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: AMD Bulldozer FX-8150

Reviews4/30/2012
Uno de los procesadores más esperados, y después de mucho tiempo haciendo la tentativa de aparecer, hace su estreno el 12 de octubre, y en oZeros tenemos el agrado de darlo a conocer con un extenso review para ustedes.




Corría el año 2006 cuando AMD comenzó a preparar el reemplazo de lo que ha sido su arquitectura más exitosa y la que se ha ido optimizando a lo largo del tiempo hasta llegar a lo que conocemos como la arquitectura K10.5 de los actuales Phenom II. Pero AMD encontró que esta arquitectura ya no podía seguir siendo optimizada para alcanzar los nuevos requerimientos de la empresa, y por ello decidieron renovarla con lo que hoy conocemos como la arquitectura Bulldozer, la que será la base -como lo fueron las sucesoras de K10.5- para los futuros procesadores.
Bulldozer es un chip con hasta 8 núcleos físicos, diseñado para correr a velocidades altísimas junto con un mejorado consumo energético; la arquitectura pretende ser más barata de fabricar y mejorar el rendimiento multi-núcleo, además de contar con el ya mencionado bajo consumo, todo gracias al proceso de fabricación en 32 nm que GlobalFoundries (socio de AMD) ha realizado en sus fábricas en Dresden, Alemania.
¿Qué hay de nuevo en Bulldozer?

Cuando AMD ideó Bulldozer, quiso diseñar una nueva forma de CPU basada en una nueva filosofía que integrase y compartiera muchas de las unidades que un CPU tradicional posee. A esta filosofía AMD la llamó, desde un inicio, CMP (Chip MultiProcessing).
A diferencia de lo que hace Intel con su HyperThreading o SMT (Simultaneous MultiThreading, la que maximiza las unidades que no están en uso), CMT duplica algunas de las unidades de ejecución para conseguir un aumento de rendimiento mientras se comparten algunas unidades, las que, por su tamaño, no son posibles de duplicar (como la unidad de coma flotante, FPU).
Actualmente un núcleo x86, como el que encontramos en los Phenom II, se compone de: unidades de enteros, unidades de coma flotante y sus cachés L1 y L2 para cada núcleo. Con Bulldozer el asunto es distinto, ya que las unidades se integran y se fusionan para dar un uso compartido, según la ejecución. Con ello se da paso al concepto de módulo. Un módulo en la arquitectura Bulldzoer está compuesto por dos núcleos, los que comparten la unidad de punto flotante (FPU) y caché L2. A su vez, cada núcleo está compuesto por una unidad de enteros (integer scheduler) y caché L1; cada core está reorganizado y compuesto por las llamadas AGen, que no son más que AGUs. Les siguen dos pipelines (ALUs), una con circuitería MUL y la otra con un divisor por hardware (DIV).
La idea de tener estos núcleos fusionados en un módulo es que rindan mucho más que lo que hipotéticamente rendiría un núcleo Bulldozer si estuviera separado, además de ahorrar espacios. El núcleo desarrollado en Bulldozer es mucho más pequeño que los vistos en arquitecturas anteriores de la compañía. Por otro lado tenemos un frontend, o interfaz delantera, que está compartida. Todos los datos que se dirigen al módulo vienen de un lugar, y ése es el frontend. Éste está a su vez compuesto por las unidades predictoras (branch prediction), las que han sido optimizadas para mejorar su tasa de aciertos, y las etapas de fetching y decoding.



