Offizieller AMD Barcelona (K10) *Sammel- & Infothread*

[w0mbat]

Offizieller AMD Barcelona (K10) *Sammel- & Infothread*


Heute, am 10. September 2007, hat AMD die 3. Generation ihrer AMD Opteron Serverprozessoren, mit dem Codenamen Barcelona, vorgestellt. Der Barcelona basiert auf einer neuen und verbesserten K8-Architektur, dem K10. Der K10 (auch AMD 10h-Family genannt) ist ein x86 Prozessor welcher auch x86-64 (64 Bit) unterstützt. Zudem ist der Barcelona (K10) der erste native Quad-core, d.h. alle vier Kerne der CPU sind auf einem einzigen Die.

Für die neue AMD Opteron-Generation hat AMD auch ein neues Logo präsentiert:



Der AMD Opteron ist eine Server- & Workstation CPU, setzt auf den Sockel F+ (1207), unterstützt je nach Variante bis zu zwei (AMD Opteron 23xx) oder mehr CPUs (AMD Opteron 83xx) auf einem Mainboard und nutzt reg. DDR2-667. Folgende Varianten sind ab heute verfügbar:

AMD Opteron 2000-Serie
AMD Opteron 2350 - 2,0GHz - 75W - $389
AMD Opteron 2347 HE - 1,9GHz - 55W - $377
AMD Opteron 2347 - 1,9GHz - 75W - $316
AMD Opteron 2346 HE - 1,8GHz - 55W - $255
AMD Opteron 2344 HE - 1,7GHz - 55W - $209

AMD Opteron 8000-Serie
AMD Opteron 8350 - 2,0GHz - 75W - $1019
AMD Opteron 8347 HE - 1,9GHz - 55W - $873
AMD Opteron 8347 - 1,9GHz - 75W - $786
AMD Opteron 8346 HE - 1,8GHz - 55W - $698

Die AMD Opteron CPUs aus der 8000-Serie sind deutlich teurer, da sie auch auf >2-Sockel Systemen eingesetzt werden können. Später in diesem Jahr sollen weitere, höher getaktete, Opterons auf den Markt kommen.


Architekturveränderungen am Barcelona (K10) gegenüber dem K8

Die Änderung, die einem wohl als erste auffällt, sind die vier Kerne, die der K10 besitzt (bezieht sich natürlich nicht auf die K10 Dual-cores). Dazu hat AMD aber nicht einfach zwei Dual-cores zusammen gepackt, sondern ein natives Quad-core Design entworfen, damit die Kerne untereinander ohne Behinderungen und auf direktem Wegen kommunizieren können. So skalieren die Kerne besser und man kann Flaschenhälse umgehen - im Gegenzug muss man aber eine teurere und komplizierte Fertigung/Entwicklung in Kauf nehmen. Der K10 ist aber nicht einfach nur ein K8 Quad-core (was bei dem früheren Codenamen K8L möglich erscheint), sondern es wurden an vielen Stellen Verbesserungen vorgenommen, die Wichtigsten werde ich hier aufführen:

Neue Cache-Struktur
Der K8 besitzt 128Kb L1-Cache (64Kb Data + 64Kb Inst.) und je nach Kern 512Kb oder 1024Kb L2-Cache. Ein K8 Dual-core hat logischer Weise doppelt so viel Cache. Der K10 hat beim Cache einige Veränderungen erfahren. Der L1-Cache ist mit 128Kb gleich groß geblieben, jetzt aber mit 256Bit angebunden (K8: 128Bit), was den Datenaustausch zwischen L1-Cache und Kern beschleunigt. Der L2-Cache beträgt beim K10 bei allen Versionen 512Kb pro Kern, es wurden also Versionen mit 1024Kb L2-Cache abgeschafft. Neu eingeführt wurde beim K10 ein L3-Cache, welcher bei allen Versionen 2048Kb groß ist. Das besondere an diesem L3-Cache ist, daß alle Kerne auf ihn zugreifen können, er also nicht wie L1- & L2-Cache exklusiv ist. Das soll den Austausch zwischen den Kernen steigern und somit die Multithreadingperformance erhöhen. Aber auch bei Anwendungen die "nur" einen Kern nutzen ist der L3-Cache nützlich, da er in diesem Fall nur von einem Kern genutzt wird, womit diesem ein größere Cache zur Verfügung steht.

Anmerkung zum L3-Cache von grover

Was noch erwähnt werden sollte, ist das der L3 Cache vom K10 ein Spill Cache ist und keine direkte Rolle im Speicherzugriff spielt. Der L3 enthält nicht zwingend alles was je aus dem RAM gelesen wurde, sondern nur die Sachen die aus einem L2 rausfallen. Theoretisch kann der K10 seine Speicherzugriffe dadurch optimieren, in dem parallel auf den RAM und den L3 Cache zugegriffen wird und d.h. nicht zwingend auf den RAM gewartet werden muss, wenn das Datenwort schon im L3 liegt. Andererseits bedeutet dies, das RAM-Lesezugriffe immer direkt in den L2 geladen werden (und damit nicht in den L3 geladen werden.)

