Athlon 64: la scommessa per il futuro

23 settembre 2003 Dopo aver presentato la scorsa primavera Opteron,
processore per server, Amd rilancia e annuncia la famiglia di
Athlon 64 per desktop (in due versioni, normale e Fx) e per
notebook di fascia alta.
Ciò che accomuna le nuove linee di Cpu è
l’architettura ibrida a 64/32 bit, in grado cioè di funzionare sui sistemi
operativi attuali ma anche di sfruttare le potenzialità dei sistemi operativi e
dei software a 64 bit futuri, di cui per altro oggi esistono solo una versione
beta di Windows Xp, una recente distribuzione Linux e pochissimi applicativi.

La piattaforma hardware è dunque disponibile.
Resta da verificare come e
quando le software house metteranno in commercio i programmi sviluppati
appositamente per sfruttare appieno i 64 bit.

La famiglia Athlon
64 con memoria cache da 1 MB
La linea indirizzata ai desktop
comprende l’Athlon 64 e l’Athlon 64FX.
Top
di gamma dedicato ai desktop di fascia alta e alle workstation grafiche o di
editing video è il modello FX, che è anche al centro della nostra prova di
laboratorio.
Nonostante il nome assai simile, Athlon 64 FX e Athlon
64 sono due prodotti diversi e incompatibili.
Come si nota dalla tabella, il primo ha un diverso package, 940 piedini contro 754, e il controller
di memoria integrato è a 128 bit rispetto a 64.
Il prezzo,infine,è degno di
una fuoriserie: 733 dollari contro 417. Per la denominazione che
contraddistingue l’Athon 64 FX, Amd ha scelto di non puntare sul model number
(valore che permette di paragonare le CPU di AMD con quelle di Intel) che
continua invece a identificare l’Athlon 64.
Comune alle due nuove famiglie
di processori per desktop è il controller di memoria integrato nel processore
stesso e non più nel chipset, come invece accadeva nelle architetture
precedenti. Notevole è anche il quantitativo di memoria cache L2, raddoppiato
rispetto agli athlon XP: si è passati da 512 KB a 1 MB. Quasi a voler anticipare
questo annuncio, ricordiamo è avvenuta di recente la presentazione del nuovo P4
con una cache di terzo livello di 2 MB.

Le piattaforme esistenti
e quelle in preparazione
L’unico chipset che supporta l’Athlon 64
FX è l’Nvidia Nforce3 e, almeno a breve periodo, non ne sono
previsti altri.
Di solito il termine chipset designa un gruppo di chip ma
non è questo il caso dell’Nforce 3 che concentra tutte le funzioni in un singolo
chip, incluso un controller Raid Serial Ata ed Eide.
La prima scheda madre
disponibile con l’Nforce3 è l’Asus SK8N, presente sul mercato a 290 euro.

Gli altri produttori seguiranno a ruota.
Più nutrito il numero di
chipset indirizzati all’Athlon 64.
Sono già disponibili il Via K8T800,
ancora l’Nforce3, i SiS 755 e SiS760 con grafica integrata e l’M1687 di Ali.
Anche ATI sta sviluppando un proprio chipset con grafica integrata che però non
sarà disponibile a breve.
Per quanto riguarda le schede madri per Athlon 64,
ogni produttore ne ha almeno una in listino o l’avrà a breve.
Dal punto di
vista del software la situazione non è ancora ben definita:
Microsoft produce una versione di Windows XP e una di Windows 2003
server a 64 bit specifica per i processori Itanium, ma sta anche
lavorando a una versione adattata per l’Athlon 64 il cui rilascio ufficiale è
previsto nel corso del 2004.
Nel computer fornitoci da Amd ne era presente
un’edizione preliminare quasi perfettamente funzionante.
Sul fronte
Linux, SuSe ha rilasciato una versione di
Linux a 64 bit e dovrebbe essere seguita a breve da altri produttori come
Red Hat, Mandrakesoft e
UnitedLinux.
Probabilmente arriverà anche una versione per
il sistema operativo Bsd (Berkeley Software Distribution).


