Der AMD K10 (Phenom) Stammtisch Modelle, Daten, Benchs ...

Wilkommen im AMD Phenom Stammtisch
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Heute, am 10. September 2007, hat AMD die 3. Generation ihrer AMD Opteron Serverprozessoren, mit dem Codenamen Barcelona, vorgestellt. Der Barcelona basiert auf einer neuen und verbesserten K8-Architektur, dem K10. Der K10 (auch AMD 10h-Family genannt) ist ein x86 Prozessor welcher auch x86-64 (64 Bit) unterstützt. Zudem ist der Barcelona (K10) der erste native Quad-core, d.h. alle vier Kerne der CPU sind auf einem einzigen Die.

Für die neue AMD Opteron-Generation hat AMD auch ein neues Logo präsentiert:

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Der AMD Opteron ist eine Server- & Workstation CPU, setzt auf den Sockel F+ (1207), unterstützt je nach Variante bis zu zwei (AMD Opteron 23xx) oder mehr CPUs (AMD Opteron 83xx) auf einem Mainboard und nutzt reg. DDR2-667. Folgende Varianten sind ab heute verfügbar:

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Hier nochmal in Tabellenform zusammen gefasst:

Desktop
Bezeichnung ........| .........Taktraten .| ......TDP|.Preise|

Phenom X4 GP-7100 .........2,2 - 2,4 GHz .....89 Watt
Phenom X4 GP-7000 .........2,0 - 2,2 GHz .....89 Watt

Phenom X2 GP-6800 .........2,4 - 2,8 GHz .....89 Watt
Phenom X2 GP-6650 .........2,2 - 2,6 GHz .....65 Watt
Phenom X2 GP-6550 .........2,0 - 2,4 GHz .....65 Watt

Das neue B2-Stepping ermöglicht beim
Phenom X2 bis zu 3.4 GHz

und beim

Phenom X4 ebenfalls beachtliche 3.24 GHz.

Server
Bezeichnung ........|...... .Taktraten .| ........TDP| ....Preise|
Barcelona 2344 HE ...........1,7 GHz .............68W ......206$
Barcelona 2347 HE ...........1,9 GHz .............68W ......372$
Barcelona 2347 ................1,9GHz ..............95W ......312$
Barcelona 2350 ................2,0GHz ..............95W ......372$

Barcelona 8346 HE ...........1,8GHz ..............68W ......688$
Barcelona 8347 HE ...........1,9GHz ..............68W ......861$
Barcelona 8347 ................1,9GHz ..............95W ......774$
Barcelona 8350 ................2,0GHz ..............95W .....1004$
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Die AMD Opteron CPUs aus der 8000-Serie sind deutlich teurer, da sie auch auf >2-Sockel Systemen eingesetzt werden können. Später in diesem Jahr sollen weitere, höher getaktete, Opterons auf den Markt kommen.


Architekturveränderungen am Barcelona (K10) gegenüber dem K8

Die Änderung, die einem wohl als erste auffällt, sind die vier Kerne, die der K10 besitzt (bezieht sich natürlich nicht auf die K10 Dual-cores). Dazu hat AMD aber nicht einfach zwei Dual-cores zusammen gepackt, sondern ein natives Quad-core Design entworfen, damit die Kerne untereinander ohne Behinderungen und auf direktem Wegen kommunizieren können. So skalieren die Kerne besser und man kann Flaschenhälse umgehen - im Gegenzug muss man aber eine teurere und komplizierte Fertigung/Entwicklung in Kauf nehmen. Der K10 ist aber nicht einfach nur ein K8 Quad-core (was bei dem früheren Codenamen K8L möglich erscheint), sondern es wurden an vielen Stellen Verbesserungen vorgenommen, die Wichtigsten werde ich hier aufführen:

