Bulldozer FX im Test: Architektur-Details, ergänzende Messungen, FX-Plattform und Windows 8

Bulldozer FX im Test: Architektur-Details
Der Bulldozer kommt auf eine Die-Fläche von 315 Quadratmillimetern und enthält rund zwei Milliarden Transistoren [Nachtrag: AMD korrigierte den Wert mittlerweile auf 1,2 Milliarden], die Fertigung erfolgt im 32-Nanometer-Verfahren bei Global Foundries. Die Architektur des Bulldozer FX, dessen Codename im Desktop-Segment Zambezi lautet, basiert auf sogenannten Modulen: Ein solches besteht aus den für einen CPU-Kern üblichen Bestandteilen wie Integer-Einheiten, Gleitkomma-Einheit, Decoder und Caches. AMD hat aber mehr Integer-Leistung als bei einem einzelnen klassischen Kern verbaut. So verfügt ein Modul über ein gemeinsames Frontend, welches Befehle heranschafft (Fetch) und dekodiert, aber auch die verbesserte Sprungvorhersage enthält, hinzu kommen 64 KiByte L1-Instruction-Cache und der 2 MiByte fassenden L2-Cache. Der Decoder eines FX ist vierfach skalar, so wie der von Intels Sandy Bridge, während ein Phenom II nur dreifach skalar arbeitet. Hinter dem Frontend sitzen zwei Integer-Ausführungseinheiten samt einem winzigen, 16 KiByte fassenden L1-Daten-Cache - so wie in einem klassischen Zweikerner. Jede Einheit verfügt über einen vierfach skalaren Scheduler und vier Pipelines (statt jeweils drei wie beim Phenom II), wenngleich die ausführenden ALUs nur doppelt vorhanden sind und sich leicht unterscheiden. Die beiden weiteren Pipelines sind erweiterte AGUs, sogenannte AGLUs, die neben der Adressgenerierung auch einige wenige einfache Operationen durchführen können.

Damit kommt ein FX-8150 mit vier Modulen auf nur 16 ALUs/AGUs, ein Phenom II X6 fährt derer 18 auf. Obacht: Eine Integer-Einheit kann einen Thread abarbeiten, es können aber nicht beide Integer-Einheiten an demselben Thread rechnen! Noch ein paar Worte zu den Zwischenspeichern: Jede Integer-Ausführungseinheit verfügt wie erwähnt über einen 16 KiByte fassenden L1-Daten-Cache, ein jedes Modul über 64 KiByte L1-Instruction-Cache sowie der 2 MiByte fassenden L2-Cache. Im Vergleich zum Phenom II sind die Zugriffslatenzen durchweg gestiegen, was vor allem beim L1D kurios anmutet. Der komplette Chip bietet 8 MiByte L3-Cache, welcher an die mit 2,2 oder 2,0 GHz taktende Northbridge (einst waren 2,4 GHz geplant) samt Speichercontroller angedockt ist. Letzterer gestattet dem Bulldozer bis zu DDR3-1866 im Dualchannel-Betrieb samt ECC (möglich wird dies durch zwei 72 Bit breite Kanäle statt der üblichen 64 Bit). Die Fehlerkorrektur ist für Consumer-Systeme aber unerheblich und zudem erst aktiv, wenn passender RAM genutzt wird.

