AMD Athlon 64 FX-51 & Athlon 64 3200+

23 septembre 2003 à 18h00
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Architecture AMD K8 : le tournant de l'informatique moderne ?

La grosse nouveauté du K8 se cache derrière la technologie x86-64 rebaptisée pour l'occasion en AMD64. Le but de cette technologie est de permettre l'exécution native de code 64 bits mais aussi 32 bits avec une particularité de taille. Là où l'architecture EPIC des Processeurs 64 bits Itanium d'Intel doit émuler le code 32 bits pour exécuter des applications, ce qui a pour effet logique de dégrader grandement les performances, AMD a choisi de rendre son processeur nativement compatible avec les instructions 32 bits. En théorie donc un Athlon 64 ou un Athlon 64 FX-51 doit exécuter sans peine des applications 32 bits sans aucune baisse de performance face à un Athlon XP, par exemple. Pour ce faire le processeur se voit muni de huit nouveaux registres généraux (GPR) supplémentaires fonctionnant en 64 bits alors que les registres existants de type EAX et EBX passent de 32 à 64 bits. L'unité d'instructions SSE se trouve enrichie de huit registres 128 bits supplémentaires supportant les instructions SSE2 développées à l'époque par Intel pour sa gamme Pentium 4 : l'architecture K8 est ainsi compatible avec les instructions SSE et SSE2 dont le but premier est d'accélérer les calculs requis par les applications audio, vidéo et 3D. Bien sûr le K8 reste compatible avec les instructions x87, MMX et 3DNow.

Afin de s'adapter aux instructions en 32 ou 64 bits le processeur offre deux modes de fonctionnement : le 'Long mode' et le 'Legacy Mode'. Le 'Long Mode' nécessite un système d'exploitation 64 bits et offre deux niveaux de fonctionnement : 64 bits pour un fonctionnement total et complet en 64 bits ou mode de compatibilité. Dans ce cas de figure le processeur est capable d'utiliser des applications 16 ou 32 bits avec un système en 64 bits. Le Legacy Mode permet pour sa part d'exploiter le processeur avec un système d'exploitation de type 16, 32 ou 64 bits.

Les changements apportés par les ingénieurs d'AMD à l'architecture ne s'arrêtent pas là et le K8 dispose d'un nombre de pipeline accru par rapport au K7 : on passe de 10 à 12 pipelines. Les ingénieurs d'AMD sont donc restés prudents afin d'éviter de reproduire l'effet Pentium 4 (NDLR : rien à voir avec l'effet Kiss Cool). Rappelons que le Pentium 4 dispose de 20 pipelines ce qui permet en théorie d'éxécuter plus d'instructions simultanément. On pourrait croire que plus la profondeur du pipeline est élevée, meilleures sont les performances. Hélas l'exécution de certaines des instructions qui alimentent le pipeline peut dépendre du résultat d'un test qui n'est réalisé qu'une fois toutes les instructions traitées. C'est là qu'intervient la prédiction de branchement qui permet, en fonction des suites d'instructions exécutées auparavant, de deviner le branchement qui doit être pris. Dans le cas où la prédiction soit erronnée, le processeur est obligé de vider le contenu des pipelines et de tout reprendre à zéro ce qui pénalise d'autant le temps de traitement. Afin de réduire un peu plus les errements du pipeline, AMD a revu le mécanisme de prédiction de branches (BPU) en l'optimisant. En premier lieu la taille du buffer a été augmentée et une nouvelle unité, branch adress Calculator, a fait son apparition. Cette unité 'BAC' calcule en un maximum de cinq cycles d'horloge les prochaines adresses de branche. Les unités de calcul en virgule flottante demeurent identiques à celles que l'on trouvait dans l'Athlon XP, et pour cause celles-ci étaient déjà excellentes.

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Architecture AMD64 : les extensions des registres - En rose les registres x86 traditionnels, en violet les extensions et nouveaux registres introduit par le K8


Autre innovation inédite jusqu'alors, le K8 intègre un contrôleur mémoire. Alors qu'à l'accoutumée le chipset est chargé de gérer les échanges entre le processeur et la mémoire, c'est ici le processeur qui s'en charge. Premier avantage : le contrôleur mémoire travaille à la fréquence du processeur. Ce choix permet de réduire de manière assez importante les temps de latence. AMD estime que l'intégration du contrôleur mémoire permet de gagner environ 20% de performances à fréquence égale entre un Athlon 64 et un Athlon XP. L'architecture K8 étant déclinée en deux processeurs distincts : l'Athlon 64 et l'Athlon 64 FX-51, ces deux processeurs utilisent des contrôleurs mémoire différents. L'Athlon 64 est muni d'un contrôleur mémoire simple canal 64 bits fonctionnant avec de la DDR 200, 266, 333, 400 et débitant donc au maximum 3,2Go par seconde alors que l'Athlon 64 FX-51 intègre un contrôleur mémoire 128 bits plus performant de type double canal et fonctionnant avec de la DDR 200, 266, 333, 400 pour un débit de 6,4Go par seconde. Revers de la médaille, l'Athlon 64 FX-51 nécessite de la mémoire DDR de type ECC pour fonctionner, alors que l'Athlon 64 se contentera volontiers d'une mémoire standard. Bien entendu le fait d'exiger l'utilisation de mémoire EEC augmentera significativement le coût déjà exorbitant d'une machine Athlon 64 FX... Ce choix technologique soulève un autre problème : il faudra forcément changer de processeur lorsque des évolutions majeures comme l'apparition de la mémoire DDR-II se feront jour. Aussi pour profiter de la mémoire DDR-II vous devrez non seulement changer de carte mère et de barrettes mémoire mais aussi de processeur. Le moins que l'on puisse dire est qu'en l'état actuel des choses les plates-formes Athlon 64 offrent une évolutivité pour le moins limitée. Notez enfin que les machines Athlon 64 employant de la mémoire non bufferisée ne peuvent compter que trois slots mémoire, contre quatre pour les machines Athlon 64 FX-51 qui utilisent de la mémoire bufferisée.

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Le K8 utilise le bus HyperTransport déjà exploité par NVIDIA et son chipset nForce 2. K8 oblige, l'HyperTransport a subi quelques modifications. Rappelons que ce bus à l'architecture client/serveur est utilisé pour connecter le processeur au chipset. Dans le cas d'une machine Opteron multiprocesseurs son rôle est encore plus important puisqu'il connecte les processeurs entre eux. Le bus HyperTransport est de type Full Duplex et sa fréquence maximale est de 1,6GHz (800MHz dans chaque sens). Il offre un débit maximal de 6,4Go par seconde et est totalement adaptable puisqu'en fonction des besoins son taux de transfert peut être réduit à volonté. En additionnant le débit de l'HyperTransport à celui du contrôleur mémoire, on peut dire qu'un système Athlon 64 FX-51 offre une bande passante totale de 12,8Go par seconde contre seulement 6,4Go par seconde pour le Pentium 4 et 9,6Go par seconde pour l'Athlon 64. L'HyperTransport est promis à évoluer, puisqu'il devrait prochainement atteindre les 2GHz.

La notion de FSB disparaît partiellement avec l'Athlon 64, le bus HyperTransport jouant désormais un rôle central notamment lorsqu'il s'agit d'overclocking. En modifiant la vitesse de l'HyperTransport, l'ensemble des composants se voient accélérés et cela profite particulièrement, du moins dans la théorie, au sous-système mémoire : en effet plus la fréquence du processeur est élevée, meilleure est la latence et meilleures sont donc les performances. Un effet boomerang qui devrait particulièrement séduire les overclockers de tout poil.
Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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