AMD i paradoks Zenona

Wśród licznych paradoksów Zenona z Elei, szczególnie znany jest ten o strzale, lecącej w kierunku tarczy zawieszonej na drzewie. Choć wydaje się oczywiste, że dotrze do celu, to całkiem logiczne rozumowanie dowodzi czegoś zupełnie przeciwnego.

Aby dolecieć do tarczy, strzała musi najpierw znaleźć się w połowie drogi. Jednak tę połowę można podzielić na dwie równe części; te również poddają się podziałowi, aż do nieskończoności. W efekcie, strzała nigdy nie doleci do tarczy, bo zawsze będzie musiała dotrzeć do połowy jakiegoś - coraz krótszego - odcinka.

Powyższy paradoks łatwo dziś wyjaśnić, a do wyjaśnienia sprzeczności pomiędzy rozumowaniem a empirią wystarczy zastosować powszechnie znane wzory na sumowanie nieskończonej liczby malejących elementów. Zenon został jednak przywołany nie bez powodu, lecz w kontekście działań firmy AMD. Producent ten bowiem nieustająco sprawia wrażenie, że wielki przełom technologiczny jest tuż za zakrętem, jednak ma wyjątkowe problemy z dostarczaniem działających produktów do sprzedaży.

Można to zaobserwować chociażby na przykładzie procesorów Athlon XP. Mimo że 10 lutego b.r. odbyła się światowa premiera układu oznaczonego symbolem 3000+, to w tym samym czasie zakrawa na cud kupienie komputera z procesorem 2600+. Jednak najciekawsze jest obserwowanie poczynań AMD, dotyczących najnowszej rodziny procesorów, które być może nieliczni wybrańcy będą mogli kupić już w tym roku. Chodzi oczywiście o układy Athlon 64 i Opteron, czyli pierwsze 64-bitowe procesory do komputerów stacjonarnych i serwerów, które potrafią wykonywać również stary 32-bitowy kod. W praktyce oznacza, że będzie można na nich uruchomić np. standardowe Windows i pakiet Office, a także dowolną grę.

Działające komputery z tym procesorem dziennikarze mogli zobaczyć już rok temu, podczas targów CeBIT. Obsługa wprawdzie nie pozwalała na samodzielną pracę z zestawem, nie mówiąc o uruchamianiu programów testowych, ale można się było przyjrzeć im z bliska. Tymczasem prawie rok później, podczas targów Komputer Expo w Warszawie, AMD wystawia "aż" jedną maszynę z układem Athlon 64. Komputer umieszczony jest za grubą szybą, pilnują go ochroniarze, a na noc odwożony jest do sejfu przez uzbrojonych konwojentów. O mocy nowego procesora przekonywać ma film, wyświetlany na podłączonym monitorze. Zaraz po zakończeniu targów komputer odleciał do Londynu.

Kiedy pierwsze oficjalne próbki procesorów Athlon 64 i Opteron trafią do redakcyjnych testów - nie wiadomo. Według najświeższej informacji, jaką dysponujemy, ich premiera odbędzie się we wrześniu b.r. Pewne jest natomiast, że od tej chwili upłynie jeszcze kilka miesięcy, zanim staną się powszechnie dostępne w sprzedaży. W międzyczasie zadowolić się musimy informacjami teoretycznymi na temat nowego procesora, które co jakiś czas przeplatane są komunikatami o kolejnym przesunięciu premiery układów. Mimo wszystko, warto przyjrzeć się bliżej, czego możemy spodziewać się po tych najbardziej dziś wyczekiwanych procesorach. Przyznać trzeba, że niezależnie od powyższych narzekań, innowacyjność ich konstrukcji nie pozwala o nich zapomnieć, nawet jeśli na razie istnieją głównie na papierze.

Rozmnożone bity

Pierwszą i najbardziej oczywistą różnicą w stosunku do starszych procesorów jest fakt, że nowy procesor AMD to układ 64-bitowy. Nie jest to wprawdzie pierwszy 64-bitowy procesor na rynku, ale jako pierwszy ma jednocześnie zachować pełną zgodność z listą poleceń x86. Z tego powodu będzie konkurować nie tylko na rynku serwerów (w tym przypadku alternatywą są np. procesory Itanium Intela), ale trafi również do zwykłych komputerów stacjonarnych i przenośnych.

Sześćdziesiąt cztery bity będą istotne szczególnie w przypadku aplikacji korzystających intensywnie z pamięci i przesyłających duże bloki danych. Do tego typu programów należy wiele nowych gier, ale także np. serwery bazodanowe. Oczywiście największy wzrost wydajności będzie można zauważyć dopiero w momencie, gdy zarówno sam system operacyjny, jak i konkretne aplikacje, zostaną już skompilowane do postaci 64-bitowej. Im mniej takiej optymalizacji w oprogramowaniu (a na początku większość użytkowników wciąż będzie korzystać z aplikacji 32-bitowych), tym przyrost wydajności mniejszy. Wtedy jednak istotne okażą się inne unowocześnienia, które AMD wprowadził do nowego procesora.