Neue Cache-Struktur
Der K8 besitzt 128Kb L1-Cache (64Kb Data + 64Kb Inst.) und je nach Kern 512Kb oder 1024Kb L2-Cache. Ein K8 Dual-core hat logischer Weise doppelt so viel Cache. Der K10 hat beim Cache einige Veränderungen erfahren. Der L1-Cache ist mit 128Kb gleich groß geblieben, jetzt aber mit 256Bit angebunden (K8: 128Bit), was den Datenaustausch zwischen L1-Cache und Kern beschleunigt. Der L2-Cache beträgt beim K10 bei allen Versionen 512Kb pro Kern, es wurden also Versionen mit 1024Kb L2-Cache abgeschafft. Neu eingeführt wurde beim K10 ein L3-Cache, welcher bei allen Versionen 2048Kb groß ist. Das besondere an diesem L3-Cache ist, daß alle Kerne auf ihn zugreifen können, er also nicht wie L1- & L2-Cache exklusiv ist. Das soll den Austausch zwischen den Kernen steigern und somit die Multithreadingperformance erhöhen. Aber auch bei Anwendungen die "nur" einen Kern nutzen ist der L3-Cache nützlich, da er in diesem Fall nur von einem Kern genutzt wird, womit diesem ein größere Cache zur Verfügung steht.

Anmerkung zum L3-Cache von grover
Zitat:
Zitat von grover
Was noch erwähnt werden sollte, ist das der L3 Cache vom K10 ein Spill Cache ist und keine direkte Rolle im Speicherzugriff spielt. Der L3 enthält nicht zwingend alles was je aus dem RAM gelesen wurde, sondern nur die Sachen die aus einem L2 rausfallen. Theoretisch kann der K10 seine Speicherzugriffe dadurch optimieren, in dem parallel auf den RAM und den L3 Cache zugegriffen wird und d.h. nicht zwingend auf den RAM gewartet werden muss, wenn das Datenwort schon im L3 liegt. Andererseits bedeutet dies, das RAM-Lesezugriffe immer direkt in den L2 geladen werden (und damit nicht in den L3 geladen werden.)

Es ist also keine gewöhnliche Cache-Hierarchie.


Speicherkontroller (MC)
Der K10 besitzt, wie der K8, einen in der CPU integrierten Speicherkontroller, der die Zugriffe auf den Arbeitsspeicher (RAM) regelt. Der Barcelona unterstützt aktuell reg. DDR2 RAM mit einer maximalen Geschwindigkeit von 667MHz, der Phenom soll bis zu 1066MHz schnellen DDR2 nutzen können. Im K10 soll dessen Effizienz gesteigert worden sein.

SSE-128
Der K10 unterstützt nun 128Bit SSE, d.h. die FPU-/SSE-Einheiten sind nun 128Bit breit (K8: 64Bit). Der K10 braucht also weniger Zeit, um SSE-Instruktionen auszuführen (was z.B. in Spielen mehr Performance bringt). So wird die SSE-Performance des K10, im Vergleich zum K8, theoretisch verdoppelt, wenn man die doppelte Anzahl der Kerne einbezieht hat ein K10 Quad-core sogar die 4x SSE-Performance (bei gleichem Takt) wie ein K8 Dual-core.

Performance pro Watt
AMD legt bei der K10-Architektur nicht nur Wert auf die Performance pro MHz, sondern auch auf die Performance pro Watt. D.h. der K10 soll bei möglichst niedrigem Energieverbrauch möglichst viel Leistung bringen. Dazu wurde z.B. das Herstellungsverfahren verbessert. Ein 1,9GHz Barcelona mit einem 55W ACP hat also einen Verbrauch von unter 14W pro Kern. Mit besseren Steppings wird der Verbrauch weiter fallen.

Zudem wurde noch viel im Detail verbessert, bei dem meine Kenntnisse aber nicht ausreichen um dies darzustellen.

Der K10 wird im 65nm SOI Verfahren hergestellt und hat als Quad-core über 460 Millionen Transistoren.


