AMD Bulldozer: Details zu Turbocore 2.0

Im Bulldozer-Blog hat AMDs John Fruehe Details zur "Turbocore 2.0"-Technik veröffentlicht. Bisher bekannt war nur, dass der Bulldozer auf allen vier Modulen um bis zu 500 MHz hochtakten kann, bei Last auf weniger Modulen/Kernen steigt die Frequenz weiter. Diese Werte bleiben auch mit dem Blog-Eintrag der aktuelle Stand der Dinge, Fruehe aber erläutert die Funktionsweise.

Fruehe spricht davon, dass "Turbocore 2.0" den Spielraum zwischen durchschnittlicher und maximaler Leistungsaufnahme heranzieht um den Takt zu erhöhen. Den maximalen Verbrauch der CPU bezeichnen AMD wie Intel als TDP ("Thermal Design Power"). Da eine CPU in den allermeisten Fällen jedoch viele unterschiedliche Aufgaben bewältigt, ist die TDP in der Praxis kaum von Relevanz, AMD hat die ACP eingeführt ("Average CPU Power"). Diese basiert auf einer 100-prozentigen Auslastung im Server-Bereich, was nicht gleichbedeutend ist mit einer 100-prozentigen Auslastung der CPU ist. Die ACP liegt daher deutlich unter der TDP, als Beispiel führt Fruehe den Opteron 2376 und den Opteron 6174 an: Der 2376 hat eine ACP von 75 und eine TDP von 115 Watt, die TDP liegt also 53 Prozent über der ACP. Beim 6174 dagegen beläuft sich die Differenz auf nur 44 Prozent, basiert auf 80 Watt ACP und 115 Watt TDP. Dies liegt an der "Coolspeed"-Technik aller Opteron 61xx, welche den Prozessor via P-State und Clock Gating drosselt, wenn er zu nahe an der TDP-Grenze liegt.

Mit dem "Turbocore 2.0" beim Bulldozer geht AMD weiter und gibt dem Chip deutlich mehr Spielraum mit auf den Weg und reizt das TDP-Limit aus. Allerdings nutzt AMD beim Bulldozer im Gegensatz zu den Opteron 61xx die Differenz zwischen ACP und TDP, um dem Chip mehr Takt mit auf den Weg zu geben anstatt ihn per Coolspeed zu kontrollieren. "Turbocore 2.0" bietet jedoch keine garantierte Frequenz wie es beim Multiplikaptor-Overclocking der Fall ist, sondern steigert und senkt abhängig vom Workload dynamisch den Takt - ähnlich wie es die Phenom II X6 und die Core i5/i7 tun; ist der Workload identisch, liegt auch immer der jeweilige Takt an: Bei gleicher Auslastung wird ergo die gleiche Frequenz erreicht - ständig prüft die CPU ihre Leistungsaufnahme und legt dementsprechend viel Takt an. Zusammen mit AMD "PowerNow!" respektive "Cool'n'Quiet" bewegt sich die Frequenz samt Spannung also zwischen dem niedrigsten P-State und dem höchsten - abhängig von der jeweiligen Last.

Fruehe bestägt in seinem Blog zudem erneut, dass der Bulldozer-Chip bei Last auf allen Kernen bis zu (!) 500 MHz hochtaktet - selbst beim 16-kernigen Interlagos. Wenn nur die Hälfte der Kernen rechnen, ist ein noch höherer Takt möglich; auch hier sind Parallen zum Phenom II und den Core i5/i7 vorhanden. AMD wird daher zum Marktstart den Bulldozer mit dem Basistakt und dem höchsten Turbo-Takt bewerben, Intel macht dies bereits seit den ersten Core-i-CPUs so. Fruehe betont, dass sich "Turbocore 2.0" an der anliegenden Leistungsaufnahme orientiert und nicht an der Temperatur wie bei Mitbewerbern. Allerdings hat die Temperatur Einfluss auf die Leistungsaufnahme, wenngleich Intels Turboboost durch hohe Temperaturen stark in seiner Funktionsweise eingeschränkt wird - dies ist bei Bulldozer offenbar nicht der Fall (wie beim Phenom II X6).

Quelle: Bulldozer-Blog

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Hintergrund Bulldozer:
Der im 32-nm-Prozess gefertigte Bulldozer setzt auf sogenannte Module. Ein solches beinhaltet zwei (Integer-)Kerne, diese teilen sich unter anderem den 2 MiByte großen L2-Cache und die "Flex FPU" genannte Gleitkommaeinheit. Alle Module, bis zu vier beim Orochi-Die (Zambezi für Desktop und Valencia für Server), greifen auf 4 bis 8 MiByte L3-Cache zu - je nach Ausbaustufe werden die Versionen von AMD mit einer TDP mit 95 bis 125 Watt eingestuft. Ein Modul erreicht laut AMD 80 Prozent der Leistung eines (fiktiven) Bulldozer-Dualcores. Auf dem Financial Analyst Day gab AMD bekannt, dass Bulldozer selbst bei Auslastung aller Kerne per Turbocore bis zu 500 MHz hochtaktet. Zum Vergleich: Ein Phenom II X6 1090T legt nur bei drei von sechs Kernen die gleiche Frequenz oben auf, ein Core i7-870 bei Auslastung aller Kerne mit 233 MHz nicht mal die Hälfte. AMDs John Fruehe sagte zudem, mit weniger Kernen könne es gar mehr sein. Offenbar ist auch ein Taktplus bei stillgelegter FPU möglich, da hierdurch das TDP-Budget für die Integer-Kerne wächst.

Die ISSCC 2011 verriet zudem, dass zwei Bulldozer-Kerne 213 Millionen Transistoren fassen, das Design ist für 0,8 bis 1,3 Volt ausgelegt. AMD spricht davon, dass ein 8-kerniger Bulldozer weniger Die-Fläche verbraucht als ein Thuban (346 mm²), Hans de Vries von Chip-Architekt schätzt derzeit 320 mm². Das Bulldozer-Design soll 3,5 GHz und mehr erreichen, inklusive Turbocore - allerdings ist es von Haus hochtaktend ausgelegt, die Frequenzen lassen sich also nicht direkt mit einem Phenom II vergleichen. Auch sagt der hohe Takt nicht zwingend etwas über den Stromverbrauch des Designs aus. Der Cache bzw. die CPU-Northbridge des Bulldozer läuft mit 1,1 Volt und erreicht mehr als 2,4 GHz - ein Phenom II kommt auf nur 2,0 GHz. All diese Informationen sprechen zusammen mit der neuen, teils sehr mächtigen FPU für eine massiv gesteigerte Pro-Takt-Leistung gegenüber dem Phenom II. Der Bulldozer mit seinem innovativen Modul-Aufbau wird für das zweite Quartal 2011 erwartet.

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Im Bulldozer-Blog hat AMD Details zum Turbocore 2.0 des kommenden Moduls-Chips bekannt gegeben. So taktet der Bulldozer um mindestens 500 MHz nach oben, die Technologie arbeitet auf Basis der Leistungsaufnahme.

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