AMD Bulldozer Architecture : AMD ขอแนะนำสถาปัตยกรรมซีพียูตัวใหม่แห่งยุค

AMD-Bulldozer-vs-Intel-I7

บทนำ

ตั้งแต่ช่วงครึ่งหลังของปี 2010 นี้เริ่มต้นขึ้น หลายๆ คนคงสังเกตเห็นความเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นกับเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์กันบ้างไม่มากก็น้อยนะครับ ไม่ว่าจะเป็นข่าวเกี่ยวกับชิพกราฟิกหรือซีพียูใหม่ๆ ก็มีเล็ดลอดออกมาให้เราตื่นตาตื่นใจกันเยอะขึ้น และบริษัทผู้ผลิตซีพียูชั้นนำอย่าง AMD ก็ไม่น้อยหน้าได้ทำการเปิดตัวสถาปัตยกรรมซีพียูรุ่นใหม่ที่มีชื่อว่า Bulldozer กันไปแล้วอย่างเป็นทางการภายในงาน Hot Chip Conference เมื่อวันที่ 24 สิงหาคมที่ผ่านมา โดยเป็นที่แน่ชัดแล้วว่าทาง AMD จะนำสถาปัตยกรรมรถไถนี้ไปใช้กับซีพียูรุ่นใหม่ๆ ของตนตั้งแต่ปี 2011 เป็นต้นไป ซึ่งจะว่าไปแล้วแนวคิดที่อยู่เบื้องหลังสถาปัตยกรรม Bulldozer นี้เป็นอะไรที่แตกต่างไปจากสถาปัตยกรรม AMD64 ที่ทาง AMD นำไปใช้กับซีพียู Athlon 64 ของตนที่ออกไปตั้งแต่เมื่อปี 2003 (ผมยังเรียนมัธยมไว้หัวเกรียนอยู่เลย) มากเลยทีเดียว และผมจะขอใช้พื้นที่สองหน้าของบทความนี้อธิบายกันว่าเจ้ารถไถคันนี้จะมีอะไรมาให้เราหวือหวากันบ้าง

เป็นที่แน่นอนแล้วว่าสถาปัตยกรรม Bulldozer นี้จะใช้กระบวนการผลิต 32 นาโนเมตร และจะยังคงนำคุณสมบัติบางส่วนจากสถาปัตยกรรม AMD64 ก่อนหน้ามาใช้ เป็นต้นว่าส่วนควบคุมหน่วยความจำที่อยู่ภายในตัวซีพียู และบัส Hyper Transport ที่ทำหน้าที่ในการติดต่อสื่อสารระหว่างซีพียูและชิพเซ็ต อีกทั้งเจ้า Bulldozer ยังพกพาคุณสมบัติใหม่ๆ มาอีกมาก ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีเร่งความเร็วซีพียูโดยอัตโนมัติที่มีความคล้ายกับ Turbo Boost ของ Intel ทั้งนี้ ต้องทำความเข้าใจก่อนว่า Bulldozer นั้นเป็นชื่อสถาปัตยกรรมภายในซีพียู ไม่ใช่ชื่อของซีพียูตัวใดตัวหนึ่งนะครับ นั่นหมายความว่าตั้งแต่ปี 2011 เป็นต้นไป เราจะได้เห็นซีพียูจากค่าย AMD ที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้มากมายเลยทีเดียว ไล่ไปตั้งแต่ซีพียูในเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ ไปจนถึงซีพียูสำหรับเครื่องเซิร์ฟเวอร์เลย ซึ่งทาง AMD ได้วางแผนไว้ว่าจะออกซีพียูที่ใช้สถาปัตยกรรมนี้สำหรับเครื่องเซิร์ฟเวอร์มาก่อน ต่อมาจึงค่อยออกซีพียูระดับไฮเอนด์สำหรับเครื่องเดสก์ท็อป และลงมาที่ระดับกลาง และสุดท้ายจึงลงมาที่ระดับล่างครับ

ถึงแม้ว่าทาง AMD จะยังไม่กำหนดชื่อทางการตลาดและวันวางจำหน่ายซีพียูตัวใหม่นี้อย่างแน่ชัด แต่อย่างน้อยก็ได้แย้มพรายออกมาแล้วว่าซีพียูสำหรับเครื่องเดสก์ท็อปที่ใช้สถาปัตยกรรมตัวใหม่นี้จะต้องใช้ร่วมกับซ็อกเกตตัวใหม่ที่มีชื่อว่า AM3+ ซึ่งจะสามารถทำงานร่วมกันกับซีพียูที่ใช้ซ็อกเกต AM3 ที่วางขายกันในปัจจุบันนี้ได้ แต่เราจะนำซีพียูที่เป็นซ็อกเกต AM3+ นี้ไปใช้กับเมนบอร์ดที่เป็นซ็อกเกต AM3 ธรรมดาไม่ได้นะครับ พูดง่ายๆ คือ ถ้าท่านต้องการใช้ซีพียู Bulldozer กับคอมพิวเตอร์ที่บ้านท่านแล้วละก็ เตรียมตัวหยอดกระปุกซื้อเมนบอร์ดใหม่ได้แล้วล่ะ