Otras unidades compartidas:
- El hardware de branch prediction.
- La caché L1i de instrucciones de 64 KB y 2 vías.
- Las etapas de fetch (32 bytes/ciclo).
- Los cuatro decoders x86.
- El data prefetcher encargado de precargar datos en las cachés.
- La caché L2 compartida para cada dos INT cores con su L2 TLB.
La poderosa unidad de punto flotante (FPU) contiene dos FMAC de 128-bits, cada una con 2 pipelines extra para MMX 128 bit. Esta unidad, como explicábamos, es compartida, pero puede ser usada como una única unidad de 256-bits con algunas limitaciones.
Core 1: 2x 128-bit (256-bit)
Core 2: Desactivada
Core 1: 1 x 128-bit
Core 2: 1 x 128-bit
Core 1: Desactivada
Core 2: 2x 128-bit (256-bit)
Como vemos, si en el módulo se ocupa un solo thread (core), la unidad FPU funcionará a su máxima capacidad. O sea, la unidad de coma flotante en todos los módulos puede estar activada a máxima capacidad (256-bit) cuando 4 cores (uno de cada módulo) está activo.
Con este tipo de reorganización de módulos fusionados y compartiendo FPUs (también llamadas unidades SIMD), AMD quiere ahorrar espacio al no tener las unidades separadas, pero a su vez optimizar el uso de recursos que nunca se aprovechan del todo cuando una ejecución está en proceso. Esto último es algo parecido a la naturaleza del HyperThreading de Intel, que intenta aprovechar los recursos que están ociosos.



Por último, Bulldozer está compuesto (en el chip de 8 núcleos) por 4 módulos y cada uno puede acceder a una caché L3 de 2 MB. Si sumamos los 2MB de cache L2 más los 2 MB de cache L3 de cada módulo, tenemos impresionantes 16 MB de caché para un chip Bulldozer de 8 núcleos. Otra de las unidades integradas es el controlador de memoria y las vías del Hyper Transport, generando un chip bastante grande de 315 milímetros cuadrados, aunque menor en tamaño que el actual Thuban de 346 milímetros cuadrados.
El controlador de memoria y el Turbo Core

Tal como lo venía haciendo con su antigua arquitectura, AMD integra controladores de memoria DDR3 (o, como les llama AMD, NB), los que son 2 por die con un soporte nativo de 1.866 MHz. Una de las nuevas características es el ahorro de energía con módulos DDR3 de bajo voltaje y soporte de hasta 2.400 MHz bajo overclock. Sin duda, AMD optimizó bastante el controlador de memorias para llevarlo a niveles cercanos a los que Intel ha llegado.
AMD hizo el intento de integrar la característica Turbo Core en sus últimos núcleos Thuban para los modelos Phenom II x6. Tal como lo hace Intel con su Turbo Boost, esta tecnología no es más que un overclock momentáneo y automático para ciertas aplicaciones que no hagan uso intensivo de todos lo núcleos. Con esto se puede jugar con el consumo y la eficiencia de los recursos del CPU, cubriendo varios niveles de subidas de frecuencias. AMD con Bulldozer explora estos niveles con la mejora del Turbo Core en su versión 2.0, las que son dos. La primera es el Turbo Core 1 (TC1), el que aumenta el nivel de frecuencia para todos los núcleos, siempre y cuando el TDP no llegue a niveles críticos. El segundo Turbo Core (TC2), eleva a una frecuencia máxima solo la mitad de los núcleos o módulos. Esto llevado a la vida real vendría siendo: programas que hagan uso intensivo de todos los núcleos (por ejemplo, renders), trabajarán a frecuencia stock; programas que hagan un uso semi-liviano de todos los núcleos (por ejemplo, encodeo), podrán aumentar la frecuencia con el TC1; y para aquellos programas que no hagan uso de más de 4 núcleos, o sean single-threaded (un solo núcleo, como Super PI), se elevará la frecuencia a un segundo estado (TC2), más alto que el anterior.



Este aumento de frecuencia, como dijimos, ocurre de forma automática y puede ir hasta los 1.000 MHz por sobre la frecuencia stock en el estado más alto (TC2) en ciertos modelos basados en Bulldozer. Algo que es realmente alto, pensando en que el precursor de esta tecnología (Intel) no eleva más de 400 MHz en sus actuales modelos con el Turbo Boost. Esto da una idea de la facilidad para escalar en frecuencias de esta nueva arquitectura de AMD.
Las nuevas instrucciones: AVX, XOP, FM4

