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发信人: trunks (深蓝的海), 信区: Hardware
标  题: 1.6Ghz Opteron真实桌面应用测试(一)
发信站: 荔园晨风BBS站 (Thu May 29 19:32:20 2003), 站内信件


  此文翻译自gamepc.com网站(原文连接),翻译此文是为了向广大
电脑爱好者提供更多更好的信息,以传播信息为目的,并不代表本网站
立场。

  今天我们测试的主角足以让各位热血沸腾。在过去的五年里,AMD
Hammer一直被大众寄予厚望,人们希望它能掀起处理器市场一场新的革
命。现在这件来自AMD公司的利器终于活生生的摆在了我们面前。它的
一路走来可谓历经波折。因为其特殊的架构,从一开始K8就倍受关注,
同时也伴随着各种各样的猜测和传闻,下面我们首先要带大家进入K8处
理器的“内心世界”。

  在Hammer处理器的研发上,AMD又一次和Intel走上了截然不同的道
路。很多AMD爱好者都会为这次创新津津乐道。虽然AMD在过去也拿出了
很多出色的处理器设计,但是它们都和Intel的同期产品相当类似。尽
管AMD使尽了全力,但仍然被大众视为Intel的跟班。我们看一看过去两
三年来AMD的发展历程,Intel在CPU设计创新上的步伐总是迈在AMD的前
面:从缓冲设计,到前端总线速度。Athlon系列处理器所取得的几乎每
一处进步都或多或少受到了Intel Pentium 4的影响。

  AMD坚信CPU发展的未来在于64位计算。过去由于SUN和DEC/Alpha的
努力,64位计算已经获得了长足的发展,如今随着Intel Itanium/Itan
ium 2处理器的介入,这一领域的竞争正趋于白热化。对于家庭用户,
目前64位计算并无任何实用价值,但很多人认为在未来五年到十年间,
这一领域的需求会激增。虽然改变处理器的架构是一个漫长而费力的过
程,但AMD现在已经出发了,所以当市场真正需要64位应用的时候,AMD
的产品就会及时杀到。现在甚至Intel都认为64位应用还遥不可及,两家
CPU巨头对64位计算的发展道路显然产生了分歧。Intel希望在未来五到
十年内实现完全的64位应用,而AMD则认为在两到三年内32位计算逐渐
向64位过渡。

  AMD的hammer架构可谓是一场豪赌,这不仅需要强大的技术实力设
计一颗64位计算的CPU核心,同时还要兼容现在无数的X86 32位应用程
序以及32位操作系统。Hammer计划受到了很多狂热的追捧,同时也背负
了不少怀疑的眼光。如今这项工程终于结出了果实,AMD全新X86-64架
构的大铁锤终于砸向了处理器市场。

  AMD的豪赌胜券在握吗?网上的很多分析报告都对全新架构保持乐
观,今天我们将从一个全新的角度来考察这一点。要知道服务器的性能
表现是一回事,很多工作站和高端游戏应用的要求又是另外一回事了。
对于工作站应用,CPU和内存的性能是关键,相比硬盘的传输速度和网
络连接则显得相当次要。

  今天我们拿到了AMD Opteron 242处理器,同时还有目前已经上市
的Opteron主板,来自微星的K8D-Master,下面就让我们整顿思绪,来
看一看AMD为我们展现的未来。

Opteron架构介绍

  Opteron和以往AMD的CPU架构完全不同,同时和Intel过去的产品也
大相径庭。Opteron最大的改变,除了可以兼容32位和64位核心以外,
还将内存控制器集成进了处理器。这个特性同时伴随带来了容量巨大的
二级缓存,在理论上可以大幅度提升运行效率。下面就让我们看看和目
前市场上主流工作站处理器相比,Opteron在架构上的异同。

  从技术指标上,即使运行频率要比对手低,Opteron在竞争中优势仍
然明显。Athlon XP处理器已经给我们上了很好的一课:处理器架构的运
行效率要比核心频率更为重要。Opteron现在即使只运行在1.8GHz,AMD
仍旧把它的竞争对手锁定为Intel 3.06 GHz Xeon处理器。

  AMD用TPI(True Performance Initiative真实性能值)来衡量整个
系统的性能表现,试图取代以前CPU频率的衡量标准。尽管Opteron采用了
全新的架构,但是比较Athlon XP,AMD仅仅增加了两极流水线管深度。配
备了12级流水线,Opteron在拥有20级线管深度的Pentium 4 / Xeon面前
相形见拙。但是Athlon在分支预测能力上的优势在Opteron身上同样可以
看到。

  考虑到你很可能想揭开Opteron的外壳看看它的内部构造,下面的图
片应该会满足你的好奇心。这是CPU核心的一张照片,处理器的实际大小
在200平方毫米以下,是Athlon XP核心面积的两倍。