ชุดคำสั่ง (Instruction Sets)

นอกจากเจ้า Bulldozer จะยังสามารถทำงานเข้ากันได้กับชุดคำสั่ง X86 เดิมแล้ว ทาง AMD ยังได้เพิ่มชุดคำสั่งใหม่ๆ ไปให้ด้วยครับ ซึ่งได้แก่ SSE4.1 และ 4.2, AVX (Advanced Vector Extensions) ซึ่งประกอบไปด้วยชุดคำสั่งย่อย XOP และ FMA4, AES (Advanced Encryption Standard) และ LWP (Light Weight Profiling) สำหรับรายละเอียดปลีกย่อยของชุดคำสั่งต่างๆ นั้นผมจะขอไม่กล่าวถึงในที่นี้นะครับ เพราะเดี๋ยวหน้ากระดาษจะไม่พอ (และพูดตรงๆ คือไม่ค่อยจะมีความสำคัญอะไรมากมายนักสำหรับเกมเมอร์) ขอให้เข้าใจแต่เพียงว่า ชุดคำสั่งใหม่ที่เพิ่มเข้ามานั้น จะช่วยทำให้ Bulldozer มีความสามารถพอฟัดพอเหวี่ยงกับซีพียูของ Intel ได้สมน้ำสมเนื้อมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นความเร็วในการประมวลผลแอพพลิเคชั่นมัลติมีเดียต่างๆ ความไวในการเข้ารหัส ตลอดจนคุณสมบัติที่ทำให้เหล่านักพัฒนาสามารถปรับแต่งซีพียูให้เข้ากับโปรแกรมของตนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เป็นต้น

โครงสร้างภายในใหม่

แต่ผมว่าสิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับ Bullldozer นี้ก็เห็นจะเป็นโครงสร้างภายในของมันเองนี่แหละครับที่ดูผิดหูผิดตาไปมากเลยทีเดียว ซึ่งจากภาพที่ 1 นั้นจะเห็นได้เลยว่าทาง AMD ได้ตัดสินใจโละนิยามเก่าเก็บของ “แกน” (Core) ซีพียูเสียใหม่ โดยภายใน Bulldozer นั้นทาง AMD สร้างสิ่งที่เรียกว่า “โมดูล” แบบ Dual Core แทน ซึ่งภายในแต่ละโมดูลจะประกอบไปด้วยแกนการประมวลผลสองตัวที่จะแบ่งปันใช้ทรัพยากรต่างๆ ร่วมกัน ไม่ว่าจะเป็นเอนจิ้นฟร้อนท์เอนด์ต่างๆ ส่วนประมวลผลค่าทศนิยม และแคชหน่วยความจำระดับ 2 (L2 Memory Cache) เป็นต้น ฉะนั้นแล้วจะเห็นว่าแกนทั้งสองภายในโมดูลนี้จะต้องทำงานร่วมกันตลอดเวลา จะแยกเดี่ยวไม่ได้เหมือนแฝดสยามนั่นเอง

ภาพที่ 1 แสดงโครงสร้างภายในของ Bulldozer
ภาพที่ 1 แสดงโครงสร้างภายในของ Bulldozer

ทั้งนี้ AMD ได้อภิปรายความคิดที่อยู่เบื้องหลังการออกแบบนี้ว่า เพื่อเป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของซีพียู และในขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนการผลิตไปในตัวด้วย ซึ่งการออกนี้จะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานได้ในแง่ที่ว่า ส่วนควบคุมการทำงานหลายๆ อย่างภายในแกนการประมวลผลภายในซีพียูแบบหลายแกนที่วางขายกันในปัจจุบันนี้มักจะอยู่เฉยๆ ไม่ได้ทำอะไรเวลาที่แอพพลิเคชั่นหรือโปรแกรมเรียกใช้ซีพียูเพียงแกนเดียว เพราะฉะนั้นแล้วทาง AMD จึงเกิดความคิดที่ว่าทำไมไม่ลองนำทรัพยากรที่ยังไม่ถูกจัดสรรปันส่วนนี้ไปยัดไว้ในโมดูลเดียว แล้วบังคับให้แกนการประมวลผลทั้งสองที่อยู่ภายในนั้นใช้งานร่วมกันซะเลยล่ะ? นอกจากจะเป็นการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุดแล้ว ผลพลอยได้ของการออกแบบนี้คือตัวซีพียูนั้นจะมีขนาดเล็กลง ซึ่งทำให้ประหยัดวัสดุในการผลิตไปได้มาก สุดท้ายคือราคาขายก็จะลดลงตามไปด้วย อีกทั้งยังช่วยประหยัดพลังงาน และลดความร้อนขณะใช้งานไปด้วยครับ

