推土机处理器（Intel Nehalem开发的处理器）

简介

AMD“推土机”是代号Bulldozer（推土机）的全新架构,“推土机”架构最早是在2007年年中提出的，当时计划采用45nm工艺，2009年上半年发布，竞争Intel Nehalem，不过可能是因为45nm K10 Phenom系列进展不顺，新架构被推迟了。在AMD的发展规划中在2009-2010年间都是45nm Phenom打天下，32nm工艺产品要到2011年才会发布，也就是“推土机”架构。

“推土机”是AMD彻底重新设计的核心，将成为AMD下一代高性能处理器技术，用于客户端和服务器领域，相比于Opteron 6100系列会增加33%的核心、大约50%的性能。

作为崭新一代的处理器构架，AMD“推土机”将采用32nm SOI工艺，这让“推土机”相比“Magny-Cours”皓龙处理器可以在不增加功耗的前提下增加33%的核心数量、增加50%的吞吐量。

与AMD之前所有处理器都有所不同的是，“推土机”采用了“模块化”的设计，每个“模块”包含两个处理器核心，这有些像一个启用了SMT的单核处理器。每个核心具有各自的整数调度器和四个专有的管线，两个核心共享一个浮点调度器和两个128位FMAC乘法累加器。

“推土机”处理器

推土机FX系列处理器架构示意图

型号规格

推土机家族的桌面版本“赞比西河”(Zambezi)将分为三个子系列，分别是八核心的FX-8000、六核心的FX-6000、四核心的FX-4000。首发型号四款，包括两款八核心、一款六核心和一款四核心；到年底的时候还会追加另外四款，主要是速度上的提升。

推土机FX8.429G主频破世界纪录

高端版本“FX-8130P”为四模块八核心，二级缓存8MB(每模块2MB)，三级缓存最大8MB，热设计功耗125W；之下是同样八核心的“FX-8110”，应该是频率略有降低，热设计功耗也降至95W，其他相同。

六核心是“FX-6110”，三模块，二级缓存相应地减至6MB，四核心则是“FX-4110”，双模块，二级缓存4MB，热设计功耗都是95W。

Bulldozer（推土机）架构中的另一个新元素就是采用了基于集群的多线程技术。Bulldozer的内核模块是一个可以同时运行两个线程的处理组件，两个内核可以执行两个完全不会相互干扰的线程，有点类似于Intel的双核处理器的超线程奇数。

多簇式多线程技术

尽管双核、多线程和Bulldozer在线程并行执行方面是相同的，但是内核的分区却截然不同。多线程就是在一个单个的处理核心内同时运行多个工作线程的技术，和CMP芯片多处理器技术不同，后者是通过集成多个处理内核的方式让系统的处理能力提升，市场上主流的多核处理器都是用了CMP技术，而像Pentium 4、Core i7这样的处理器带的“超线程技术”则属于多线程奇数，而Bulldozer是基于集群化多线程架构，Cluster-Based Multi-threading：CMT，也称多簇式多线程技术。

设计集群化

在Intel的超线程方案中，采用的是复制处理器架构状态的方法来实现超线程，核心内部并没有增设一套额外的硬件执行单元来处理多线程，只是增加了处理器中存储线程有关数据的单元数量，病在硬件执行单元空闲时将这些数据送往其中处理，一边增加处理器执行单元的利用率。这种设计有一定的缺点，比如它只使用了一个指令窗口来负责两个线程的调度、执行和引退，效率并不高。这就像是生产线只有一名管理调度人员，一个人很难同时处理两个任务，这样有时候便会出现生产线故障，而处理器在碰到这种情况时性能泽辉出现明显的下降。

相对于传统超线程或双核技术，Bulldozer这种设计集群化架构的理念是让双核模块在多线程运算中更高效。Bulldozer每一个模块中加入了额外的执行单元，每一个模块都具备可以将一个大任务细分为多个并行任务的能力，这些生产线可以按需要任意整合，不会对整个装配线的效能造成影响。因此CMT技术的效能要高于传统的多线程方案。根据AMD介绍，单个“推土机模块”可以达到80%左右的多线程性能提升，而且所用的晶体管数目似乎并不比Intel的超线程奇数更多，这是一个相当鼓舞人心的成就。