Tal como lo hiciera Intel con su arquitectura AVX (Advanced Vector Extensions, o Extensiones de Vector Avanzadas), Bulldozer integra estas instrucciones y están enfocadas especialmente en mejorar operaciones de cálculo de propósito general. Con estas instrucciones Bulldozer pretende mejorar el rendimiento en operaciones de coma flotante por segundo (FLOPs), optimizadas por el acceso único de 256 bits (2×128-bits) en su unidad de punto flotante. Además, el set de instrucciones AVX brinda mejoras en las físicas por CPU.
Las instrucciones XOP y FMA4 son totalmente nuevas y únicas para Bulldozer, esto significa que Intel no las tiene integradas en sus CPUs Sandy Bridge y solo Bulldozer las soportará. Estas instrucciones permitirán acelerar aplicaciones numéricas intensivas, así como aplicaciones multimedia, criptográficas, junto con nuevos tipos de vectorización automática para compiladores. Aun no hay aplicaciones optimizadas para estas instrucciones “únicas” para Bulldozer, pero AMD ya amasa, en teoría, un aumento considerable en el rendimiento, en conjunto con las instrucciones AVX.
Manejo de la energía

Los estados de ahorro de energía están ligados a lo que es el Turbo Core, y se basan en dos estados: el core C6 y los P-states. El C6 entra en acción cuando un núcleo está inactivo, y lo apaga para ahorra energía, mientras los demás trabajan. Por otro lado, los P-states son un conjunto de estados que varían dependiendo de los requerimientos de rendimiento del sistema. Si el requerimiento es alto, el sistema entra en un P-state de alto consumo y alto rendimiento; si el requerimiento es bajo, se activa un P-state de bajo consumo, pero bajo rendimiento.



Optimizaciones de la arquitectura

Dejamos de lado un poco la teoría y los tecnicismos para pasar a las optimizaciones que deberíamos ver en el mundo real con los nuevos chip Bulldozer:
- Codificación y transcodificación de video
- Algoritmos biométricos
- Aplicaciones intensivas en texto
- Aplicación utilizando encriptación AES
- Transacciones de redes seguras
- Encriptación de disco (MSFT BitLocker)
- Encriptación de bases de datos (Oracle)
Aplicaciones de uso intensivo de coma flotante:
- Procesamiento de señales
- Multimedia
- Simulaciones científicas
- Análisis financieros
- Modelamiento 3D
Aplicaciones HPC (High Performance Computing)
-Aplicaciones numéricas
-Aplicaciones multimedia
-Algoritmos usados para radio/audio
Como vemos, se deberían notar mejoras en un sin número de aplicaciones, en su mayoría de uso intensivo multi-núcleo, las que se ven reflejadas mayormente en ambientes profesionales o de servidores.
Modelos y especificaciones