Leistung des Barcelonas (K10) gegenüber dem K8 und dem Core2

Der Barcelona hat, wie jede CPU, seine Stärken und seine Schwächen. Nach den aktuell bekannten Benchmarks ist der Barcelona im Mittel 15-20% schneller pro MHz als der K8 und befindet sich etwa auf dem Performanceniveau der Intel Core2-Architektur (Conroe/Kentsfield). D.h. bei gleichem Takt ist ein Barcelona im Mittel gleich schnell wie ein Intel Xeon Quad-core. Nun gibt es Bsp. bei denen selbst ein 1,86GHz Xeon einen 2GHz Barcelona deutlich schlägt, wie auch Bsp. bei denen ein 2GHz Barcelona einen 3GHz Xeon abhängt. Um eine genaue und detaillierte Perfromanceanalyse zu bekommen, müssen wir aber noch auf ausführlichere Tests warten.

Einige Benchmarkbsp.




Wie man sieht kann sich der Barcelona (K10) in einigen Benches vor den höher getakteten Xeon E5345, einmal sogar vor den X5365 setzen. In anderen benches sind beide Intel Quad-cores vor dem Barcelona, was bei dessen niedrigem Takt aber auch nicht verwunderlich ist. Solange AMD also keine höher getakteten CPUs auf Basis des K10 auf den Markt bringt wird Intel durch den höheren Takt die Performancekrone behalten können. Zwar kann sich der 2GHz K10 in einigen Fällen sogar vor einen 3GHz Xeon Quad-core setzten, das sind aber nur Spezialfälle, die es bei Intel ebenso gibt.

Verglichen wurden hier:
zwei Xeon 5160 Dual-cores 3,0GHz (insg. 4 Kerne)
zwei Xeon E5345 Quad-cores 2,33GHz (insg. 8 Kerne)
zwei Xeon X5365 Quad-cores 3,0GHz (insg. 8 Kerne)
zwei Opteron 2220 Dual-cores 2,8GHz (insg. 4 Kerne)
zwei Opteron 8350 Quad-cores 2,0GHz (insg. 8 Kerne, Barcelona)


Wird der Phenom schneller als der Barcelona?
Der Phenom basiert auf genau der gleichen Architektur wie der Barcelona, große Verbesserungen kann man also nicht erwarten. Aber etwas an Performance wird der Phenom gewinnen könne, da er auch mit schnellerem RAM betrieben werden kann. Hier kann man mit ca. 5% mehr Performance rechnen, wenn man statt reg. DDR2-667, wie beim Barcelona schnellen DDR2-800 nutzt (mit DDR2-1066 wird die Steigerung entsprechend größer).





Gerüchte und Richtigstellungen:
AMD nutzt die Präsentation auch für eine Rechtfertigung, was die niedrigen Taktraten der ersten Servermodelle anbelangt. Man behauptet dass die energieeffizienten Modelle etwa 90% des Marktes abdecken würden genau diesen möchte man bedienen. Die Kunden wollen dort ein Produkt, dass sich in ihre bestehende Infrastruktur einfügt. Somit besteht noch keine Notwendigkeit für höher getaktete Modelle. Man wird jedoch zu einem späteren Zeitpunkt auch höher getaktete Servermodelle einführen, um Kunden mit anderen Bedürfnissen ebenfalls zufrieden zu stellen.


Den Einwand, dass es sich um ein stark selektiertes Stück Silizium handelt, lässt AMD auch nicht gelten. Erstens ist Phenom noch nicht gelauncht und zweitens sei man intern imstande bereits weitaus höhere Taktraten zu erreichen. Wie weit man derzeit kommt, möchte man nicht bekanntgeben. Das Ende der Fahnenstange ist bei 3GHz jedenfalls noch lange nicht erreicht. Laut AMD ist es nicht mehr als ein "dummes Gerücht" dass man die neue Architektur noch nicht höher takten kann. Das gezeigte Demonstrationssystem sei bei weitem nicht das einzige AMD habe laut eigenen Angaben zig davon. Eine der ersten Barcelona-CPUs wird man dennoch nicht auf das Niveau der Phenoms hochtakten können weil er einfach nicht dafür gedacht sei. Dies dürfte alleine an den mangelnden Übertaktungsoptionen von Server-Mainboards scheitern.