全核心技术

Turbo Core技术主要是指对于一些没有完全消耗到最大程度的工作负载，去加快时钟速度。在多种不同工作负载上，使用了Turbo Core可以最大增加500兆赫兹的性能。最重要的一点，Turbo Core加速指的是所有核的加速，和有些核加速技术明显不同，以往的核加速技术可能需要关闭一些核，只对部分核进行加速。采用Turbo Core技术，最多可以使所有核增速500兆赫兹，如果再关闭一些核运转的情况下，加速将会超过500兆赫兹。同时我们还对内存控制器进行了进一步优化，从而提高内存的吞吐量。

除了每个核心独享4个整数计算管线，在浮点运算上，“推土机”采用了“FlexFP”技术，两个核心共享一个浮点调度器和两个128位FMAC乘法累加器，可以进行组合，每个时钟周期可以完成两次64位双精度计算或4次32位单精度计算。如果一个核心没有进行浮点运算，那么另一个核心可以占用这两个128位的FMAC，在一个时钟周期完成4次双精度运算或8次单精度计算，AMD将其命名为 AVX模式。这种技术保证了“推土机”的浮点运算能力，在高性能计算中并不会因为“共享”而牺牲性能。

新接口和新工艺

推土机处理器将采用Socket AM3+接口，942个针脚，不同于938个针脚的Socket AM3接口，其好处是可以支持DDR3-1600内存和高级节能技术，而且AM3+将是AMD的最后一代针脚栅格阵列(PGA)封装，之后将改用触点栅格阵列(LGA)，等到Fusion融合处理器降临的时候就会使用LGA AF1新接口，触点多达1591个，支持DisplayPort 1.2标准、PCI-E 3.0规范(32条信道)、四通道内存。

加强型内存控制器

AMD首家推出集成内存控制器，根据AMD在这一领域的经验和非常好的技术，又在这一代产品中全面提升了内存控制器的性能。首先对内存控制器在效率方面进行了针对性的重新设计和完善，因此实现30%的内存性能提升。在提升30%性能基础上，让内存支持1600MHz频率，可以获得额外20%的性能。两项加起来，可以实现内存控制器50%吞吐量提升

同时支持AVX指令和SSE指令

FLEX FP是AMD至今为止最有创新意义的浮点计算技术，每一个模块都有一个FLEX FP进行浮点运算。如果使用传统128位编码，意味着每个核会有单独的浮点运算单元。与友商相比，如果在128位编码前提下，AMD所执行的数量多一倍。如果是256位AVX编码，Bulldozer可以把两个浮点运算单元放在一起执行。所以在256位编码执行模式下，与友商比较，执行的数量是一样的。但是Bulldozer有一个非常大的优势，就是可以同时执行256位AVX指令和SSE指令。而友商就不能做到这点，他们只能在AVX或SSE中选择其一，这样的优势能够让Bulldozer在高性能计算、媒体编解码以及在一些技术型运算方面有更高的性能。

更先进的电源管理技术

每个模块内第二个整数核心所需要的电路只占总核心面积的12%，从芯片级别上讲这只会给整个内核增加5%的电路。更多的核心、更少的空间，这显然有利于提高单位功耗、单位成本的性能。

能耗大小是由被通电时钟数量决定的，它取决于执行一个普通指令（运算）需要让多少晶体管处于通电状态。在最大时钟供电的百分比下，正常应用状态和闲置状态下，Bulldozer都具有非常好的能耗表现。同时在各能耗单位上进行了优化，可以在各种单位下进行电源关闭。高性能运算能耗之所以高，主要是由于浮点运算，而一般应用运算主要是在执行单元消耗得最高。同时还有闲置状态下，AMD的技术可以做到对于那些完全用不着的核，把电源完全关闭。AMD产品有一个大转型，AMD推出了新插槽，2011年推出的推土机可以使用2010年的插槽。而友商为推出新平台，同时推出了新插槽，这也使得AMD更占优势。^[1]