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AMD于2011年10月正式推出全新處理器微架構(gòu)“推土機(jī)”。

按照AMD的設(shè)計(jì)理念，推土機(jī)架構(gòu)要在多線程應(yīng)用中提供性能、成本和功耗的平衡，并專注于高頻率、資源共享，以實(shí)現(xiàn)在下一代應(yīng)用環(huán)境中的吞吐、速度。為達(dá)此目的，推土機(jī)采用了其它任何處理器都沒(méi)有過(guò)的模塊化設(shè)計(jì)，整數(shù)核心、浮點(diǎn)核心按照2:1的比例組成一個(gè)個(gè)模塊，每個(gè)模塊既可以相當(dāng)于傳統(tǒng)的兩個(gè)物理核心，又可協(xié)作運(yùn)行。

從產(chǎn)品家族序列上看，推土機(jī)屬于AMD Family 15h。這是K8架構(gòu)之后開(kāi)始使用的新型序列。在此之前，F(xiàn)amily 10h、11h、12h、14h分別代表服務(wù)器和桌面版K10、筆記本移動(dòng)版K10、Llano APU、Bobcat APU，13h則被很自然地跳過(guò)去了。

在著手設(shè)計(jì)下一代x86處理器核心的時(shí)候，AMD的工程師們認(rèn)為必須實(shí)現(xiàn)核心功耗與面積的優(yōu)化，而且PC應(yīng)用的發(fā)展也讓工程師們必須尋找一條新的路子，能夠在不同核心之間實(shí)現(xiàn)峰值帶寬的，并通過(guò)共享模塊來(lái)充分利用每一平方毫米的核心面積。

最終結(jié)果就是能夠高效優(yōu)化資源的雙核心模塊化。整數(shù)管線、一級(jí)數(shù)據(jù)緩存等頻繁使用的功能在每個(gè)核心里都有單獨(dú)的功能單元，預(yù)取、解碼、浮點(diǎn)管線、二級(jí)緩存等功能單元?jiǎng)t在兩個(gè)核心里共享使用。這種設(shè)計(jì)可以讓每個(gè)核心都能在需要的時(shí)候使用更大的、更高性能的功能單元，比每個(gè)核心都擁有自己獨(dú)立的小型功能單元更節(jié)省核心面積。

這種設(shè)計(jì)理念的一個(gè)直接體現(xiàn)就是核心面積。八核心推土機(jī)是AMD公司歷制造的規(guī)模芯片，集成了大約12億個(gè)晶體管，但通過(guò)功能單元的合理分配，以及32nm SOI新工藝的應(yīng)用，核心面積被控制在僅僅為315平方毫米，比六核心、45nm工藝的Phenom II X6還要小9%，比四核心、32nm HKMG工藝的Sandy Bridge也只大了46%。

推土機(jī)中的浮點(diǎn)單元也經(jīng)過(guò)了重新設(shè)計(jì)，可以在不同核心之間共享資源。每個(gè)推土機(jī)模塊內(nèi)都有共享的兩個(gè)128位乘法累加單元(FMAC)，可以每個(gè)核心執(zhí)行128位指令，或者每個(gè)模塊執(zhí)行256位指令。

推土機(jī)浮點(diǎn)單元還改進(jìn)支持了大量新的指令集。Phenom II X6僅有128位浮點(diǎn)，Intel Sandy Bridge增加了SSSE3/SSE4.1/SSE4.2、128/256位AVX、每周期兩個(gè)128位AVX、每周期128位AVX+SSE。推土機(jī)不但將這些照單全收，還支持FMA4乘加指令、XOP擴(kuò)展操作指令(曾經(jīng)的SSE5)。

那么指令集都有什么用呢？下邊簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)：

SSSE3/SSE4.1/SSE4.2(Intel、AMD共有)：視頻編碼與轉(zhuǎn)碼、生物統(tǒng)計(jì)算法、文字密集型應(yīng)用。

AESNI PCLMULQDQ(Intel、AMD共有)：AES加密應(yīng)用、安全網(wǎng)絡(luò)交易、磁盤加密(微軟BitLocker)、數(shù)據(jù)庫(kù)加密(Orocle)、云安全。

