重拾三级缓存 AMD四核"巴塞罗纳"解析

　　Intel将在下月正式发布四核处理器，而AMD至少还要等上半年，但这并不意味着在四核处理器的对决中，AMD就100%会输，因为其新一代K8L相当值得期待。今天我们就带您详细了解一下AMD K8L架构首款核心Barcelona（巴塞罗纳）的情况。

　　巴塞罗纳是西班牙东北部的美丽港市，用其作为新一代处理器的代号，也显示了AMD的良苦用心。一般来讲，处理器架构从概念到实物出货，需要经过很长的周期，所以说在K8L架构上，AMD肯定已经下了大工夫。虽然目前来看Intel Core微架构独领风骚，但到明年中期四核市场成熟时鹿死谁手，还未可知。

 AMD Barcelona四核架构图

　　Barcelona核心可以说是由目前AMD x86-64架构上改进而来，他和当前Opteron的关系，就好比Core 2与Pentium M一样。今天我们文章中涉及到的Barcelona细节内容，出自该核心性能模型小组主导人Ben Sander之口，所以真实性很高很高。

● 提升浮点运算性能

　　Barcelona不仅是下代工作站/服务器处理器Opteron的核心，同时也将是AMD下一代桌面产品的基础，虽然两者之间会有些许不同，但设计方向应该是一致的。所以这一新四核必须满足以下两方面的需求。

• 具有超高的科学计算性能，具体包括财务分析、石油勘探和生物学计算等。
• 多媒体编/解码能力：HD-DVD播放和视频压缩等

　　这两方面的应用交集，可以说是对处理器浮点运算能力的要求。在过去的10年中，软件已经渐渐向SIMD浮点运算发展，所以相对于过去的Opteron处理器，AMD这次大幅强化了Barcelona的SSE单元，下面的表格给出了具体的细节：

　　此外SSE MOV指令将可以在浮点"store"管线中执行，两个SSE操作可以分别在两个周期以SSE move方式执行。同时，Barcelona还支持非联盟加载/执行（load/execute）模式，这样可以使指令的封装和解码更加高效。

　　以上这些变化与Intel Core微架构已经采用的方式有些类似，不知道届时SSE高负载应用下，Intel和AMD谁的处理器表现更好呢。

● Barcelona核心IPC进一步增强

　　自从Core微架构发布后，人们越来越开始强调IPC（instructions per cycle，每周期执行的指令数）的重要性，当然AMD在Barcelona上也对这一方面进行了加强。和Intel不同的是，AMD并没有采用增宽指令管线的方式来实现，而是用了其他一些方法。

 Barcelona核心照片曝光

　　这些增强包括：

• Advanced branch prediction（增强分支预测），AMD的工程师们使Barcelona的返回堆栈容量加倍，并且加入了更多的分之历史位，内置了512-entry间接分支预报器。
• 32-byte instruction fetch（32字节指令存取），提高指令存取的效率。
• Sideband stack optimizer（频带堆栈优化），对堆栈的处理器进行优化，使其不浪费执行单元的位宽。
• Out-of-order load execution（乱序载入执行），加强乱序执行能力，使L2缓存的延迟达到最小化。

　　此外，其他方面的改进还包括优化TLBs (translation lookaside buffers)，额外的快路径指令和扩展位操作和SSE指令等。

● Barcelona中的内存带宽改进

　　AMD通过以下几个方面来提升Barcelona的内存带宽性能：

　　处理器核心将拥有完全独立的内存控制器，这样可以提供更多的内存页来保持打开状态，此外，内存控制器将支持48位硬件级寻址，理论上可以支持256TB的物理内存！除了常规的4KB和2MB页尺寸外，AMD这次还拿出了1GB容量的内存页。

● 重拾三级缓存架构

　　Barcelona将采用三级缓存架构，其中L1缓存容量为64KB，L2缓存容量512KB，L3容量为2MB。L1和L2缓存和以前一样，为各自的核心独立配备，而L3缓存则是所有核心共享使用。在设计上，L3缓存的容量是一个可以变化的数值，不同的产品将提供不同容量的L3缓存。

　　AMD表示采用这样的三级缓存设计架构，不仅可以在性能上得到提升，同时也将更有利于配合虚拟化技术的使用。

　　新一代处理器上，AMD也对硬件级虚拟化进行了加强，其中最重要的一点变化是虚拟化寻址转移代替了之前的影像分页，这将进一步降低虚拟管理程序操作影像页的时间。

● 电源管理 核心与内存控制器分离

　　人们已经开始越来越在乎处理器的功耗水平，在过去的很长时间里，AMD一直在这方面处于领先地位，但是自Intel发布酷睿2后，这种优势已经不复存在，AMD希望通过Barcelona重新夺回失去的光芒。主要的改进手段如下：

　　首先，Barcelona将基于AMD 65nm SOI工艺技术，这将让处理器的电压更低，在提升电路密度的同时，热量输出不会提高。处理器本身将和内存控制器单独供电，这样在内存控制器处于满载状态时，处理器也不会跟着满载，提高电源的利用率。

　　其次，Barcelona还将支持新版本的AMD PowerNow技术，先前PowerNow可以自动根据情况降低处理器频率，而进入多核时代，新版PowerNow可以对每个核心的频率进行控制，当只需要一个核心负载的时候，其他三个核心可以运行在很低的频率上。提醒一句，PowerNow并不会控制每个核心的电压。

　　AMD表示Barcelona的TDP不会超过95W，一个双处理器系统，加上内存、芯　片组功耗应该不会超过240W这个水平。

● 厚积薄发 AMD首发“真”四核

　　总体来看，Barcelona并不会像Intel Core微架构相比NetBurst那样有巨大的改变，但是新一代四核在性能上必然将有不小的提升，但具体的提升幅度，目前还无从考证。AMD方面目前也没有公布过任何有关性能的说明。

　　AMD有望在年底前展示基于Barcelona四核处理器的系统，实际的处理器出货要等到2007年中期，在这之前，我们还无法了解其性能的高低。可以肯定的是，Barcelona肯定会比今天的Opteron更快，但与Intel对比是否有竞争力，还是个问号。

 Intel下月将抢先发布四核处理器

　　AMD桌面四核也将在明年下半年发布，这样来看，在未来的6-7个月里，Intel在四核发布将保持领先地位。不过AMD已经表示，Intel即将发布的Kentsfield四核，实际是将两颗双核封装在一起而成，并不是真“四核”，但不知道消费者是否会在意这个问题。<