Bulldozer, como sabemos, es el nombre de la arquitectura, y ésta se divide en procesadores para servidores y de escritorio. Los procesadores para escritorio estarán bajo el codename Zambezi, y como forman parte de la serie “FX” (nombre comercial), la que nació hace bastantes años atrás y que AMD quiere revivir con estos nuevos CPUs. A los modelos de 8 núcleos, AMD los designa como FX-8000; a los de 6 núcleos, como FX-6000; y, por último, a los de 4 núcleos, FX-4000. En la parte alta tenemos a nuestro protagonista del día, el FX-8150, el tope de línea y que en esta ocasión combatirá contra lo mejor de la pasada arquitectura Thuban y contra lo mejor de Intel. Este modelo posee un precio sugerido por AMD de USD 245, lo que lo ubica entre medio de los procesadores más poderosos de Intel Sandy Bridge, el i7-2600K y el i5-2500K. Pero este CPU no es el único de la serie, ya que AMD prepara toda una armada para la parte alta en rendimiento CPU, que acompañará a sus APUs Llano en el mercado. Los modelos son 8 en total (contando las dos versiones del FX-8120), y todos son soportados por placas madres AM3+, las que deben estar actualizadas a las últimas BIOS (a la fecha de este review) para contar con el soporte necesario.
Los modelos los pasamos a detallar a continuación:
Modelo Núcleos Frecuencia stock Frecuencia TC1/TC2 Cache L2/L3 TDP Frecuencia NB Precio
FX-8150 8 3,6 GHz 3,9/4,2 GHz 8/8 MB 125 W 2,2 GHz USD 245
FX-8120 8 3,1 GHz 3,4/4,0 GHz 8/8 MB 125/95 W 2,2 GHz USD 205
FX-8100 8 2,8 GHz 3,1/3,7 GHz 8/8 MB 95 W 2,0 GHz /
FX-6100 6 3,3 GHz 3,6/3,9 GHz 6/8 MB 95 W 2,0 GHz USD 165
FX-4170 4 4,2 GHz 4,3 GHz 4/8 MB 125 W 2,2 GHz /
FX-4150 4 3,8 GHz 3,9/4 GHz 4/8 MB 95 W 2,2 GHz /
FX-4100 4 3,6 GHz 3,7/3,8 GHz 4/8 MB 95 W 2,0 GHz USD 115
.El FX-8150 es el héroe -o villano- de la jornada, y pasamos a detallarlo a fondo en la siguiente tabla:
AMD FX-8150
Microarquitectura Bulldozer
Codename Zambezi
Socket AM3+
Frecuencia 3,6 GHz / 3,9-4,2 GHz (modos Turbo Core)
Núcleos (reales/lógicos) 8/8
Proceso de manufactura 32 nm
Caché L1 4×64 KB L2D / 8×16 KB L2i
Caché L2 8 MB
Caché L3 8 MB
Periféricos on-die IMC (controlador de memoria integrado)
TDP 125 watts
Soporte de tecnologías Advanced ISA; SSE3, SSe4.1/ 4.2, AES, AVX.
Únicas: FMA4, XOP
MSRP USD 245
.Después de todo embrollo técnico pasamos a cosas más agradables y fáciles de digerir, partiendo por la sesión fotográfica del FX-8150.

AMD FX-8150 frente a las cámaras

La espera ha llegado a su fin, y antes de cualquier prueba o benchmark, el AMD FX-8150 debe pasar por el lente de oZeros. Acá podrán ver cada detalle de este nuevo CPU.



Las cajas comunes y corrientes de cartón han quedado atrás, para dar paso a este elegante y agresivo estilo de las nuevas cajas metálicas de los procesadores AMD FX.



Por el otro costado encontramos algo de información, justa y necesaria, sobre la nueva insignia de las plataformas AMD con el nombre Vision.



Obviamente AMD no podía dejar pasar la oportunidad de jactarse de ser los primeros en ofrecer un procesador de ocho núcleos (a pesar de que hace bastante tiempo atrás ya se ofrecen procesadores así, estos son con enfoques de trabajo y empresariales, no como procesadores de escritorio).



Por el reverso tenemos un repaso del contenido de la caja. Acá podemos encontrar un manual, disipador en base a cobre-aluminio-heatpipes (como los disipadores de los modelos Black Edition) y, por supuesto, el AMD FX-8150.



Nos acercamos un poco más al otro costado del empaque y podemos ver lo siguiente:



Un recuadro que hace las de “ventana” para contemplar directamente nuestro procesador, y comprobar que efectivamente sea el modelo que nos llevamos.



No esperamos ningún segundo más, despojamos a la caja de sus sellos y, tal como un joven llega a su casa a revisar sus juguetes nuevos, retiramos todo el contenido para encontrarnos con…



… un flamante AMD FX-8150, máquina de 8 cabezas, aunque bastante similar en apariencia a todos los procesadores previos de AMD.



Como lo indicábamos un par de líneas atrás, el disipador presente en el empaque es el mismo que viene junto a los modelos Black Edition. Éste se compone de una base de cobre con heatpipes, aletas de aluminio y un ventilador PWM que se auto-regula dependiendo de la carga en el CPU.



Acá podemos ver la base de este disipador.



Y todos los componentes de la caja roja juntos, sin olvidar el vistoso bezel sticker “FX” que hará babear a todos tus amigos de la cuadra.



Un primer plano del Fx-8150, tope de gama de la serie y con 8 núcleos listos para satisfacer todas tus necesidades… en el PC, claro está.


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