Quelle: AMD AMDs Zambezi Tech Preview zum Bulldozer FX (5) Die Gleitkomma-Einheit namens "Flex FPU" (flexible Floating-point unit) ist in einem Modul nur einfach vorhanden und somit eine Art Co-Prozessor, wird aber von den Integer-Schedulern gesteuert: Sie besteht aus zwei FMAC-Pipelines, die wahlweise zwei 128-Bit- oder eine 256-Bit-AVX-Instruktion pro Takt abarbeiten. Mit jedem Takt kann die Flex FPU einer Integer-Ausführungseinheit zugeordnet werden oder aber 128 Bit simultan für je Einheit ausführen, somit soll eine optimale Lastverteilung erreicht und Leerlauf vermieden werden. Unterm Strich hat ein FX mit vier Modulen jedoch weniger FPU-Einheiten als ein Phenom II X6 (sechs FADD plus sechs FMUL gegen acht FMAC). Mit der Unterstützung von SSE4.1, SSE4.2, AVX, den Advanced Vector Extensions, sowie einer Hardware-Unterstützung für den Verschlüsselungsalgorithmus AES zieht AMD mit Intel gleich, legt aber noch FMA und XOP oben drauf: Das Fused-Multiply-Add (FMA) sorgt für eine genauere und schnellere Berechnung von Instruktionen, dies ist vor allem für High-Performance-Computing interessant, aber auch Spiele können profitieren. XOP ist aus AMDs gescheiterter SSE5-Implementierung entstanden und bietet ähnlich wie AVX Vektor-Befehlssätze. Für AVX wie XOP müssen aber (Multimedia-)Anwendungen entsprechend neu kompiliert werden, AMD hat passende Versionen des x264-HD-Benchmarks an die Tester verteilt - dazu mehr in der PCGH 12/2011.

Quelle: AMD AMDs Zambezi Tech Preview zum Bulldozer FX (12) Laut AMD sei der Bulldozer auf hohe Frequenzen und Durchsatz hin fokussiert, soll aber zugleich effiziente Kerne respektive Module bieten - die Ausrichtung des kompletten Designs zielt auf den Server-Markt ab. So hat AMD diverse Verbesserungen eingearbeitet, die helfen sollen, effizient zu rechnen: Clock Gating sorgt dafür, dass (prozentual gesehen) weniger Schaltkreise als bisher arbeiten müssen und mit dem C6-State alias Power Gating können komplette Module von der Stromversorgung getrennt werden. Ein sogenannter Power Manager prüft, wie hoch die TDP des Chips ist und erlaubt es einzelnen Modulen oder der kompletten CPU, ihren Takt zu steigern und damit auch die Leistung. So agiert der FX-8150 im Leerlauf zwar bei 1.400 MHz (200 MHz Referenztakt) statt 800 MHz wie bisherige Phenom II, die Spannung aber liegt bei realen 0,9 Volt [auf dem Asus Crosshair V Formula] und einzelne Module werden deaktiviert. Unter Last rechnet der FX-8150 mit mindestens 3,6 GHz und je nach TDP-Budget sogar 3,9 GHz (pro Modul). Sofern eine Anwendung maximal zwei Module nutzt, "schlafen" in der Theorie die beiden anderen und der FX erreicht bis zu 4,2 GHz. Der Multiplikator ist übrigens bei allen FX offen und erleichtert somit das Overclocking.

Eine deutlich ausführlichere Architektur-Aufschlüsselung nehmen wir in der PC Games Hardware 12/2011 vor.

Quelle: AMD Die Scorpius-Plattform besteht aus einem 9er-Chipsatz wie das Topmodell 990FX und die Southbridge SB950 Bulldozer FX im Test: Die Plattform
Der FX ist Teil der Scorpius-Plattform, welche im Wesentlichen aus dem schwarzen Sockel AM3+ und den Chipsätzen der 9er-Serie besteht. Die Kommunikation zwischen CPU und dem Chipsatz erfolgt via Hyper-Transport 3.0 mit vollen 2,6 GHz (20,8 GB/s pro Richtung). Mit 32 PCI-Express-2.0-Lanes bietet das Flaggschiff 990X doppelt so viele Leiterbahnen wie ein Sandy-Bridge-System, was dem nun mehr unterstützen SLI zugute kommt. Ansonsten gibt es keine Neuerungen, auch USB 3.0 fehlt und muss per Zusatzchips nachgerüstet werden. Die "neue" Southbridge SB950 entspricht der SB850, welche mit den 8er-Chipsätzen gekoppelt wird, und beherrscht unter anderem SATA 6-GB/s.

