La nueva micro-arquitectura AMD Jaguar

Todo lo que debes saber sobre la nueva micro-arquitectura de bajo consumo de AMD, la cual ruge por la supremacía rendimiento/watt.

El futuro es Fusion, es el slogan que promueve AMD, compañía que no descansa en su carrera hacia su nuevo enfoque: productos balanceados dirigidos a los segmentos más rentables del mercado. Y uno de los más rentables es el de los equipos de bajo consumo y con alta autonomía, factor muy importante en los dispositivos portátiles, sobre todo en sus versiones más livianas y económicas.

Introducción

A principios del año pasado, hicieron su aparición los primeros APU Fusion de AMD, los hasta ahora populares APU E-Series (AMD E-350 y otros integrantes de la plataforma AMD Brazos), primeros productos basados en la en ese entonces muy esperada micro-arquitectura Bobcat; y que se convirtieron en una auténtica pesadilla para la línea de microprocesadores Intel Atom, los que no pueden competir ante su rendimiento en ninguna de sus áreas (tanto CPU como IGP).

AMD recientemente lanzó su nueva plataforma Brazos 2.0 (APUs E2-1000 Series), la que también está basada en su micro-arquitectura Bobcat; pero a fines del próximo año, Intel alista su futura plataforma Baytrail conformada por los nuevos chips Atom Valleyview basados en la nueva micro-arquitectura Silvermont, la que desafiará a Bobcat en todos los aspectos (tanto CPU como GPU), y lo más probable es que termine superando a Brazos 2.0 (micro-arquitectura Bobcat).

AMD no planea quedarse esperando a que Silvermont derrote a Bobcat, por lo que desde ya anuncia a su sucesor: la nueva micro-arquitectura Jaguar, con la que pretende mantener su ventaja en este segmento. Si lo logrará o no, es un tema que recién podremos comprobar los últimos meses del 2013.

La micro-arquitectura AMD Jaguar

Hace algunas semanas elaboré mis propias especulaciones sobre la micro-arquitectura jaguar, pero estuve lejos de acertar. Jaguar está basado en la micro-arquitectura K10.6 (usada en los núcleos Husky de los APU Llano, de todas formas más avanzada que K10.5 en la que está basada Bobcat), pero con nuevos refinamientos tomados de las modernas arquitecturas modulares de AMD (Bulldozer, Piledriver, Steamroller y Excavator), aunque obviamente rediseñada para enfocarse en un producto de bajo consumo.

Micro-arquitectura K10.6 evolucionada y llevada al límite

Al estar basado en la micro-arquitectura K10.6, Jaguar está conformado por núcleos independientes (a los que denominaremos núcleos Jaguar), cada uno conformado por un núcleo x86 de enteros, L1 (I/D Instrucciones y Datos) y una nueva y potente unidad de punto flotante "FPU" de 128 bits (la FPU de Bobcat es de 64 bits) compatible con instrucciones AVX de 128 bits; para ejecutar instrucciones AVX de 256 bits debe hacerlo en dos pasadas, pero considerando que se trata de un chip de bajo consumo es muy poco probable que se destine a dicho tipo de instrucciones.

Las similitudes con K10.6 se terminan allí, pues AMD hizo un rediseño la micro-arquitectura para dotarla de los avanzados juegos de instrucciones presentes en los actuales microprocesadores AMD FX-Series “Bulldozer” como: SSE 4.1, SSE 4.2, AES (encriptación), CLMUL, MOVBE, AVX 1.0, XSAVE/XSAVEOPT, F16C y BMI. Jaguar no trae las instrucciones FMA4, factor que no es de extrañar considerando que está orientada a chips de bajo consumo.

Los núcleos Jaguar comparten una unidad de cache L2 de datos a la que AMD denomina Shared Cache Unit (SCU), la cual está conformada por cuatro bancos de 512KB cada uno (2MB en total) y es capaz de funcionar a la mitad de la frecuencia del chip, sólo funcionando a la velocidad completa del chip cuando alguna aplicación intensiva lo requiera, todo ello administrado por una interfaz L2, la que se comunica directamente con el cache de primer nivel L1. Éste es un esquema que debe ahorrar muchos transistores y a la vez simplifica el diseño del chip, algo que de cierta forma nos recuerda que AMD no abandona su tendencia hacia el diseño de hardware modular compartido.

Un mayor rendimiento por ciclo (IPC)

AMD afirma haber realizado muchas mejoras a la micro-arquitectura Jaguar con relación a Bobcat. Entre ellas, tenemos una nueva unidad de división rápida por hardware (basada en la presente en los APU Llano), unidades de predicción de saltos, prefetcher, fetch y decode mejoradas, más recursos destinados a la ejecución fuera de orden, schedulers más robustos, y mejoras en sus cache L1 (menores latencias), los que ahora poseen una mejor intercomunicación con el FPU.

Las optimizaciones mencionadas en el párrafo anterior permitirán que Jaguar posea un rendimiento por ciclo (IPC) más del 15% superior al de Bobcat, pero a la vez con un menor consumo a la misma frecuencia, lo cual le permitirá ofrecer frecuencias de funcionamiento hasta 10% superiores, es decir, podríamos tener productos Jaguar doble núcleo funcionando a 2GHz y con un rendimiento cerca del 30% superior al del futuro APU AMD E2-1800. Nada mal para un chip de bajo consumo.

Mejor virtualización

Otra de las áreas en las que AMD afirma haber trabajado es en el soporte mejorado a la virtualización, subiendo  en gran medida el rendimiento en dicha área, lo que nos hace suponer que podría haber diseñado Jaguar para producir no sólo APUs y SoCs enfocadas a equipos de escritorio y portátiles de bajo consumo, sino también para su uso en futuros productos enfocados a servidores de bajo consumo, los que podrían salir bajo la marca Opteron o FirePro.

La unidad de cómputo Jaguar

AMD denomina a la combinación de los cuatro núcleos Jaguar y la unidad de cache L2 compartida (SCU) una Unidad de Cómputo Jaguar (CU o Compute Unit); esta unidad estará acompañada de un renovado IGP, del cual AMD aún no ha brindado detalles, pero suponemos que estará basado en la arquitectura gráfica VLIW4 usada en los APU Trinity y en los GPUs AMD Radeon HD 6900 Series, o quizá en una versión recortada de la arquitectura Graphics Core Next (Radeon HD 7000).

El controlador de memoria de Jaguar

En cuanto al controlador de memoria integrado, Jaguar posee un mejorado controlador de memoria mono-canal (single channel) de 40 bits, con un soporte máximo de 1TB (1000GB) de memoria instalada, pero aún se desconoce su frecuencia de funcionamiento.

Los futuros APU basados en Jaguar

Los primeros productos de AMD basados en la nueva micro-arquitectura Bobcat serán el APU Kabini y el SoC Temash, los que estarán fabricados con el proceso de manufactura de 28nm (aún desconocemos si el fabricante de dichos chips será Global Foundries o TSMC), y serán lanzados en algún momento del próximo año.

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