Le tecnologie HyperTransport e Cool and Quiet

Processore e chipset comunicano tra loro tramite
HyperTransport, un doppio bus seriale unidirezionale a 16 bit
con una frequenza di funzionamento di 800 MHz.
Grazie al metodo di
trasferimento dei dati sui fronti di salita e discesa del segnale, il bus
HyperTransport raggiunge una larghezza di banda complessiva di 6,4 GB/sec. Lo
stesso valore offerto dall’architettura NetBurst di Intel con l’FSB a 800 MHz
(200 MHz di frequenza con tecnologia QuadPump che invia un pacchetto di quattro
dati per ogni ciclo di clock).
Il protocollo di trasmissione prevede la
segmentazione dei dati in pacchetti dalla dimensione massima di 64 byte. Il bus
può essere esteso a 32 bit, raddoppiando la velocità massima di trasferimento a
12,8 GB/sec.
Un particolare interessante di HyperTransport è la topologia
flessibile che gli permette di essere collegato facilmente, tramite un
dispositivo intermedio (bridge), alle più diffuse tecnologie di input e output
esistenti: AGP 8X, Firewire, USB, PCI Express, Gigabit Ethernet per citare le
più note.
Per l’Athlon 64, AMD ha sviluppato la tecnologia Cool and
Quiet, un sistema di riduzione del consumo di energia
durante i momenti di inattività o di basso utilizzo delle risorse del processore
e che regola la velocità di rotazione delle ventole in base alle esigenze di
dissipazione termica. Il beneficio principale di Cool and Quiet è la riduzione
del rumore generato dallo spostamento d’aria mossa dalle pale delle ventole,
creando un ambiente di lavoro più silenzioso.
Per ora AMD non richiede
l’implementazione di questa tecnologia che sarà obbligatoria sulle
schede madri a partire dal febbraio ’04, tuttavia non pone nessuna
restrizione al suo impiego prima di questa data.

L’elaborazione
a 64 bit
Di elaborazione a 64 bit se ne parla da tempo come il
prossimo rilevante passo tecnologico nel mondo del personal computer. In
generale lavorare a 64 bit significa avere una superiore potenza di calcolo e
una maggiore disponibilità di risorse. Per esempio un sistema a 32 bit può
indirizzare sino a 4 GB di memoria, un sistema a 64 bit arriva a 18 miliardi di
GB.
Quando un sistema a 32 bit incontra un numero o un file la cui
dimensione eccede le sue capacità ricorre al trucco di spezzettarlo in parti che
può gestire, però le prestazioni ne risentono in quanto il processo impegna
qualche ciclo di lavoro della CPU. In un sistema a 64 bit ciò non accade, il
file o numero sono elaborati o gestiti senza operazioni intermedie. Il passaggio
tra le due tecnologie non è però semplice, le attuali applicazioni ottimizzate
per le CPU a 32 bit non è detto che girino altrettanto bene in ambiente a 64
bit. Gli attuali processori a 64 bit, come l’Intel Itanium, utilizzano un
emulatore per farle funzionare, tuttavia l’emulatore richiede delle risorse
addizionali che causano un rallentamento nella loro esecuzione.
Su questo
punto Amd ha lavorato intensamente e ha creato un’architettura che, come abbiamo
verificato, può eseguire applicazioni a 32 bit senza perdite nelle prestazioni.
La campagna di marketing per il processore verte proprio su questa capacità,
presentandolo come un processore pronto per i futuri vantaggi del 64 bit e allo
stesso tempo non penalizzante per le applicazioni a 32 bit. Un altro punto
problematico per la diffusione del processo a 64 bit è la richiesta di un
sistema operativo a 64 bit, il quale a sua volta deve essere ottimizzato per la
CPU.

La prova dell’Athlon 64 FX nei PC Open Labs

L’FX-51 in dettaglio
Abbiamo deciso di provare l’ultimo
nato e di confrontarlo con la più potente CPU di casa Intel per desktop.

Prima di dare delle valutazioni sui numeri dei benchmark qualche
considerazione sul potente chip di casa Amd.
L’Athlon 64 FX-51 ha una
frequenza operativa di 2,2 GHz, contiene 105 milioni di transistor assemblati
con un processo di fabbricazione a 0,13 micron in tecnologia Soi
(Silicon On Insulator).
I chip Soi hanno uno strato di
materiale isolante che separa i transistor dal substrato di silicio, lo strato
annulla le capacità parassite e impedisce la dispersione della corrente del
transistor migliorando la qualità del segnale.
I vantaggi apportati dalla
tecnologia Soi sono un miglioramento delle prestazioni stimabile dal 20 al 30
per cento e una riduzione del calore generato durante il funzionamento.

L’involucro (package) in materiale ceramico ha 950 piedini e quindi ha
richiesto la realizzazione di un nuovo socket, compatibile con l’Opteron ma
incompatibile con l’Athlon 64. Novità è il controller di memoria a 128 bit
integrato nella CPU anziché nel chipset, la banda passante è di 6,4 GHz con
memorie DDR 400. Da menzionare che l’Athlon FX-51 richiede memorie particolari
del tipo registered, le quali contengono un registro in cui le informazioni sono
ritenute per un ciclo macchina prima dell’invio. L’accorgimento consente un
trasferimento più affidabile e riduce la probabilità di errori, e per questo
motivo le registered si trovano spesso nei server. I 128 bit sono la somma di
due canali a 64 bit gestiti da un unico controller, non dall’accoppiamento di
due controller a 64 bit come avviene nei chipset Nforce.
La soluzione del
controller integrato offre diversi vantaggi e forse uno svantaggio. Le
comunicazioni tra memoria e processore sono più veloci in quanto non passano
attraverso il chipset e di conseguenza non sono influenzate o rallentate dal
traffico di dati proveniente dagli altri bus di sistema, allo stesso tempo si
libera il canale di comunicazione tra CPU e il chipset dal traffico della
memoria lasciandolo completamente a disposizione per gli altri bus di sistema.
Da tener presente che cambiando la tecnologia di memorie si dovrà sostituire il
processore e motherboard e non più la sola scheda madre. Le due cache
indipendenti di primo e secondo livello integrate nella CPU hanno
rispettivamente una dimensione di 128 KB e 1 MB.