AVX(Intel、AMD共有)：浮點(diǎn)密集型應(yīng)用，諸如信號(hào)處理與地震、多媒體、科學(xué)計(jì)算、金融分析、3D建模。

FMA4/XOP(AMD)：高性能計(jì)算應(yīng)用，諸如數(shù)字應(yīng)用、多媒體應(yīng)用、音頻算法。

指令集的變化自然需要軟件的支持才能發(fā)揮效力，尤其是FMA、XOP兩大指令。如果軟件還在使用老的浮點(diǎn)指令，推土機(jī)的特點(diǎn)顯然就發(fā)揮不出來(lái)。在操作系統(tǒng)和軟件程序*之前，可以運(yùn)行一下AMD提供的兩個(gè)XOP、AVX補(bǔ)丁程序，再跑分就會(huì)有明顯的不同。

其實(shí)，這兩個(gè)小程序正是網(wǎng)上傳聞的所謂“雞血補(bǔ)丁”，而且有時(shí)候確實(shí)能“雞血”一下，比如讓FX-8150 wPrime32M運(yùn)算時(shí)間從15秒鐘縮短到10秒鐘。

前端(Front End)的任務(wù)是驅(qū)動(dòng)處理管線、確保核心隨時(shí)獲取所需信息。在推土機(jī)中，每個(gè)前端配合一個(gè)模塊，并負(fù)責(zé)為其中的兩個(gè)核心分配線程。AMD在這里也做了大刀闊斧的改進(jìn)，涉及不相關(guān)預(yù)測(cè)和拾取管線、預(yù)測(cè)定向指令預(yù)取器等等。一個(gè)預(yù)測(cè)隊(duì)列可以管理一級(jí)、二級(jí)分支目標(biāo)緩沖(存儲(chǔ)目標(biāo)地址)所需的直接、間接分支。推土機(jī)模塊可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)解碼最多四條指令，而K10 Phenom II只有三條。換句話說(shuō)，推土機(jī)從三發(fā)射變成了四發(fā)射，就像Intel Sandy Bridge。

預(yù)測(cè)管線會(huì)生成一個(gè)拾取地址隊(duì)列。拾取管線則在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從指令緩存里拉取32個(gè)字節(jié)加入拾取隊(duì)列，再送往。

推土機(jī)和Sandy Bridge一樣使用了物理寄存器文件(PRF)。這是一個(gè)單獨(dú)的位置，用于保持執(zhí)行指令的寄存器結(jié)果。這種設(shè)計(jì)可以消除不必要的數(shù)據(jù)移動(dòng)和復(fù)制，只保留一個(gè)拷貝而不用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。

推土機(jī)的每個(gè)核心都有64KB一級(jí)數(shù)據(jù)緩存、64KB一級(jí)指令緩存、32-entry全關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)頁(yè)表緩存(DATA TLB)、完整亂序載入/保存單元，后者可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)載入兩個(gè)128位或載入一個(gè)128位指令。

每個(gè)模塊配備2MB 16路關(guān)聯(lián)二級(jí)緩存、124-entry二級(jí)頁(yè)表緩存，可同時(shí)處理指令和數(shù)據(jù)請(qǐng)求。推土機(jī)支持最多23個(gè)二級(jí)緩存不命中，用于保持內(nèi)存系統(tǒng)一致性。

最后，一顆推土機(jī)處理器的所有模塊與核心共享8MB 64路關(guān)聯(lián)三級(jí)緩存。

智能超頻(動(dòng)態(tài)加速)這種技術(shù)是Intel在45nm Lynnfield上搞出來(lái)的，叫做Turbo Boost(中文名睿頻)，Sandy Bridge上進(jìn)化為第二代，可根據(jù)應(yīng)用負(fù)載升降不同核心的頻率，從而兼顧對(duì)頻率、線程明暗度不同的應(yīng)用與整體性能、功耗。AMD Phenom II X6六核心引入自己的智能超頻技術(shù)Turbo Core，但還不是很*。Llano APU也部分加入了這種技術(shù)，并且支持CPU、GPU兩個(gè)核心的加速。現(xiàn)推土機(jī)迎來(lái)了真正的第二代。