  正如你看到的,1MB的二级缓存占据了整个核心超过一半的面积。增
加缓存对于提升系统整体性能有着很明显的作用,它能降低CPU从外部获
取数据的频率。Opteron配备了128KB的一级缓存和1MB二级缓存,这是Ba
rton核心Athlon XP的两倍,Thoroughbred核心Athlon XP的四倍。大容量
缓存明显增加了CPU晶体管的数量。AMD在未来有可能引入称为Paris的Ham
mer核心,把二级缓存的数量降低到256KB,同时也可以降低处理器的售价。

  尽管Opteron采用了0.13微米工艺,引入了SOI技术,但是它的核心面
积仍然相当大,这也意味这Opteron芯片的造价会很高。AMD计划将Optero
n和Athlon 64在2004年用0.09微米工艺生产,引入全新的Athens和San Di
ego设计。勿庸置疑0.09微米将帮助Operton在核心频率上跨越2.0GHz。如
今靠0.13微米制造技术实现这一点并不容易。

Opteron的内嵌内存控制器

  CPU内存控制方式的变革将极大改变主板和芯片组的工作方式。AMD做
得极为大胆,它将内存控制器直接集成进了处理器,这将更有效的提升系
统整体性能。拥有集成内存控制器,Opteron在CPU和内存之间的数据传输
速度更快,同时对于Opteron,前端总线某种意义上已经是历史名词了。

  典型的前端总线连接CPU和北桥芯片,速度从266MHz到800MHz不等。在
Opteron系统中,前端总线被集成进了CPU,它和CPU的运行频率保持一致。
这意味着Opteron的前端总线速度和CPU核心频率同步提升,Opteron 242的
前端总线应该运行在1.6GHz,这是目前800MHz FSB Pentium 4的两倍。

  有趣的是将内存控制器集成进CPU会相对减小处理器的体积。同时性能
得到的提升也大大抵消了由此带来的成本增加。这项技术在Opteron开发过
程中伴随着种种猜测和质疑,一度让开发受阻,这也导致了Opteron延期发
布。把内存控制器塞进CPU并非易事。Intel以前曾经尝试过,但还是最终
取消了他们的Timna架构,它计划用来将RDRAM内存控制器和PIII核心融为
一体,打造全新的移动处理器。考虑到RDRAM的高昂成本,Intel不得不放
弃了这个不合时宜的计划。Opteron显然拥有完全不同的设计意图,但是In
tel Timna的夭折还是带来了一定的负面影响。

  把内存控制器集成进CPU也会带来局限性:CPU不能及时支持更快的内存
和全新架构的内存。如果Opteron要转向DDR400或是DDR-II,那么Opteron要
针对这种内存进行全新的设计,或者移去内嵌内存控制器,改用板载第三方
内存芯片,当然后者会相对降低系统的性能。另外内嵌内存控制器也会带来
高热量和增加芯片制造的复杂性。尽管有上述的缺点,性能上的诱惑还是让
AMD无法抗拒的。

  Opteron中的内存控制器支持128-bit DDR内存,用于应对双通道64-bit
DDR内存。Opteron处理器能够支持DDR-200 (PC-1600), DDR-266 (PC-2100),
和DDR-333 (PC-2700)。当采用DDR-333内存和128-bit内存控制时,Opteron
系统的带宽可以达到5.3 GB/s。值得注意的是,由于CPU和内存之间显著降
低的延迟,Opteron系统较之传统的Athlon和P4平台,DDR内存的工作更为高
效。要知道,现在nForce2 Ultra 400的最大内存带宽是6.4 GB/s,但是Ath
lon XP的用户都无法享用到这么高的带宽。与带宽3.2 GB/s的系统相比,实
际的性能提升并没有两倍那么明显。而Opteron系统因为集成了内存控制器,
内存带宽的优势将更大限度的体现出来。

  集成内存控制器带来的另一个优势被称为"glueless SMP",在这里主板
上的北桥芯片可以看成SMP的决定因素,在我们所知道的多处理器系统中,
主要由芯片组决定支持CPU并联的数目以及最大内存容量,而在Opteron的世
界里,AMD改变了游戏规则,它把北桥芯片踢出了局。

  每个独立的Opteron CPU都有自己的内存控制器,它能控制自己的内存
插槽。这意味着多处理器不必争夺前端总线带宽和内存容量,Opteron系统
会有很好的协调性。针对每个CPU,你必须安装至少一条内存。同时每个CP
U拥有自己的内存带宽,在理论上,两个CPU会给你两倍的内存带宽(10.6 G
B/s),四个CPU将实现四倍的内存带宽(21.3 GB/s),这看上去真的相当棒!

