AMD Zen arhitektura procesora

Godinama smo slušali najave kako će nova arhitektura iz AMD-a ugroziti lidersku poziciju Intela. Ipak, jedan pogled na najavljena unapređenja koja donosi najnovija AMD-ova arhitektura ukazuje na potencijalno iznenađenje.

Pre samo deset godina tržište personalnih računara bilo je potpuno drugačije nego danas. Prodaja je rasla godinu za godinom, svet još nije zaludelo čudo tehnike iz Kupertina zvano iPhone, a Intel i AMD su po performansama svojih procesora bili veoma blizu. Istina, negde baš u to doba, Intel je svojom Core arhitekturom AMD stavio u podređenu ulogu i od tada presto nije napuštao, čak ni zarad pauze za ručak. Kralj je navikao da ga za prestolom služe.

Ipak, deset godina nije malo. U međuvremenu su naslednici i sledbenici pomenutog čeda kompanije Apple postali glavni akteri vesti i testova. Računari i s njima u paketu procesori, grafičke kartice i drugi proizvodi o kojima su se, u vremenu za nama, komentari mogli čuti čak i na pijacama ili stanicama gradskog prevoza, prešli su veliki put. Od naslovnica „Sveta kompjutera” do stranica koje većina listajući preskače, put nije bio nimalo prijatan za mnoge proizvođače hardvera. Delom zbog smene generacija uređaja u žiži, delom zbog neadekvatne konkurentnosti, bili smo svedoci surove vladavine Intela, kojoj je neubedljivi AMD svojim jalovim pokušajima samo kumovao. Godinama smo slušali kako će nova arhitektura Intelovog vernog pratioca ugroziti lidersku poziciju. Uprkos želji mnogobrojnih fanova, koji su uistinu više voleli politiku niže cene i bolje vrednosti za uloženi novac, na koju je AMD bio primoran, do izjednačavanja performansi ili prestizanja nije došlo.

Kraj je godine u kojoj Intel dosadno inovira gamu proizvoda povećavajući cene i obesmišljavajući izbor. Idealno vreme za lansiranje kontraofanzive prolazi tiho, kao i prethodnih godina. Ono malo istinskih zaljubljenika u dela AMD-a, pak, priča o novom takmacu koji će dominaciji američkog giganta stati na crtu. Većina samo odmahuje rukom. Ipak, jedan pogled na najavljena unapređenja nad najnovijom generacijom AMD-ove mikroarhitekture ukazuje na potencijalno iznenađenje. Koliko je to realno? Šta mogu očekivati fanovi, a šta oni koji planiraju kupovinu novog ili unapređenje postojećeg računara?

Redizajn ili restilizovanje

Kada god neka velika i dominantna kompanija radi redizajn tehnologije od koje zarađuje, to pomalo liči na kockanje. Naravno, u istraživanje i razvoj se neretko ulažu iznosi veći od milijarde američkih dolara, pa svako iole upućen u prilike u industriji razume da se od rezultata prodaje tako pažljivo finansiranih proizvoda očekuje mnogo. No, AMD već duže vreme ne raspolaže količinom novca kao nekada. Ciklusi istraživanja su možda i ostali u okvirima u kojima je ova kompanija radila u najbolje vreme svoje istorije. Ipak, troškovi razvoja i testiranja su sigurno mnogo manji nego nekada. Čini se da su upravo nedostatak novca i nesposobnost privlačenja vrhunskih kadrova (što može biti i direktna posledica prvonavedenog), neophodnih za realizaciju istinski konkurentnog proizvoda, osnovni razlozi današnje situacije AMD-a. Uistinu, ne treba zaboraviti ni šaradu u izboru rukovodilaca kompanije. O ovoj temi smo u nekoliko navrata pisali. Danas je, pak, na čelu kompanije iskusni rukovodilac Lisa Su, čije su četiri godine u kompaniji bile dovoljne da u potpunosti upozna prilike i pripremi strategiju za period u kom AMD ne prihvata poraz.

Na konferenciji koju je AMD organizovao u San Francisku sredinom avgusta, direktorka Lisa Su je pozvanim novinarima predstavila Zen arhitekturu, zasnovanu na 14-nanometarskom FinFET proizvodnom procesu. Na pomenutoj konferenciji Su je istakla poboljšanja u tri kategorije: performansama, efikasnosti i propusnosti. U prevodu, procesori će biti brži i moćniji, a neće trošiti više, već manje od prethodne generacije. Zvuči idealno, zar ne? Pitali smo se otkud tako hrabre i moćne izjave izvršne direktorke, pa smo odmah analizirali high-level arhitekturu koju je AMD na slajdovima istakao. Jedan detalj upada odmah u oči.

