L'architecture AMD Bulldozer

Publié le 13/05/2011 par
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AMD prépare son retour sur le marché du x86. L'architecture K10, bien qu'encore performante, montre ses limites face à la concurrence, en particulier face au Sandy Bridge dont l'efficacité brille sur les plateformes de bureau haut de gamme.

Pour sa nouvelle gamme de processeurs, AMD a investi dans le développement de deux nouvelles micro-architectures : Bobcat et Bulldozer. Si Bobcat vise le marché occupé par l'Atom, c'est-à-dire celui des plateformes ultra-basse consommation, Bulldozer est davantage destiné aux plateformes serveur et de bureau haut de gamme.

Bulldozer représente la première véritable nouvelle architecture pensée par AMD depuis 2003. La principale nouveauté de l'architecture réside dans la technologie CMT, pour Cluster Multi- Threading, qui constitue une nouvelle approche dans le compromis entre la consommation d'énergie et la performance dans le traitement multi-threads, et que nous verrons en détail dans ce dossier. AMD a également porté ses efforts sur certains points particulièrement critiques pour la bonne performance d'un microprocesseur moderne, et pour lesquels l'architecture K10 présentait quelques lacunes. Ainsi Bulldozer se voit désormais doté d'une prédiction de branchement digne de ce nom, et rejoint en ce sens les efforts menés par Intel sur ses dernières architectures. AMD prétend ainsi proposer une alternative sérieuse aux meilleurs processeurs Intel, en mettant en avant des choix technologiques originaux.
Une architecture qui mise sur le partage des ressources et … les hautes fréquences !

Après l'échec du Netburst qui a été dessinée dans l'optique de fournir la performance par une fréquence élevée, on pensait que les constructeurs bouderaient pour quelques temps les architectures destinées à monter en MHz. Chez AMD, K8 et K10 sont des architectures à IPC élevé (instructions par cycle), et ont fourni des performances brutes bien supérieures à ce que Netburst pouvait offrir à la même époque. Avec Bulldozer, AMD change de stratégie. Comme nous le verrons plus loin dans cet article, à nombre de cores égaux, la puissance brute de traitement du Bulldozer est en retrait par rapport à celle de l'architecture K10. Beaucoup des spécificités du K15 sont celles d'une architecture destinée à tourner à des fréquences élevées : un pipeline de traitement découpé en de nombreuses étapes, une prédiction de branchement améliorée (car critique pour l'efficacité d'une telle architecture), une architecture de caches mixant des L1 de petite taille et à faible latence avec de gros caches de niveau supérieur, et bien entendu une gestion pointue de la dissipation thermique.

Cela mis à part, la grande nouveauté de Bulldozer consiste en un design très original qui mélange des ressources dédiées et des ressources partagées entre les cores, et qui porte l'acronyme de CMT (Cluster Multi-Threading). Partager les ressources matérielles signifie économiser des transistors, donc de la surface sur la puce, et donc de la puissance dissipée, tout en s'efforçant de maintenir un niveau de performance proche de celui fourni par des ressources entièrement dédiées. AMD espère ainsi concilier une gestion efficace du multi-thread avec une performance par watt consommé élevée.
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