推土机内部结构

什么是推土机架构

CMP和SMT

CMP:CMP的方式很直接。简而言之，CMP已经完成。复制内核来扩展多线程软件中处理器的性能，这是获得最佳性能的最简单、最有效的方法。但是CMP的缺点是制造成本非常昂贵，而且还受到处理器制造工艺的限制。毕竟芯片不可能越做越大。而且CMP的方式需要很高的负荷。只有并行优化的负载才能充分发挥CMP的性能。许多核心CMP经常浪费资源。在某些应用中，频率更高、结构更简单的双核和四核处理器往往能获得更好的性能。

SMT:SMT是一种相对便宜的技术，比如英特尔的超线程，它允许每个物理内核同时运行两个线程。SMT的设计思想是充分利用各核心的资源。如果一个物理核只有一个执行线程，线程在等待内存中的关键代码或数据时会处于停顿状态，所以核的利用率较低。SMT技术允许一个物理内核运行两个或多个线程，可以根据当前情况动态切换。如果一个线程处于停顿状态等待内存，另一个线程的指令可以使用物理核的所有执行单元，这样物理核就可以充分利用。

为了让SMT正常工作，处理器的所有代码和内存部分都需要被复制或分区。例如，一个双线程SMT处理器需要两组架构寄存器和重命名寄存器，一组用于线程A，一组用于线程b，此外，构成指令窗口的共享指令队列应该有一个很大的空空间，以便指令窗口可以容纳来自两个线程的足够多的指令，并使执行单元保持忙碌。最后，两个线程的任何共享单元，比如处理流水线不同部分的指令缓存，都不能被任何一个线程独占。换句话说，SMT内核的两个线程需要紧密地共享资源，以确保内核的缓存单元不会被线程闲置。

推土机架构分析

AMD推土机将采用32nmSOI工艺，使得推土机与马尼库尔骁龙处理器在不增加功耗的情况下，核心数量可以增加33%，吞吐量可以增加50%。与AMD之前的所有处理器不同，推土机领养模块化；设计，每个模块它包含两个处理器内核，有点像启用了SMT的单核处理器。每个内核都有自己的整数调度器和四条专有流水线。两个内核共享一个浮点调度器和两个128位FMAC乘法累加器。

不同的是，在K10架构中，ALU和AGU共用三条流水线(平均1.5条)。推土机每个核心整数单元中的流水线数量增加到4个，具有2个专用AGU和2个专用ALU。L1的缓存也不同。在K10架构中，每个内核都有64KBL1指令缓存和64KBL1数据缓存。还有推土机每个内核有16KBL1数据缓存，每个模块有64KB双向L1指令缓存。减少的L1缓存是否会影响性能还有待观察。两个内核共享L2高速缓存，模块共享L3高速缓存和北桥。

AMD推土机模块

模块还有核心这必然会导致混乱。其实对于用户来说，没必要刻意去关注模块概念，这只是AMD在设计上的称谓，产品投放市场时，还是会打上核心量的标记。例如，我们说推土机架构因特拉格斯服务器有16个内核，而不是8个模块。你为什么采用这个模块设计的主要原因，AMD说减少CPU的冗余电路。

如果采用CMP的方法，随着核心数量的增加，CPU的核心面积会越来越大，重复的电路会越来越多，功耗也会增加&mdash&mdash因为CMP是复制核心的方式。并采用模块通过设计可以大大减少冗余电路，这对于大量内核来说意义重大。比如推土机，两个内核共享浮点部分。对于大多数服务器应用来说，整数运算部分远高于浮点运算(高性能计算除外)，所以在大多数应用中共享浮点执行单元不会影响性能。整数部分不共享，否则会造成瓶颈。

上面我们已经回顾了CMP和SMT设计的特点，可以把AMD推土机架构可以看做是两者之间的一种设计:两个线程(核)共享浮点执行单元，但各自有自己的整数执行资源。它看起来像是另一种形式的SMT，或者是AMDAMD的第三条路。但与传统SMT设计不同的是，SMT只复制核心内存部分，一个线程一个registerfile，而AMD推土机在架构中，每个线程复制整数执行单元的完整硬件，一个线程有一个存储模块(registerfile)和一组完整的整数执行单元。