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AMD Trinity: Piledriver x86-Module

CPU-seitig können die "Piledriver" genannten x86-Module sowohl als Revolution oder auch als Evolution bezeichnet werden; je nachdem, was man als Referenz heranzieht.

Innerhalb der APU-Produktfamilie für Desktop-PCs stellt die Modul-Architektur eine absolute Neuerung dar, in den "Llano"-Prozessoren kamen noch klassische, monolithische x86-Kerne ("Husky") zum Einsatz. Unter Berücksichtigung der FX-Prozessoren mit ihren "Bulldozer"-Modulen stellen Trinitys "Piledriver"-Module eine Weiterentwicklung dar. AMD hat also die Module seiner Desktop-CPUs optimiert und setzt sie nun erstmals in Desktop-APUs ein.

Gegenüber "Bulldozer" hat AMD den "Piledriver" an mehreren Stellen verbessert, sowohl was Optimierungen an der Microarchitektur selbst angeht, als auch was die Themenbereiche Takt sowie Energieversorgung- und effizienz anbelangt. Letztere sind für die Trinity-APUs besonders relevant, denn diese verfügen im Vergleich zu den FX-Prozessoren ja auch noch über eine leistungsfähige Grafikeinheit, welche zusätzlich mit Energie versorgt werden muss.

Sehr deutlich wird die Problematik, wenn man sich das ganze im Vergleich vor Augen führt: Die AMD FX-4170 CPU (zwei Module) taktet beispielsweise mit 4,2 GHz (4,3 GHz Turbo) und wird mit 125 Watt TDP ausgewiesen. Würde AMD bei dieser CPU nun - sehr vereinfacht ausgedrückt - nur den L3-Cache entfernen und dafür die Grafikeinheit mit in das Die integrieren, so läge die TDP weit jenseits von 125 Watt. Eine solch hohe TDP wäre nicht nur für das Marketing schwierig, sie würde auch die gesamten Plattformkosten immens in die Höhe treiben.

AMD Trinity Die Shot

Aus diesem Grund hat AMD die Energieversorgung der Trinity-Chips grundlegend geändert, indem ein "Resonant Clock Mesh" zum Einsatz kommt. Die Clock Meshes sind dafür verantwortlich, die Takt-Impulse gleichmäßig über den Chip hinweg zu verteilen, so dass der Takt sauber und pünktlich geliefert wird. Bislang "pumpte" AMD für jeden Takt die volle dafür nötige Energie in die Meshes. Für die Takt-Impulse bei Trinity setzt AMD auf das physikalische Prinzip der Resonanz und spart somit Energie bei den Taktgebern ein.

Man kann sich das Funktionsprinzip des Resonant Clock Mesh wie ein Pendel vorstellen: Einmal angestubst, schwingt es hin und her. Um es immer gleich weit ausschwingen zu lassen, muss man dem Pendel pro Schwingung nur einen leichten Stubs geben, aber wesentlich weniger energetischen Aufwand betreiben, als würde man für jede Schwingung ein anderes Pendel ganz von neuem anstoßen. Gerade bei sehr hohen Takten, für die mit der alten Methode dementsprechend viel Energie aufgewendet werden musste, zahlt sich das aus. Ein auf der ISSCC 2012 von AMD-Mitarbeitern vorgestelltes Paper stellt dar, dass mit der neuen Methode im Frequenzbereich von 2,9 bis 4,1 GHz zwischen 15 und 20 Prozent Effizienzsteigerung zu erreichen sind.

Durch Optimierungen wie diese, kombiniert auch mit einer Reduktion von Leckströmen, benötigt "Piledriver" also für vergleichbare Taktraten deutlich weniger Energie als "Bulldozer". Im Ergebnis entsteht innerhalb des angepeilten Energiebudgets der Chips (bei Trinity-APUs eine TDP von miximal 100 Watt) also Spielraum für den Einsatz der Grafikeinheit und/oder auch höhere Taktraten.

Andererseits hat AMD aber auch an vielen Stellen der Microarchitektur selbst kleine Verbesserungen vorgenommen, welche die Leistung pro Takt (IPC) gegenüber "Bulldozer" erhöhen sollen. Dazu zählen auch die FMA3 und F16C Erweiterungen für die Befehlssatzarchitektur (ISA). Die Präsentationsfolie von AMD zeigt, dass für "Piledriver" innerhalb der Module nahezu alles noch einmal überarbeitet wurde:

AMD Piledriver Improvements

Gegenüber "Llano" verspricht AMD eine deutliche Leistungssteigerung. Hierbei bezieht sich AMD jedoch nicht auf die Leistung pro Takt, sondern auf die Performance der zu vergleichenden APUs als Gesamteinheit inklusive Turbo. Selbstverständlich haben wir für diesen Artikel die IPC der "Piledriver"-Module mit derjenigen der "Bulldozer"-Module und "Husky"-Kerne verglichen und präsentieren das Ergebnis im weiteren Verlauf.



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