Ako pogledate sliku (levo), u sredini gornjeg dela arhitekture možete da uočite keš za mikro operacije. Podsetimo, Intel ovaj element arhitekture procesora već duže vreme ugrađuje u svoje proizvode. Prvi primeri u moderno doba su viđeni u NetBurst arhitekturi, koja je krasila Pentium 4 procesore. Kasnije je Conroe arhitektura, kojom je Intel započeo dominaciju, nastavila sa upotrebom ovog keša. U Bulldozer arhitekturi, AMD nije koristio ovaj keš. Dobri poznavaoci arhitekture računara će prepoznati da ovaj keš uz pridruženi red (eng. micro-op queue) bolje upošljava odvojenu jedinicu za operacije nad celim brojevima i onu koja je zadužena za rad sa brojevima sa pokretnim zarezom. Ovaj red u Zen arhitekturi može da prenese šest operacija u sekundi jedinicama za obradu. Intel svoje jedinice (za obradu celih brojeva i onih sa pokretnim zarezom) upošljava iz jedne jedinice za raspoređivanje (eng. scheduler), dok AMD i dalje zadržava odvojene raspoređivače. Prirodno, kako se na internetu mogu naći samo slajdovi sa prezentacije, nije jasno na koji način je AMD realizovao keš za mikro-operacije i koliko je unapređenje koje ova jedinica obezbeđuje.

Druga tačka na koju se pozivaju jeste unapređenje predikcije grananja. Ako se sećate, gotovo da nije bilo lansiranja Intelovog procesora u prošlosti, još od pomenute NetBurst arhitekture da u njihovim prezentacijama nije bilo reči o „redizajniranom” ili „značajno unapređenom” prediktoru grananja. AMD je ovoga puta posegao za istim oružjem, iako ni u ovom slučaju nije ponudio niti jedan argument ili red veličine unapređenja predikcije grananja. U ovoj fazi, moraćemo da im verujemo na reč. Ipak, znajući da pažljiva unapređenja ovog podsistema mogu da donesu veliki bonus u performansama i prateći najave visokog samopouzdanja iz AMD-a, priznajemo da sa velikom pažnjom očekujemo prve primerke ove arhitekture u vrednim šakama redakcijske ekipe.

Površna analiza jedinice za obradu celih i brojeva sa pokretnim zarezom ukazuje da se AMD odlučio za dizajn koji obezbeđuje znatno viši paralelizam na nivou instrukcija. U prilog tome idu najave da su jezgra pojačana 75 odsto širim prozorom za raspoređivanje instrukcija i 50 odsto većom širinom prenošenja instrukcija iz procesa dekodiranja u proces ponovnog raspoređivanja. Na papiru, ovo deluje veoma ubedljivo. Ipak, dobro je poznato da ova hardverska proširenja malo znače ukoliko ih ne prate adekvatno ubedljiva unapređenja u podsistemu keš-memorije i softveru.

Keš ili život

Sistem keš-memorije je pretrpeo znatne promene u odnosu na Bulldozer arhitekturu. Na L1 nivou, Zen ima povećanu asocijativnost i dvostruko veći kapacitet. Svako Zen jezgro ima 64 kilobajta sa četiri bloka po setu za instrukcije, i 32 kilobajta sa osam blokova po setu za podatke. L2 memorija ima 512 kilobajta sa osam blokova po setu (duplo više memorije i dvostruko viša asocijativnost u odnosu na Intelov SkyLake), a L3 se diči sa osam megabajta (na svaka četiri jezgra) sa 16 blokova po setu. U količini L3 memorije, Intelov SkyLake i AMD Zen se ne razlikuju, mada se AMD i dalje drži modularnosti svog dizajna, pa se L3 asocira uz blokove od četiri jezgra, dok Intel svoju keš-memoriju na trećem nivou drži na nivou čitavog procesora.

U tabeli je dat uporedni pregled analize keš memorije kod dva Intelova i AMD-ova procesora (arhitekture).

Kada je Intel još pre 13-14 godina uvodio Hyper-Threading tehnologiju, pričali smo o sposobnosti procesora da izvršava instrukcije u dve procesorske niti na jednom procesorskom jezgru. Godina je 2016. i kompanija AMD u implementaciju svoje najnovije arhitekture, pod nešto generičkijim imenom Simultaneous Multi-Threading (SMT), konačno uvodi ovu funkcionalnost. Bitno je istaći da ovakva vest možda ponajviše pledira na poboljšanje performansi procesora zasnovanih na Zenu. No, ne treba zaboraviti da ova tehnologija operativnom sistemu predstavlja jezgro kao dva jezgra (dve procesorske niti) i AMD će morati da poradi i na softveru na nivou drajvera operativnog sistema, ukoliko želi da iskoristi sav potencijal nove arhitekture. Intel je svoju verziju „peglao” godinama. Da li će AMD uspešno iskoristiti sve što je Intel u međuvremenu učinio dostupnim javnosti, ili će krenuti sopstvenim putem, ostaje da vidimo.