Es ist also keine gewöhnliche Cache-Hierarchie.

Speicherkontroller (MC)
Der K10 besitzt, wie der K8, einen in der CPU integrierten Speicherkontroller, der die Zugriffe auf den Arbeitsspeicher (RAM) regelt. Der Barcelona unterstützt aktuell reg. DDR2 RAM mit einer maximalen Geschwindigkeit von 667MHz, der Phenom soll bis zu 1066MHz schnellen DDR2 nutzen können. Im K10 soll dessen Effizienz gesteigert worden sein.

SSE-128
Der K10 unterstützt nun 128Bit SSE, d.h. die FPU-/SSE-Einheiten sind nun 128Bit breit (K8: 64Bit). Der K10 braucht also weniger Zeit, um SSE-Instruktionen auszuführen (was z.B. in Spielen mehr Performance bringt). So wird die SSE-Performance des K10, im Vergleich zum K8, theoretisch verdoppelt, wenn man die doppelte Anzahl der Kerne einbezieht hat ein K10 Quad-core sogar die 4x SSE-Performance (bei gleichem Takt) wie ein K8 Dual-core.

Performance pro Watt
AMD legt bei der K10-Architektur nicht nur Wert auf die Performance pro MHz, sondern auch auf die Performance pro Watt. D.h. der K10 soll bei möglichst niedrigem Energieverbrauch möglichst viel Leistung bringen. Dazu wurde z.B. das Herstellungsverfahren verbessert. Ein 1,9GHz Barcelona mit einem 55W ACP hat also einen Verbrauch von unter 14W pro Kern. Mit besseren Steppings wird der Verbrauch weiter fallen.

Zudem wurde noch viel im Detail verbessert, bei dem meine Kenntnisse aber nicht ausreichen um dies darzustellen.

Der K10 wird im 65nm SOI Verfahren hergestellt und hat als Quad-core über 460 Millionen Transistoren.


Leistung des Barcelonas (K10) gegenüber dem K8 und dem Core2

Der Barcelona hat, wie jede CPU, seine Stärken und seine Schwächen. Nach den aktuell bekannten Benchmarks ist der Barcelona im Mittel 15-20% schneller pro MHz als der K8 und befindet sich etwa auf dem Performanceniveau der Intel Core2-Architektur (Conroe/Kentsfield). D.h. bei gleichem Takt ist ein Barcelona im Mittel gleich schnell wie ein Intel Xeon Quad-core. Nun gibt es Bsp. bei denen selbst ein 1,86GHz Xeon einen 2GHz Barcelona deutlich schlägt, wie auch Bsp. bei denen ein 2GHz Barcelona einen 3GHz Xeon abhängt. Um eine genaue und detaillierte Perfromanceanalyse zu bekommen, müssen wir aber noch auf ausführlichere Tests warten.

Einige Benchmarkbsp.




Wie man sieht kann sich der Barcelona (K10) in einigen Benches vor den höher getakteten Xeon E5345, einmal sogar vor den X5365 setzen. In anderen benches sind beide Intel Quad-cores vor dem Barcelona, was bei dessen niedrigem Takt aber auch nicht verwunderlich ist. Solange AMD also keine höher getakteten CPUs auf Basis des K10 auf den Markt bringt wird Intel durch den höheren Takt die Performancekrone behalten können. Zwar kann sich der 2GHz K10 in einigen Fällen sogar vor einen 3GHz Xeon Quad-core setzten, das sind aber nur Spezialfälle, die es bei Intel ebenso gibt.

Verglichen wurden hier:
zwei Xeon 5160 Dual-cores 3,0GHz (insg. 4 Kerne)
zwei Xeon E5345 Quad-cores 2,33GHz (insg. 8 Kerne)
zwei Xeon X5365 Quad-cores 3,0GHz (insg. 8 Kerne)
zwei Opteron 2220 Dual-cores 2,8GHz (insg. 4 Kerne)
zwei Opteron 8350 Quad-cores 2,0GHz (insg. 8 Kerne, Barcelona)


Wird der Phenom schneller als der Barcelona?
Der Phenom basiert auf genau der gleichen Architektur wie der Barcelona, große Verbesserungen kann man also nicht erwarten. Aber etwas an Performance wird der Phenom gewinnen könne, da er auch mit schnellerem RAM betrieben werden kann. Hier kann man mit ca. 5% mehr Performance rechnen, wenn man statt reg. DDR2-667, wie beim Barcelona schnellen DDR2-800 nutzt (mit DDR2-1066 wird die Steigerung entsprechend größer).


Fazit
Die K10-Architektur, respektive der Barcelona, ist keine Wunder-CPU, bietet aber eine zeitgemäße Performance bei einem guten Performance pro MHz und Watt Verhältnis. In Serveranwendungen ist der K10 etwas schneller als der Core2 bei gleichem Takt, in Desktopanwendungen sind beide etwa auf dem gleichen Niveau. Wenn AMD jetzt noch die Taktraten in den Griff bekommt und den Phenom mit DDR2-1066 RAM schnell und flächendeckend einführen kann ist AMD wieder im Spiel und wir können uns auf einen schönen Preiskampf freuen. Ich frage mich schon die ganze Zeit über was sich AMD- und Intel-Anhänger jetzt streiten werden, wenn beide CPU-Architekturen in etwa gleich schnell sind. Aber irgendwas wird sich bestimmt finden


Ich bitte euch mich auf Rechtschreibefehler und/oder inhaltliche Fehler hinzu weisen. Aber bitte per PM. Zudem würde ich mich natürlich über Kommentare und konstruktive Kritik freuen.