推土機(jī)大大改進(jìn)了電源管理技術(shù)，在核心級(jí)別上支持CC6電源狀態(tài)，在模塊級(jí)別上可通過(guò)CC6支持二級(jí)緩存的電源門控(Power Gating)。有了電源門控，空閑核心就可以幾乎斷電，從而給其它核心留出更大的加速空間。

推土機(jī)有三種運(yùn)行模式：原始預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)頻率、全部核心開(kāi)啟的加速頻率、半數(shù)核心開(kāi)啟的加速頻率。

全部核心加速：如果多余的熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)空間允許，推土機(jī)可以對(duì)所有的核心進(jìn)行加速，適合那些需要盡可能高頻率的線程密集型應(yīng)用，能超500MHz。

AMD宣稱，Turbo Core技術(shù)在這種情況下可以帶來(lái)4-7%的性能提升。

半數(shù)核心加速：這種情況下半數(shù)核心關(guān)閉，另外一半核心則更大幅度地加速，適合那些對(duì)多線程不太敏感、但需要高頻率的應(yīng)用。相比代，加速幅度明顯更高了，理論上可達(dá)1GHz。

AMD宣稱，Turbo Core技術(shù)在這種情況下可以帶來(lái)5-12%的性能提升。

雖然AMD沒(méi)有就此技術(shù)發(fā)布專用的監(jiān)控工具，但事實(shí)上已經(jīng)有很多硬件類工具提供了支持，既有AMD自家出品的監(jiān)控超頻軟件OverDrive，也有第三方的TMonitor、HWiNFO32/64、SIV等等。利用它們可以隨時(shí)查看每個(gè)核心的實(shí)時(shí)工作頻率，而且加速核心的頻率會(huì)以紅色顯示。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，推土機(jī)并不是簡(jiǎn)單的全部或者半數(shù)核心以同樣的幅度加速，而是實(shí)現(xiàn)了真正的異步頻率，每個(gè)核心都可以有自己獨(dú)立的運(yùn)行速度，利用任何監(jiān)視工具都可以清楚地看出來(lái)。這一方面得益于推土機(jī)本身架構(gòu)的改進(jìn)(切換速度比K10快得多)，另一方面也得益于Windows 7操作系統(tǒng)在線程分配上的優(yōu)化。

1、基于Bulldozer微架構(gòu)

2、2-4個(gè)模塊

3、每個(gè)模塊包含兩顆核心、一個(gè)浮點(diǎn)單元、兩個(gè)整數(shù)單元

4、每模塊獨(dú)享2MB二級(jí)緩存

5、AVX、XOP指令集

6、Turbo Core 2.0技術(shù)

7、全新32nm制造工藝

8、全新Socket AM3+接口

9、雙通道DDR3-1866MHz內(nèi)存支持

10、不鎖倍頻

借助液氮散熱，玩家成功將一顆還未發(fā)布的FX-8150超頻到8.429GHz，這一紀(jì)錄已經(jīng)打破了Intel單核賽揚(yáng)創(chuàng)建的主頻紀(jì)錄，并且還獲得了吉尼斯世界紀(jì)錄。從CPU-Z的認(rèn)證頁(yè)面我們可以看到，用戶采用了AMD的八核FX-8150 CPU進(jìn)行超頻，主板選擇了華碩的Crossshair V Fomula，基于AMD 890FX芯片組，并沒(méi)有采用的990FX芯片組主板，看來(lái)AMD 890FX也是推土機(jī)的搭檔之一。內(nèi)存選取了海盜船的DDR3 1333內(nèi)存，畢竟CPU超頻對(duì)內(nèi)存要求都不會(huì)太高。

從測(cè)試成績(jī)截圖里面我們可以看到，玩家使用了31倍的倍頻，在此基礎(chǔ)上將外頻超頻到271.9MHz，達(dá)成了的8.429GHz，此時(shí)的電壓也達(dá)到了2.016V。

"Zambezi" (32 nm)

CPU支持：MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, SSE4a, AMD64, AMD-V, AES, CLMUL, AVX, XOP, FMA4, CVT16.

晶體管數(shù)量：12億

核心面積：315平方毫米

步進(jìn)：B2

接口：Socket AM3+

HT 3.1總線：5.2GT/s

內(nèi)存支持：DDR3-1866 雙通道^[1]