AMD weist darauf hin, dass die Phenom CPU bei 3GHz nicht mit einer angehobenen Spannung oder dergleichen läuft. Das System ist komplett luftgekühlt, wobei Standardkomponenten verwendet werden. Der CPU-Kühler fühlte sich bei Berührung nur handwarm an obwohl das System permanent ein Spiel laufen hatte und die CPU mit 50-60% ausgelastet war. Dabei legt das System eine hohe Stabilität an den Tag da es einen ganzen solchen im Dauerbetrieb beim Zocken standhält. AMD zeigte auf dem Rechner das Spiel Stranglehold in einer Auflösung von 1650x1050, das mit aktueller Grafik und aufwendigen Physikeffekten aufwarten kann. Der Crossfire-Modus war dabei deaktiviert da man sonst nicht auf einem 2.Monitor den Taktmanager zeigen konnte. Es wird in naher Zukunft eventuell ein Treiberupdate geben, um auch im Crossfire-Modus den Multi-Monitor Betrieb zu ermöglichen.

AMD bestätigt uns gegenüber, dass es Pläne gibt einen Phenom FX für Dual-Sockel Systeme als Quad FX, als auch einen für Single-Sockel Systeme zu bringen. Diese Pläne seien jedoch noch nicht finalisiert. Ein Dual-Core Ableger ist ebenfalls geplant. Den Budget-Bereich werden die aktuellen Athlon-Modelle bestreiten. Das Quad-Core Modell soll wie bereits mehrmals angekündigt im 4.Quartal erscheinen, für die folgenden Modelle nennt AMD noch kein Datum.

Abwärtskompatibilität: Sockel AM2 vs. AM2+
Ein Vorteil von AMDs kommenden Desktop-CPUs ist, dass sie problemlos in aktuellen AM2-Boards laufen. Ob aktuelle AM2 Mainboards bereits mit den kommenden CPUs betrieben werden könnten, ohne das BIOS zu aktualisieren, kann man noch nicht genau sagen. Sicherheitshalber sollte man vor dem Upgrade der CPU das BIOS aktualisieren. Die Abwärtskompatibilität ist auf jeden Fall zu begrüßen. Auf kommenden Mainboards mit Sockel AM2+ können mithilfe von Split Power Planes zusätzliche Stromsparfunktionen genutzt werden, die bei gewissen Workloads zu geringerem Verbrauch führen. Zudem kann es in manchen Fällen Performance-Vorteile durch HyperTransport 3.0 geben. Unsere Einschätzung ist, dass man diese wohl nur bei Multi-GPU Systemen merken wird da sonst die zur Verfügung stehende Bandbreite kaum ausgenutzt wird.
Quelle: k-hardware.de

Fazit
Die K10-Architektur, respektive der Barcelona, ist keine Wunder-CPU, bietet aber eine zeitgemäße Performance bei einem guten Performance pro MHz und Watt Verhältnis. In Serveranwendungen ist der K10 etwas schneller als der Core2 bei gleichem Takt, in Desktopanwendungen sind beide etwa auf dem gleichen Niveau. Wenn AMD jetzt noch die Taktraten in den Griff bekommt und den Phenom mit DDR2-1066 RAM schnell und flächendeckend einführen kann ist AMD wieder im Spiel und wir können uns auf einen schönen Preiskampf freuen. Ich frage mich schon die ganze Zeit über was sich AMD- und Intel-Anhänger jetzt streiten werden, wenn beide CPU-Architekturen in etwa gleich schnell sind. Aber irgendwas wird sich bestimmt finden