AMD“Bulldozer”“Bobcat”架构解读

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1、AMD“Bulldozer”“Bobcat”架构解读张健浪《微型计算机》2010年10月上2010-11-15每一次的微处理器革命，都是由微架构的转变而引发，在三年前，IntelCore微架构将CPU指令效能推向新的制高点，一举扭转了被动的局面、重新在市场上确立王者地位。不过这一次，革命的“接力棒”转移给了AMD。8月24日，美国加州帕洛阿尔托市举行了第22届HotChips高性能芯片会议，AMD的总设计师MikeButler和BradBurgess均出席会议，他们详细披露了新一代微架构的“推土机”(Bulldozer)、“山猫”

2、(Bobcat)的大量技术细节，并宣布AMD将于下一个年度推出相关产品，这也标志着AMD从此进入到一个新的起点。微架构：CPU的基石微架构是处理器平台的基础，所谓微架构，实际上是指CPU处理指令的模式，比如指令的预取、解码、预测、执行，整数单元、浮点单元的设计，核心与核心之间的协同耦合等等。这些要素构成微处理器的基础，一旦确立就不会再作大的改动，而只是在半导体生产工艺、缓存设计方面下功夫。由于微架构决定了处理器的工作方式，它直接决定了处理器的特性，包括性能极限、功耗、制作成本等要素，假如微架构设计糟糕，那么即便生产工艺如何先进、缓

3、存如何巨量，都于事无补——前车之鉴就是Intel饱受诟病的Netburst、也就是Pentium4体系。相反，如果微架构十分优秀，那么较少的缓存、落后的制作工艺，都可以有表现更好的产品——比如与Pentium4同时代的AMD处理器。或许也是受到Netburst刺激，Intel在代号为“Merom”的Core架构中走到非主频的另一个高峰，它将提升指令效能作为第一要务，首次在X86处理器中实现4路指令解码，这项设计令Core微架构展现出惊人的计算效率，并让Intel重新获得全方位的领先优势。在这以后，Core架构已经过两代改良，而且I

4、ntel将在2011年推出的SandyBridge，将会是它的第三代改良，在本质上，同第一代Core架构并没有什么不同。与此构成鲜明对比的是，AMD现今的所有处理器，其实都还是沿用2003年推出的K8微架构，也许你会认为AMD在2007年发布了更新的K10架构，但K10只不过是K8的改良体，它的内核依然是K8体系——换言之，AMD的K8架构用到现在已经整整8年有余，这同处理器产品、制作工艺的快速更新换代构成了鲜明的对比。在AMD的规划中，它们本该在2007年时候推出新一代革命性的微架构，但出于种种缘由，它们最后只是搞出小修小补的K

5、10，至于所谓“革命性的新架构”则是年复一年一拖再拖，以至业界完全对此丧失了兴趣。好在AMD在这期间成功并购了ATI，通过图形技术来弥补自身不足，尤其是这两年随着图形领域的强势，AMD在整个计算平台市场上重新恢复强势地位，并在如消费级移动市场等许多领域都给Intel带来麻烦。图1IntelCore微架构，它的高性能奥秘主要就在于可并行解码四条指令。假如AMD要完全恢复与Intel的对等竞争地位，推出新一代架构几乎是唯一的方法——Bulldozer和Bobcat架构的适时出台，便是这样的一个积极信号，针对桌面和服务器用户的Bulld

6、ozer，只要能够在现行K10处理器基础上提升20%的性能，就足以给Intel带来重大威胁；而针对超便携平台的Bobcat，在面对Atom时应该可以很轻易打出性能牌。图2Bulldozer和Bobcat架构分别面向高性能、桌面市场和超移动市场。这种美好的期许是否会成为未来的现实？现在，就让我们深入地了解Bulldozer和Bobcat具有哪些特性。Bulldozer：四路并行解码与多内核制胜每个时钟周期能并发执行多少条指令，这个硬指标决定了CPU的指令效能——并发3条与并发4条的区别就是高达33%的性能差距。四路并行解码长期以来，

7、我们都知道诸如ARM、PowerPC、MIPS等RISC架构的处理器，在指令性能上都远高于同时代的X86芯片，原因就在于RISC体系的指令系统是经过精简优化的，20%的常用指令具优先权，余下80%指令处于次级地位，那么在微架构的设计中，RISC芯片可以轻松做到4发射、也就是并发执行4条指令，而不会影响到频率的提升。与此形成鲜明的对，X86是一种复杂的原始指令，在过去的30年间它都只停留在3指令发射阶段，一旦提高到4指令发射就会严重影响到频率的提升。Intel的Netburst和AMD的K8体系都是3指令发射，前者不幸拥有长流水线，

8、导致指令效能十分低下。实际上Intel很快就意识到Netburst存在的问题，它让以色列的研发部门完成下一代架构“Merom”、也就是现在的Core架构的设计。Core架构最大的特点就是从RISC中吸取营养，它对X86指令进行融合优化、使其变得精简