Neue Prozessorarchitekturen

Sandy Bridge & Bulldozer

Sowohl AMD als auch Intel bringen 2011 Prozessoren mit einer neuen Architektur. Wir zeigen die Unterschiede und die Gemeinsamkeiten im Aufbau von AMDs Bulldozer und Intels Sandy Bridge auf: AMD bringt ganz spezielle Multicore-CPUs und Intel einen Ring-Bus.

  1. Sandy Bridge & Bulldozer
  2. Der Ring-Bus
  3. Intels Sandy Bridge
intel, amd, auto, bulldozer

© PC Magazin

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Das Jahr 2011 wird spannend: Mit Intel und AMD führen die beiden wichtigen Hersteller von x86-Prozessoren neue Architekturen ein. Intel bringt mit Sandy Bridge den ersten Mainstream-Prozessor mit auf dem Die integrierter Grafik, AMDs Bulldozer bricht mit dem seit dem 486er gültigen Konzept, das eine Integer- und eine Fließkommaeinheit in einem Kern vereint.

Erste Details zu Sandy Bridge hat Intel auf dem Intel Developer Forum im September öffentlich gemacht. Der neue Prozessor wird mit zwei und vier Kernen und einer integrierten Grafik Anfang 2011 auf den Markt kommen; er ist für Notebooks und Desktop-Rechner gedacht. Die Architektur von Sandy Bridge ist aber modular ausgelegt, auf ihrer Basis werden auch Prozessoren für Server und Workstations entwickelt.

Damit bilden Sandy Bridge und seine kommenden Verwandten einen der beiden Pfeiler in Intels Prozessorstrategie. Der andere ist der Stromsparprozessor Atom. Den Itanium gibt es zwar noch, er ist aber zum Aussterben verdammt.

AMD setzt dagegen auf Spezialisierung: Bulldozer wird als Opteron für Server und Workstations das Licht der Welt erblicken, für Client-PCs und Notebooks ist der Fusion-Prozessor Llano gedacht, der auch CPU und GPU auf einem 32-nm-Die vereint.

Allerdings nutzt AMD als CPU-Teil wohl eine Weiterentwicklung der bisherigen K10-Architektur. Den Atom von Intel soll der ebenfalls neue entwickelte Bobcat herausfordern: Den AMD-Stromsparprozessor mit schneller Radeon-Grafik wird es mit einem und mit zwei Kernen geben.

Kreisverkehr

Sandy Bridge

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Bei Sandy Bridge ist die Grafik nun mit auf dem Die integriert. Die Kommunikation der Komponenten läuft über einen Ring-Bus.

Bei der Entwicklung neuer Prozessoren folgt Intel seit 2007 der Tick-Tock-Strategie: Ein neuer Fertigungsprozess mit kleineren Strukturen und eine neue Prozessorarchitektur wechseln sich ab. Der 2008 eingeführte 45-Nanometer-Core-i7 (Nehalem) war die letzte neue Architektur, gefolgt von einem Wechsel auf 32 Nanometer mit Westmere im vergangenen Jahr.

Nun ist mit der 32-Nanometer-CPU Sandy Bridge wieder eine neue Architektur an der Reihe. Deren wichtigste Neuerung ist die integrierte Grafikeinheit. Der Vorgänger Westmere besteht noch aus zwei über QPI verbundene Chips auf einem gemeinsamen Prozessorgehäuse: dem eigentlichen 32-nm-Core und einem 45-nm-Chip, der den Speichercontroller und die Grafikeinheit enthält.

Bei Sandy Bridge bilden die Prozessorkerne und die GPU eine Einheit, sie teilen sich sogar einen gemeinsamen Last-Level-Cache (LLC). Der Speichercontroller und der Displaycontroller sind bei Sandy Bridge Bestandteile des so genannten System Agents. Die Verbindung zwischen den bis zu vier Kernen, dem segmentierten LLC und dem System Agent stellt ein Bus her, der aus vier Ringen (Request, Snoop, Acknowledge und Data) besteht und voll pipelined mit Core-Taktfrequenz operiert.

Der Ring-Bus erlaubt im Gegensatz zu einer Crossbar ein leichteres Redesign, etwa für das Hinzufügen zusätzlicher Kerne. Einen ähnlichen ringförmigen Bus hat Intel bereits bei den Server-Prozessoren Nehalem-EX und Westmere-EX sowie beim Grafikchip Larrabee eingesetzt, der allerdings nie Serienreife erlangte. Auch beim Cell-Prozessor kommunizieren die einzelnen Bestandteile über ein Ring-Interface.

Der Last-Level-Cache, aus Sicht der CPU-Kerne ein Level-3-Cache, ist bei Sandy Bridge je nach Modell bis zu 8 MByte groß. Im Gegensatz zu Nehalem oder Westmere arbeitet er mit der vollen Taktfrequenz der Prozessorkerne. Die einzelnen Segmente des LLC sind den einzelnen Kernen zugeordnet, können aber von allen CPU-Cores und der Grafikeinheit adressiert werden.

Durch die Segmentierung und das heranrücken des LLC konnten die Intel-Ingenieure laut David Kanter (www. realworldtech.com) die Latenzzeit auf 26 bis 31 Takte gegenüber 35 bis 40 Takte bei Nehalem reduzieren. Der Level-2-Cache in den Kernen ist wie bei den direkten Vorgängern nur 256 KByte groß, die L1-Caches fassen jeweils 32 KByte an Instruktionen und Daten.

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