Der Sockel AM3+ bietet neben einem für die Spannungswandler optimierten Retentionmodul einige Verbesserungen: Die Verbindung von AM3+-Sockeln zum Power-Controller mit 3,4 MHz sorgt im Vergleich zu AM3-Mainboards mit nur 400 KHz laut AMD für ein präziseres Energiemanagement und einen geringeren Verbrauch. Die neuen Anforderungen für die Stromversorgung: Energie beim Prozessor einsparen, was durch Spannungsabsenkungen unter Last erreicht wird (Loadline-Calibration). Die Wandler müssen 145 statt wie bisher 110 Ampere verkraften, was auch für den Sockel 1366 gilt. Ob sich der Sockel AM3+ in der Praxis wirklich besser schlägt als der inoffiziell FX-kompatible AM3 testen wir in der PCGH 12/2011.

Quelle: AMD Der verbesserte Windows-8-Scheduler soll die Leistung des Bulldozer FX gegenüber Windows 7 um 2 bis 10 Prozent steigern Bulldozer FX im Test: Windows 8
Sofern der komplette FX-Chip ausgelastet ist, stellt sich die Frage nicht, wo welche Threads abgearbeitet werden sollen. Bei sagen wir vier Threads bieten sich zwei Optionen an: Jeder läuft auf einem Modul und erhält alle Ressourcen (sprich mehr Leistung pro Takt), der Turbo aber reicht maximal bis zu 3,9 GHz. AMD sieht vor, dass in einem solchen Vier-Thread-Fall nur zwei Module rechnen. Die Leistung pro Takt ist zwar geringer, da sich die Integer-Einheiten die FPU und das Frontend teilen müssen, der Turbo jedoch legt bis zu 4,2 GHz an. Unter Windows 7 ist häufiger das erste Szenario der Fall, unter Windows 8 dagegen soll der Scheduler verbessert worden sein. Daher steigt laut AMD die Spieleleistung unter Windows 8 Preview im Vergleich zu Windows 7 zwischen 2 und 10 Prozent. Für unseren Online-Artikel reichte die Zeit, nicht um dies nachzustellen, im Heft jedoch finden Sie entsprechende Tests.

Bulldozer FX im Test: Ergänzende Messungen
Um herauszufinden, wie sich der Bulldozer pro Takt schlägt, vergleichen wir ihn mit dem preislichen Konkurrenten Core i5-2500K und dem bis gestern aktuellen AMD-Flaggschiff Phenom II X6 1100T. Alle CPUs laufen mit 3,3 GHz - somit lässt sich problemlos erkennen, welche Architektur ungeachtet der Kerne mehr Schlagkraft bietet. Zudem greifen wir auf die Resultate unseren Artikel "Pro-MHz-Leistung mit 30 CPUs geprüft" der PCGH 10/2011 zurück und prüfen, wie schnell die Architekturen bei 2,0 GHz einen Thread auf einem Kern (1C) abarbeiten.

Die Resultate des Bulldozers sind erschreckend: Obwohl er laut AMD-Marketing acht Kerne besitzt, unterliegt er bei gleichem Takt dem Phenom II X6 in allen Index-Benchmarks (Truecrypt ohne AES in Hardware), der vierkernige Core i5-2500K ist hier etwas langsamer und schlägt in Spielen dafür beide CPUs oft - in Starcraft 2 ist der i5 gar 78 Prozent flotter als der FX. In Sachen Singlethead-Leistung dreht der Intel-Chip Kreise um die beiden AMD-CPUs: Er liegt durchweg deutlich in Front, im Extremfall deklassiert er den Bulldozer mit einem Vorsprung von 63 Prozent!

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Der Bulldozer FX-8150 endlich im Test bei PC Games Hardware: Wie schnell rechnet der FX-8150? Wie hoch fällt die Leistungsaufnahme aus? Welche architektonischen Besonderheiten fährt der Bulldozer auf und wie gut lässt er sich übertakten? Fragen, auf die PC Games Hardware im FX-Test Antworten gibt.

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1. Seite 1 Bulldozer FX im Test: Einleitung, Modelle, technische Daten und Testaufbau
2. Seite 2 Bulldozer FX im Test: Architektur-Details, ergänzende Messungen, FX-Plattform und Windows 8
3. Seite 3 Bulldozer FX im Test: Anwendungs- und Spiele-Benchmarks plus Turbomodus
4. Seite 4 Bulldozer FX im Test: Leistungsaufnahme und Overclocking/Undervolting
5. Seite 5 Bulldozer FX im Test: Zusammenfassung und Fazit