ถึงแม้ทาง AMD จะเรียกซีพียูของตนที่ใช้การออกแบบนี้ว่าซีพียูสองแกน (Dual Cores CPU) ก็ตาม แต่ในความเป็นจริงแล้วจะเรียกว่าเป็นซีพียูแบบสองแกนก็เห็นจะไม่ถูกต้องนัก เพราะทั้งสองแกนการประมวลผลนั้นต้องใช้ทรัพยากรและส่วนควบคุมบางส่วนร่วมกัน ไม่ได้แยกเดี่ยวเหมือนซีพียูแบบหลายแกนในปัจจุบัน(ลองคิดง่ายๆ ดูว่าท่านผู้อ่านจะเรียกแฝดสยามที่มีตัวติดกันว่าคนหนึ่งคน หรือสองคนดี?) ฉะนั้นแล้วด้วยเหตุผลด้านการตลาด ขอให้รู้กันว่าทาง AMD จะเรียกโครงสร้างโมดูลแบบนี้ว่าเป็นซีพียูแบบสองแกนนะครับ เพื่อเป็นการชักจูงผู้บริโภคให้เข้าใจว่า ในทางกายภาพแล้ว ถึงแม้เจ้า Bulldozer นี้จะไม่ใช่ซีพียูแบบสองแกนที่แท้จริง แต่อย่างน้อยเวลาทำงานจริงๆ ประสิทธิภาพก็จะใกล้เคียงกัน

เอาล่ะครับ ผมว่าส่วนมันส์ที่สุดมันก็อยู่ตรงที่ว่า ในการที่ทาง AMD จะใช้สถาปัตยกรรม Bulldozer สร้างซีพียูแบบสี่แกนขึ้นมานั้น ก็จะต้องนำโมดูล (ที่ภายในมีแกนประมวลผลอยู่สองแกน) มาเชื่อมต่อเพื่อทำงานร่วมกันนั่นเอง ซึ่งเมื่อพิจารณาจากลักษณะทางกายภาพแล้ว จะเห็นว่ามันน่าจะเรียกซีพียูสองแกนมากกว่า แต่เนื่องจากแต่ละโมดูลมีแกนการประมวลผลสองแกน เมื่อนำโมดูลสองชุดมาต่อทำงานร่วมกันแล้ว จึงทำให้ทาง AMD เรียกมันว่าซีพียูสี่แกนนั่นเอง (2 โมดูล x 2 แกนประมวลผลที่อยู่ในแต่ละโมดูล) และเมื่อคิดจะสร้างซีพียูแบบแปดแกนขึ้นมานั้นก็จะต้องนำโมดูลมาต่อกันสี่ชุด ตามภาพที่ 2 ครับ

ภาพที่ 2 แสดงภาพภายในซีพียูแบบแปดแกนที่ใช้สถาปัตยกรรม Bulldozer จะเห็นได้ว่าภายในจะมีโมดูลทั้งหมดสี่ชุด นอกจากนั้นจะเห็นว่าแต่ละโมดูลนั้นจะแบ่งปันใช้แคชระดับสามร่วมกัน
ภาพที่ 2 แสดงภาพภายในซีพียูแบบแปดแกนที่ใช้สถาปัตยกรรม Bulldozer จะเห็นได้ว่าภายในจะมีโมดูลทั้งหมดสี่ชุด นอกจากนั้นจะเห็นว่าแต่ละโมดูลนั้นจะแบ่งปันใช้แคชระดับสามร่วมกัน

ภายในภาพที่ 2 นั้น นอกจากเราจะเห็นโครงสร้างโดยคร่าวของซีพียู (ที่ทาง AMD เรียกว่า) แบบแปดแกนแล้วนั้น เราก็จะเห็นว่าแต่ละโมดูลจะแบ่งปันใช้แคบระดับสามร่วมกัน แต่สำหรับแคชระดับสองแล้วจะเห็นว่าภายในแต่ละโมดูลจะมีแคชระดับสองเพียงชุดเดียว แต่แบ่งปันใช้งานร่วมกันระหว่างแกนประมวลผลภายในโมดูลทั้งสองแกนครับ