进入64位的世界

  第一代Opteron处理器主要面向服务器市场,但我们想知道64位计算对
于工作站应用而言是否更具吸引力。如果你是一个工作站用户,比如web开
发者,3D建模师,艺术家,或是程序员,恐怕现在最困扰你的就是内存大小
的限制了。典型的Pentium 4和Xeon系统最大只能支持4GB内存,同时存在32
位内存取址的局限。当Intel找到方法扩展32位取址并支持12至16GB的DDR内
存时,实际的解决方法便是转向64位内存取址。像Opteron或Itanium这样的
64位处理器能支持256TB(terabyte)的内存,这已经足够多了。

  很明显,支持更大容量的内存只是64位蓝图中的一景。64位处理器最让
人心动的特性在于它可以完全发挥64位操作系统的优势。现在我们先不谈这
一点,与32位处理器相比,64位CPU在同一时钟周期能处理两倍的数据,这
并不意味着64位处理器会比32位CPU在速度上快两倍。但有一点是肯定的:
在64位处理器上运行64位应用程序会比32位CPU的运行效率更高。

  Opteron的一个很大卖点并不在于它拥有一颗64位处理核心,仅仅如此
的话,它就和Intel, Sun, Alpha无异了。Opteron激动人心之处在于它能运
行在如今的32位操作系统上,并提供相当强悍的性能。现在你应该看到了一
条由32位向64位平稳过渡的途径了。与Opteron不同,现在其他64位处理器
必须通过模拟器来运行32位程序,这大大降低了效能。Opteron可以运行在
像Windows 2000/XP这样的32位操作系统上,同时32位应用程序也能运行自
如,性能并不会有损失。如果现在你拥有Opteron处理器,那你可以运行目
前广为流行的Windows XP,当针对AMD64的64位Windows XP发布后,你要做
得仅仅是升级你的操作系统。

  不幸的是,现在我们还停留在纸上谈兵的阶段。目前支持AMD64的64位
操作系统还不见踪影。唯一支持Athlon64的操作系统是SuSE Enterprise S
erver,而微软支持AMD64的Windows XP/2003要推迟到今年九月发布。另外
为了更好发挥AMD64的性能,很多硬件驱动和应用程序都要重新编写。幸运
的是,Opteron可以同步运行32位应用程序,当你同时拥有64位的Windows
XP和32位DOOM III时,不用担心,它们两个可以完美的在一起运行。当64
位的版本问世后,你只需按部就班的升级程序而已,完全不必在意32位和
64位之间的转换,这一切都交给Opteron统统搞定!

  有一点勿庸置疑:AMD现在正全力促使软件商开发支持AMD64的软件平
台,如果没有充分的64位软件支持,AMD64在绝大多数时间内只是一块速度
更快的32位处理器。

Opteron特写

  AMD为我们提供了多颗Opteron处理器用于测试。它们都属于Opteron
242系列,运行在1.6GHz,配备了1MB二级缓存。处理器基于Socket-940
"Sledgehammer"架构。Opteron 242属于Opteron系列中的中档产品,低端
的Opteron 240 运行频率为1.4GHz,而高端的244则运行在1.8GHz。除了
运行频率的差别,在核心架构上这三款产品没有任何区别。
Opteron平台:K8D Master主板介绍

  当AMD第一代工作站/服务器处理器Athlon MP发布的时候,泰安首先
提供了相应的主板平台,成为了Athlon MP的最佳搭档。如今Opteron发
布的时候,泰安虽未出局,但已经不是领跑者,微星抢先推出了Opteron
主板。K8D Master率先进入市场,这也为我们提供了一个必要的测试平台。

  K8D Master-L采用了AMD 8000系列芯片组。正如我们刚才提到的,Opt
eron主板再也不需要所谓的北桥了,它的功能已经被集成进了CPU。AMD 80
00系列芯片组提供了主板上的南桥和PCI-X控制芯片,它们从AMD 8000的命
名上可以体现出来。所有的控制芯片都通过HyperTransport连接,因此芯
片组内部的带宽是相当惊人的。AMD 8131充当PCI-X控制器的角色,它能连
接两路8-bit HyperTranspor,提供1.6 GB/s的带宽。而AMD 8111充当南桥,
它只能支持一路HyperTranspor连接,提供800MB/s的带宽。

  尽管缺少北桥芯片,但主板看上去仍然相当紧凑,它充分利用了ATX架
构的空间。和许多服务器级别的主板一样,K8D Master需要SSI +12V兼容
电源,它提供了一个24针ATX接口和一个8针+12V CPU接口。

  主板的顶部是两个Opteron Socket-940 处理器基座,它们和各自的内
存插槽对应。内存插槽的数目看上去并不对称,实际上每个内存通道对应
三根插槽。Opteron处理器支持双通道64-bit PC-2700内存,提供最大5.3
GB/s的内存带宽。右上方的插槽被标记为1-4,左侧的插槽是5和6。你可以
只使用一根内存插槽,但是为了达到最大的内存带宽,运行时必须插满四
根内存插槽(每个Opteron处理器使用两根)。