La parola ai
numeri
La macchina di riferimento è basata su una scheda madre di
Asus con chipset Nforce3, scheda video Geforce FX 5900, 512 MB di RAM
Registered. Il sistema operativo a 32 bit installato su un disco Serial Ata,
mentre quello a 64 su un disco Eide.
Stessa configurazione per il Pentium 4
di Intel, montato sulla scheda di Intel con chipset 875. Abbiamo eseguito
diversi test con applicazioni a 32 bit in ambiente a 32 e 64 bit per verificare
se effettivamente non avvenisse un decadimento di prestazioni come pubblicizzato
da AMD.
La risposta è positiva, PCMark 2002 e Sandra non hanno mostrato
grosse differenze tra i due ambienti.
Per i test di confronto delle
prestazioni tra gli ambienti a 32 e 64 bit abbiamo utilizzato gli strumenti che
ci ha messo a disposizione Amd, fondamentalmente si tratta di calcoli su
algoritmi di cifratura e encoding video.
In alcuni test la differenza di
prestazioni tra gli ambienti a 32 e 64 bit sulla piattaforma AMD è notevole,
nelle codifiche e decodifiche con gli algoritmi RC4, RSA, Triple DES e AES-128
l’elaborazione in ambiente a 64 bit è avvenuta in media tre volte più
velocemente. Un guadagno consistente c’è stato anche nel test di encoding di un
filmato video. Nel confronto in ambiente a 32 bit tra la CPU di AMD e il Pentium
4 di Intel, la grande cache L2 da 1 MB e la maggiore potenza elaborativa del
chip di AMD fanno la differenza nel SYSmark 2002. Qui l’FX-51 stacca in modo
netto il Pentium 4 nonostante la minore frequenza di funzionamento. In ambiente
a 64 bit il SYSmark 2002 non ha funzionato. Nell’encoding del nostro file video
di riferimento invece l’AMD è sempre in vantaggio, sia nell’esecuzione a 32 che
a 64 bit.

Cliccate qui per visualizzare i risultati del test.

Glossario per i test
DES: Data
Encryption Standard Un sistema di cifratura a blocchi. I dati sono riuniti
a gruppi di 64 bit e cifrati con una chiave a 56 bit a cui viene aggiunto un bit
per il controllo dell’errore. Il DES opera una serie ripetuta di trasposizioni e
scambi di bit

Triple-DES: Applicazione del DES ripetuta tre
volte

RSA Un algoritmo di crittografia a chiave asimmetrica che
si basa sull’utilizzo di numeri primi molto grandi, centinaia di cifre, per
generare una delle chiavi e sulla difficoltà nella determinazione dei fattori
primi che hanno generato la chiave. L’RSA è molto sicuro ma la sua applicazione
richiede una notevole potenza elaborativa

RC4 Un sistema di
cifratura a flusso. RC4 si basa essenzialmente sull’applicazione di
un’operazione OR esclusiva tra il flusso dei dati e il numero fornito da un
generatore di numeri pseudocasuale

AES: Advanced Encryption
Standard Un sistema di cifratura a blocchi che mescola, sposta e
sostituisce i dati in modo variabile in relazione alla lunghezza della chiave e
della dimensione del blocco da cifrare.

Scheda tecnica

Produttore: AMD
Modello: FX-51
Prezzo: 733 dollari
Tecnologia:
64 bit
Frequenza funzionamento: 2,2 GHz
N° Transistor: 105 milioni

Dimensione circuito: 193 mm2
Processo costruzione: 0.13 micron SOI

Cache L1: 128 MB Cache L2: 1 MB
Package: ceramico con 950 pin

Controller memoria/ banda passante: integrato a 128 bit / 6,4 GB


Pro Ottime prestazioni multimediali in ambiente a 64
bit Nessun decadimento delle prestazioni con applicazioni 32 bit

Contro Ambiente 64 bit scarsamente diffuso

• Amd è pronta con l’Athlon a 64 bit
• Tutta l’Intel dall’Idf