ภาพที่ 3 แสดงแคชหน่วยความจำระดับสองที่แบ่งใช้งานร่วมกันระหว่างแกนสองแกนภายในโมดูลหนึ่งชุด
ภาพที่ 3 แสดงแคชหน่วยความจำระดับสองที่แบ่งใช้งานร่วมกันระหว่างแกนสองแกนภายในโมดูลหนึ่งชุด

การจัดการพลังงาน

AMD ได้เพิ่มคุณสมบัติด้านการจัดการพลังงานที่น่าสนใจเข้าไปในสถาปัตยกรรม Bulldozer หลายอย่างด้วยกัน แต่ที่น่าสนใจที่สุดนั้นเห็นจะเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่า Power Gating ซึ่งอนุญาตให้ซีพียูตัดพลังงานให้กับแกนซีพียูที่ไม่ถูกใช้งานได้โดยอัตโนมัติ เพื่อเป็นการประหยัดพลังงานครับ นอกจากจะมีความสามารถในการตัดพลังงานแล้ว เจ้า Power Gating ยังมีคุณสมบัติในการ “ปิด” แกนซีพียูใดๆ ก็ได้ไปเลยอีกด้วย อีกทั้ง AMD ยังได้เพิ่มความสามารถด้านการตรวจสอบภาระของซีพียูลงไปอีกด้วย เพื่อเป็นการคำนวณอัตราการใช้พลังงานของซีพียู ณ ตอนนั้น ซึ่งถ้ายังไม่ใช้พลังงานเกินค่า TDP (Thermal Design Power) ตามที่ได้กำหนดเอาไว้ ตัวซีพียูก็จะทำการเร่งความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มไปให้โดยอัตโนมัติตามที่ค่า TDP จะให้ได้ครับผม ฟังดูแล้วคล้ายกับเทคโนโลยี Turbo Boost ของ Intel มากเลยทีเดียว

ภาพที่ 4 การจัดการพลังงาน
ภาพที่ 4 การจัดการพลังงาน

สรุป 

ก็จบกันไปแล้วนะครับกับการแนะนำสถาปัตยกรรม Bulldozer ในเบื้องต้น ซึ่งตามจริงแล้วยังมีรายละเอียดยิบย่อยอีกมากให้กล่าวถึง แต่กลัวจะเบื่อไปซะก่อน ผมเลยนำข้อมูลมาแต่เฉพาะที่น่าสนใจจริงๆ มานำเสนอให้ผองเพื่อนได้รับทราบกันเพื่อเป็นการอัพเดตข่าวคราวความเคลื่อนไหว ผมเองนั้นคิดว่า AMD เป็นบริษัทที่คิดนำนวัตกรรมใหม่ๆ มาใช้กับผลิตภัณฑ์ของตนได้อย่างดีเยี่ยมมากเลยทีเดียว ไม่ว่าจะเป็นแนวคิดในการนำส่วนควบคุมหน่วยความจำมาไว้ภายในซีพียูเป็นเจ้าแรกก่อนคู่แข่ง ตลอดจนความคิดที่นำชิพกราฟิกมายัดใส่ไว้ใน die เดียวกันกับชิพประมวลผล แล้วจึงออกมาเป็นชิพเอพียู (APU หรือ Accelerated Processing Unit) ที่คาดว่าจะออกวางจำหน่ายในปีหน้าสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์อเนกประสงค์ที่เน้นการใช้งานทั่วไป และประหยัดพลังงานเป็นหลัก สำหรับในปี 2011 นี้เราคงได้เห็นความเคลื่อนไหวใหม่ๆ เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงวงการซีพียูกันมากมายเลยทีเดียว ตลอดจนการแข่งขันระหว่างสองค่ายยักษ์ใหญ่ที่ผมมองว่าคงจะอยู่คู่กับวงการฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ไปอีกนาน เพราะผมได้ข่าวแว่วๆ มาว่า Intel ก็เตรียมเปิดตัวสถาปัตยกรรมใหม่ที่มีชื่อว่า Sandy Bridge ที่จะออกมาแทนที่สถาปัตยกรรม Nehalem ในปีหน้าด้วยเหมือนกันครับ ระวังประชากรเงินในกระเป๋าของท่านไว้ให้ดีๆ หึหึหึ…

Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s