Potencijalno ubedljiv

Prvi testovi primeraka Zen arhitekture su, takođe, demonstrirani na istoj konferenciji. U sukobu sa na istoj frekvenciji klokovanim (nižoj od originalno propisane) Intelovim procesorom i7-6900K, Zen predstavnik je uspevao, u nekim testovima, da se približi sposobnostima konkurenta ali i da ga u nekima nadmaši. Ipak, u mnogim testovima je Intelovo rešenje mnogo brže od Excavator jezgara (nad kojima AMD najavljuje ubrzanje od oko 40 odsto). AMD tu prednost ne može da dostigne u tekućoj generaciji procesora. No, pažljivim igranjem sa pakovanjem u proizvode, AMD će potencijalno biti u poziciji da u određenim segmentima ponudi bolju vrednost za slične ili manje novce od svog konkurenta. U ovoj disciplini, AMD je i ranije dobro igrao. Ipak, zaostatak u performansama je onemogućio dug život ove taktike. Sa najavljenim performansama, Zen bi ponovo mogao da bude adut u rukama veštog AMD marketinga.

Iako će se procesori zasnovani na novoj arhitekturi pojaviti u proizvodnom procesu koji trenutno krase aktuelna Intelova rešenja, mora se istaći kako će se, u vremenu u kom je najavljen veći broj modela sa Zen arhitekturom (a to je realno druga polovina sledeće godine), Intel podičiti sa proizvodnim procesom od 10 nanometara. Kada već govorimo o proizvodnim procesima, treba istaći da AMD koristi FinFET tehnologiju oprobanog tima Samsung/GlobalFoundries. Prvu generaciju ovog proizvodnog procesa (14LPE) će zameniti 14LPP, koji bi trebalo da obezbedi bolje performanse i nižu potrošnju energije od svog prethodnika. Ovaj proces će AMD koristiti u proizvodnji sve tri grupe svojih proizvoda (GPU, CPU i APU), iako će grafičke čipove proizvoditi i u procesu od 16 nanometara koji izrađuje TSMC (istu tehnologiju koristi i Nvidia za svoje Pascal proizvode).

U Blender testu na konferenciji, AMD-ov procesor (prototip), navodno razvijen u Samsungovoj fabrici, sa osam jezgara i šesnaest niti, za pola sekunde je bio brži u renderovanju scene nego jednako klokovani Intelov Broadwell-E procesor istih karakteristika u broju jezgara. Iako nije pokazan niti jedan više test, mora se priznati da je demonstrirani rezultat više nego zagolicao maštu prisutnih i onih koji su pogledali prezentaciju ili čitali pisanja medija na ovu temu. „Vratili smo se!”, čulo se nekoliko puta na konferenciji i to od različitih ljudi. Prava potvrda ove izjave će biti testovi serijskih proizvoda. Ukoliko AMD bude uspeo da isporuči konkurentne proizvode po (navodno visoko pozicioniranim) privlačnim cenama, Intel će morati da u 2017. bude ubedljiviji no u poslednjih osam ili devet godina, koliko otprilike traje taj jaz u performansama najbržih modela.

• • •

Proći će još dobrih četiri ili pet meseci pre no što budemo u prilici da raspravljamo preciznije na ovu temu. Ukoliko AMD uspe da u prva dva kvartala isporuči konkurentan serijski model procesora zasnovanog na Zen arhitekturi, čije performanse prilaze onima u postojećem vrhu ponude Intela, imaćemo otvorenu borbu u drugoj (važnijoj) polovini godine. Sledeće jeseni možemo očekivati stvaran rezultat AMD-ove nove ofanzive. U međuvremenu, AMD će Zen arhitekturu iskoristiti i za izradu APU proizvoda koji bi mogli, posebno u prenosnicima, da dovedu Intel u vrlo neugodnu poziciju. U grafičkom podsistemu, Intel još uvek kaska za najljućim protivnikom. Kako su procesori (barem na osnovu AMD-ovog testa) relativno blizu po performansama, to bi ukupno, uz dobro odabranu cenovnu politiku, dalo izvesnu prednost povratniku u visoko društvo.

Zen će biti, po svemu sudeći, opsesija trenutno nepredvidivog broja gejmera. AMD sa ovom arhitekturom pokušava šut za tri poena sa devet i po metara, poput Kevina Durenta u finalnom meču olimpijskog turnira u Brazilu ove godine. Ako budu uspešni poput maestralnog košarkaškog „izdajice” godine, na jesen sledeće godine ćemo pisati o velikom povratku i igri za pamćenje. No, ako to više budu šutevi nalik onima naših asova sa iste utakmice, sa setom u glasu ćemo „objektivno” podvući kako je AMD zasluženo srebrni i da je protivnik jednostavno bio previše jak.

„AMD za tri... sa parkinga!”

Momir ĐEKIĆ