Und jetzt viel Spaß beim Diskutieren (nein, Spaß werde ich immer mit ß schreiben )

MfG w0mbat

Anhang:

[ataridelta9]

sehr guter& ausführlicher Beitrag über den K10 "Barcelona"

respekt

[Koebes]

THX w0mbat!

Der Bericht ist wirklich gut geworden!

PS: Läuft dann ja alles wie besprochen!

[DonGeilo]

Wie so oft ein Super Beitrag von dir w0mbat dafür kriegste ein Danke von mir.

[Bucklava]

yo find den auch sehr gut und ausnahmsweise auch mal objektiv von wombat

[Arokh]

Hi Wombat, wirklich gut gemacht.

Schreib doch noch ein bisschen was über neue Features wie z.B. NPT

[Reaper2004]

Kann mich meinen Vorrednern nur anschließen, ist echt ne schöne Zusammenfassung!
Evtl. kannst du ja wenn du Zeit hast auch noch die Cool & Quiet features, sowie einzelne Taktbarkeit der Kerne, sowie das neue TDP-System nachtragen.

[s.a.m.]

wow, alles was speicherlastig ist wird der barcelona wird bis zur einführung des internen memorycontrollers bei intel dominieren. ansonsten ist der fortschritt gegenüber dem K8 schon beachtlich.

[FGB]

Danke für das zusammentragen der details zum neuen k10. gute arbeit!

Gruß,
Fabi

[F-kopp]

gute arbeit wombat, gute arbeit AMD!

[Maurice]

Schick, wirklich schick. Wenn du dir weiter so viel Mühe gibst, wird es eine wahre Freude werden, hier schreiben zu dürfen

[grover]

Guter Anfang!

Was noch erwähnt werden sollte, ist das der L3 Cache vom K10 ein Spill Cache ist und keine direkte Rolle im Speicherzugriff spielt. Der L3 enthält nicht zwingend alles was je aus dem RAM gelesen wurde, sondern nur die Sachen die aus einem L2 rausfallen. Theoretisch kann der K10 seine Speicherzugriffe dadurch optimieren, in dem parallel auf den RAM und den L3 Cache zugegriffen wird und d.h. nicht zwingend auf den RAM gewartet werden muss, wenn das Datenwort schon im L3 liegt. Andererseits bedeutet dies, das RAM-Lesezugriffe immer direkt in den L2 geladen werden (und damit nicht in den L3 geladen werden.)

Es ist also keine gewöhnliche Cache-Hierarchie.

[RichieMc85]

sehr schön das hat ja AMD wieder gut aufgeholt. Jetzt muss nur noch das OC gut laufen und ich könnte schwach werden.guter Bericht!

[Lonzo]

Schöner, informativer Thread! Danke.

[Dimitrij]

Guter Thread, da braucht man ja fast keine andere Webseite(n) mehr ansurfen hier steht alles kompakt gebündelt zusammengeschrieben.
Wenn ich mir das so ansehe wirds verdammt knapp zwischen Intel und AMD. Mal sehen wie es dann ausgeht wenn von beiden Herstellern die neuen Desktop Serien am Start sind.

[BULLDOG]

Kann mich den andern nur anchliessen
DANKE wOmbat und DANKE AMD!!!!!

[Spieluhr]

yo find den auch sehr gut und ausnahmsweise auch mal objektiv von wombat

Dem kann ich mich nur vorbehaltlos anschließen! Endlich mal ein wirklich objektiver Thread zum K10 der sich zudem auch ganz sachlich liest und nicht immer dieses "halbwahre Rumgeprolle" der vergangenen Wochen.

Dafür bekommst ein Danke, w0mbat.


p.s.: Oldschool schreibt auch Spaß mit "ß"

[NoGo]

Immerwieder erstklassig, Wombat in bestform!

[predator98]

GUTE ARBEIT WOMBAT

...die testergebnisse der barcelona-cpu sind imho nochmal ein grund mehr weiterhin auf amd zu setzen...

[Splasher87]

hi wombat,

das hast du sehr schön zusammengefasst.

Ich danke dir für diesen Beitrag.

[Krollorama]

Schöner Beitrag! So muss es sein

[fromhell101]

Ja der beitrag gefällt mir auch sehr gut !

Aber wann werden den die neuen AMD´s erhältlich sein, weis das einer?

[Gahmuret]

Der phenom kommt im november, die opterons etwas früher

[FireStar]

So, jetzt geht gleich die Presentation im Live-Stream los, hier der Link:

Livestream

EDIT: Was ich schon entnehmen konnte: Barcelona kommt ab Dezember mit 2,5Ghz

[Viva]

Die sollen die ersten Benches zeigen, bin am gucken