  K8D Master-L需要ECC Registered内存才能运行,每根内存插槽最大
支持2GB的内存,这很符合服务器应用的要求。Opteron处理器同时还能够
支持速度为PC-1600 (DDR-200), PC-2100 (DDR-266), PC-2700 (DDR-333)
的DDR内存。以前关于Opteron能支持PC-3200 (DDR-400)内存的说法现在看
来已经是谣言了。现在市场上没有一款主板可以让Opteron支持DDR400,同
时目前你也买不到DDR-400 ECC Registered内存条。同时主板的BIOS里也找
不到任何关于DDR400的选项。因此虽然我们更愿意看到Opteron和DDR400协
同作战,但是现在希望已经落空了。

  由于这是一款服务器主板,它上面没有提供AGP插槽。工作站用户可能
要大为失望了,没有什么比Opteron和QuadroFX/Radeon 9800 Pro这样的显
卡失之交臂更让人遗憾了。现在我们只能等待,AMD告诉我们微星在两个月
内推出搭载AGP插槽的AMD 8000主板。华硕上六月底也会发布基于nVidia n
Force3 Pro芯片组的Opteron主板。

  Opteron给你的第一印象可能是:哇!这个家伙够沉的。考虑到散热片
的重量都集中在处理器核心上,AMD重新采用了陶瓷封装。Opteron的重量是
Athlon XP的四倍。你可能会记得,Socket-462架构,Thunderbird核心的A
thlon XP也采用了陶瓷封装,随后AMD就转向了重量更轻的塑料封装。

  Opteron采用铜制散热片外壳,在以前脆弱的Athlon XP核心上我们常常
看到它的身影。铜制散热片的表面看起来像涂了一层镀镍层,这不仅能够给
予处理器核心很大的散热面积,同时还能够很好保护CPU核心。由于扩展外壳
的存在,在CPU一角施加压力几乎不可能损坏到CPU,而这恰恰是以前Athlon
XP和MP处理器在使用较重散热片时最让人提心吊胆的地方。散热片的外观和
Intel Pentium/Xeon相当相似,只是Opteron少了分压孔的设计,这在目前市
面上的P4处理器上就可以看到。

  针脚设计是Opteron与Athlon64最大的不同之处。Opteron / Sledgehamm
er采用了Socket-940架构,对于这个尺寸大小的处理器而言,拥有这么多的
针脚让人震惊。相对而言,Athlon 64 / ClawHammer只有754个针脚。多出来
的针脚让Opteron支持三路16-bit HyperTransport连线,而Athlon64则只能
支持1条16-bit HT连线。另外AMD告知我们,相同频率下,单颗Athlon64的性
能要比单颗Opteron更好。

  Opteron的型号划分也相当有趣,Opteron 100系列只能单独使用一颗处
理器,Opteron 200可以两路并联,Opteron 800支持四路或是8路处理器。同
时这些处理器都是Socket-940架构的,但不同Opteron平台恐怕是不完全兼容
的。

  Opteron 800将用于构建4路系统,它们并不支持2路并联。另外今天我们
测试的Opteron 200只能工作在两路并联的情况下,官方也不支持单颗独立运
行。实际上在我们的测试中,单颗Opteron 200能在我们的双处理器主板上正
常工作。当然这和真正的单路独立运行还是有区别的,在只支持单处理器的
主板,例如nForce3 pro上,Opteron 200能否独立运行还是一个问号。在不
同档次的主板上混用不同系列的Opteron处理器会让CPU无法正确读取内存。
当Opteron 100在下个月发布后,我们将来验证上面的说法是否正确。

  我们在主板上发现了板载的ATI RageXL PCI显示芯片,它能提供基本的
2D功能,同时还配备了8MB纹理显存。主板搭载了PCI-X通道,K8D Master-L
已经为这种高通道PCI传输做好了准备。主板上有三个PCI-X插槽,它们能支
持运行频率为100MHz的64-bit PCI-X扩展卡。同时另外还有两个标准32-bit
 PCI插槽。

  I/O面板上配备了两个Broadcom千兆网络端口,它们由板载芯片控制。
两个端口都可以连接64-bit, 100 MHz的PCI-X总线,提供充足的带宽。我们
还看到一个HD-15显示器接口,PS/2,串口,并口等。有趣的是,背部面板
提供的两个USB端口竟然都是USB 1.1的。看来AMD64平台要等到Athlon64发
布才会提供USB 2.0的支持了。当然主板厂商也可以加入第三方USB 2.0芯片
来实现相应的功能。



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