büyük bir birim olarak konfigüre oluyorlar. Yeni mimaride, Intel'in kısaca AVX olarak bilinen Gelişmiş Vektör Uzantıları'na ek olarak SSE4.1, SSE4.2, AES ve CLMUL ile birlikte AMD'nin 128-bit genişliğindeki XOP, FMA4 ve CVT16 gibi komut setleri de destekleniyor. Aslına bakılırsa bunlar, AMD'nin SSE5 komut setleri ile benzer görevleri içeriyor ancak farklı olarak Intel AVX ile de kodlama seviyesinde uyum sergiliyorlar. Bu noktada AMD'ye özel FMA4 ve XOP komutları için ayrı parantez açmak gerekiyor. AMD'nin resmi dökümalarına göre FMA4 yüksek başarımlı bilgi işlem uygulamalarında, XOP ise nümerik uygulamalar, çoku ortam uygulamaları ses/radyo için kullanılan uygulamalarda kullanılıyor. Yazımızda sıkça geçen ve Bulldozer tarafından desteklenen AVX komutları ise sinyal işleme, çoklu ortam, bilimsel simülasyonlar, finansal analizler ve 3D modelleme gibi alanlarda kullanılıyor.

AMD'nin Bulldozer tasarımında her modül 213 milyon transistör içeriyor. 0.8v ile 1.3v arası gerilim düzeyinde görev yapması beklenen modüllerde, 4GHz ve üzeri hızların mümkün olduğu da ifade ediliyor. Bulldozer mimarisindeki Turbo Core 2.0 teknolojisiyle ilgili ilk detayları dünyada ilk defa Donanimhaber.com farkıyla daha önceki haberlerimizde sizlerle paylaşmıştık. AMD'nin son çıkan dökümanları bir kez daha bizleri doğrulamış oldu zira Bulldozer tabanlı yeni nesil FX işlemci ailesinde Turbo Core 2.0 teknolojisi iki farklı profile sahip. İşlemcinin o anki ısıl tasarım gücüne bağlı uygulamanın ihtiyaçları doğrultusunda ya çekirdelerin yarısı C6 uyku moduna alınarak diğer yarısında saat hızları arttırılıyor ya da tüm çekirdekler için saat hızı arttırımına gidilebiliyor. Bu noktada Turbo öncesi işlemcinin bu artışı uygun olmayacağı yönündeki kontrol donanım ve yazılım sürecinde Intel'in Turbo Boost teknolojisine göre bir takım farklılıklar da içermiyor değil.

Bulldozer tabanlı yeni nesil FX işlemcilerin daha genel özelliklerine de kısaca değinmekte fayda var. GlobalFoundries'in Dresden, Almanya'daki tesislerinde 11 metal katmanlı 32nm SOI fabrikasyon süreciyle üretilen yeni işlemcilerle birlikte AMD de, Intel'in çok uzun süredir kullandığı gibi High-K Metal Kapı kullanımına geçiş yapıyor ve üretim aşamasındaki bu güncelleme sayesinde transistörledeki akım kaçalarının çok daha aza indirgenmesi sağlanıyor. Hyper Transport 3.1 teknolojisini destekleyen yeni nesil FX işlemciler bu sayede 25.6 GB/sn seviyesinde bağlantı bant genişliğine sahip olacak ve bu bağlantı 3.20 GHz, 6.4 GT/sn hızında gerçekleştirilecek. Entegre bellek kontrolcüsü üzerinden 1866MHz'e kadar çift kanal DDR3 bellek desteği sunan Bulldozer tabanlı işlemciler, aynı zamanda hız aşırtma ile daha yüksek bellek hızlarıyla da kullanılabilecek.

Soket AM3+ formunda hazırlanan işlemciler sadece Soket AM3+ formundaki anakartlarla yani 900 serisi çipsete sahip anakartlarla kullanılabilecek. Bu noktada geriye dönük destek olmayacak ancak şu an satılmakta olan Soket AM3 formundaki Athlon II ve Phenom II işlemciler için ileriye dönük destek mümkün kılınıyor ve bu işlemcilerin 900 serisi anakartlarla kullanılmasına olanak tanınıyor ki zaten bu anakartlar Haziran ayından beri piyasada ve çok sayıda kullanıcı Athlon II / Phenom II işlemcilerle tecrübe etti bile. Bulldozer tabanlı FX işlemcilerin ısıl tasarım güçleri 125 Watt olacak ancak AMD bazı modellerin 95 Watt TDP'li alternatif versiyonlarını da pazara sunacak. 2012'de ise Bulldozer mimarisini kullanan ve Trinity kod adlı Fusion işlemciler devreye girmiş olacak ve AMD yeni mikroişlemci mimarisini farklı fiyat segmentlerinde de sunmaya başlayacak. Henüz resmi satış fiyatları bilinmeyen 2011 model FX işlemci ailesinin 350$'ın altında fiyatlandırma ile sunulması beklenirken, işlemcilerinin tamamının çarpan kilidi açık olarak sunulacağını yani hız aşırtma dostu profil sergileyeceklerini belirtmekte de fayda var.