Procesor może działać w trzech trybach: pełnym 64-bitowym, w trybie kompatybilności i w trybie 32-bitowym.

Gdzie jest most?

Dokładniej mówiąc, chodzi o mostek - północny w tym przypadku. Procesory Athlon 64 i Opteron nie będą go potrzebować do komunikacji z pamięcią. W tradycyjnym rozwiązaniu, w przesyłaniu danych pomiędzy pamięcią a procesorem pośredniczy właśnie mostek północny, czyli część chipsetu. Procesor połączony jest z mostkiem północnym za pomocą szyny systemowej o określonej szybkości. Tymczasem w przypadku najnowszych układów AMD, kontroler pamięci został wbudowany bezpośrednio w procesor. Oznacza to, że pominięto zupełnie jakiekolwiek pośrednictwo w transmisji danych.

Rozwiązanie takie przynosi wiele korzyści. Przede wszystkim, można uniknąć dzięki temu dodatkowych opóźnień, wynikających z konieczności przesyłania danych przez dodatkowy chipset. Poza tym, w konwencjonalnych konstrukcjach jakość mostka północnego bardzo wyraźnie wpływa na wydajność systemu. Błędy w niektórych konstrukcjach sprawiają, że procesory działają z wydajnością znacznie niższą od maksymalnej. Ponieważ AMD pozostawia produkcję chipsetów firmom zewnętrznym, zawsze narażone jest na pewne ryzyko, związane z ewentualnymi błędami w tych konstrukcjach. Zintegrowanie z procesorem kluczowego podzespołu, jakim jest kontroler pamięci, jest zatem całkiem logicznym rozwiązaniem.

Z procesorem został także zintegrowany kontroler magistrali HyperTransport, o przepustowości 6,4 GB/s. Łączy ona procesor z magistralą AGP 8X i z odpowiednikiem mostka południowego, który odpowiada za wszystkie operacje wejścia / wyjścia, czyli ma wbudowany kontroler twardych dysków, PCI, USB itd.

Gdy jest nas wielu

Zapowiadając nowe procesory i ogłaszając nazewnictwo, AMD uczyniło wyraźne rozróżnienie. Athlon 64 przeznaczony jest do komputerów stacjonarnych i przenośnych i bezpośrednio nawiązuje do bardzo znanej marki. Z kolei układ w wersji do serwerów nazywać się będzie zupełnie inaczej - Opteron. Intencje AMD są jasne - firma dąży do tego, aby przekonać potencjalnych klientów, że myśli poważnie o rynku serwerów. Faktem jednak jest, że Opteron został wyposażony w kilka dodatkowych, ciekawych rozwiązań.

Pierwsza różnica w stosunku do Athlona 64 dotyczy kontrolera pamięci. W Opteronie znajduje się kontroler podobny do tego, który znamy chociażby z chipsetów nForce2, czyli dwukanałowy. Oznacza to, że maksymalna przepustowość pamięci jest dwukrotnie wyższa od podstawowej, pod warunkiem, że korzystamy z dwóch modułów pamięci. Oprócz tego z Opteronem zintegrowane są aż trzy jednostki HyperTransport zamiast jednej.

Architektura systemów bazujących na kilku jednostkach Opteron będzie bardzo ciekawa i zupełnie odmienna od tej, którą znamy z procesorów Athlon MP czy Xeon. Największe różnice dotyczą oczywiście dostępu do pamięci. Ponieważ każdy z procesorów ma swój własny kontroler pamięci, to do części systemowych zasobów ma dostęp błyskawiczny. Z drugiej strony, pojawia się problem synchronizacji zasobów, ponieważ np. w systemie czteroprocesorowym mamy aż cztery kontrolery pamięci, a nie zawsze jest tak, że procesor wykorzystuje tylko swoje lokalne dane; często musi sięgać do tych banków pamięci, które są obsługiwane przez inne procesory. Dla takie trybu pracy AMD ukuło nazwę "XFire", czyli ogień krzyżowy. Dlatego też opracowano zaawansowany mechanizm próbkowania, którego zadaniem jest synchronizacja zasobów. Co ciekawe, próbkowanie nie wprowadza dodatkowych opóźnień w przypadku systemów 2-procesorowych - czas takiej operacji jest krótszy niż typowe opóźnienia w transmisji danych. Dopiero przy systemach czteroprocesorowych próbkowanie może mieć minimalny wpływ na wydajność.


Zobacz również