Katsaus Phenomien ominaisuuksiin

Phenomista lanseerattiin alkuun kaksi versiota 9500- ja 9600-mallinimillä, jotka toimivat 2,2 ja 2,3 GHz:n kellotaajuudella. Lisäksi hieman myöhemmin Phenom 9600:sta esiteltiin ylikellottajille suunnattu Black Edition -versio, jonka kerrointa ei ole lukittu ylöspäin. Molempien prosessoreiden TDP-arvo on yllättävän korkea 95 wattia, vaikka kellotaajuudet ovat melko alhaiset. Jokainen neljästä ytimestä on varustettu omalla 512 kilotavun L2-välimuistilla ja lisäksi käytössä on erillinen ytimien kesken jaettu kahden megatavun suuruinen L3-välimuisti.

AMD ilmoitti 9500-mallin suositushinnaksi julkaisun yhteydessä 251 dollaria ja 9600-mallin 283 dollaria ja ne tulivat saataville välittömästi. Tällä hetkellä Phenomien saatavuus Suomesta on erinomainen ja 9500-malli kustantaa noin 175 euroa ja 9600:n tavallinen sekä Black Edition -versio maksavat 210 euroa.

Ensimmäisenä julkaistujen Phenomien alle 2,5 GHz:n kellotaajuudet olivat monille karvas pettymys, sillä AMD esitteli muun muassa kesällä 2007 Technology Analyst Day -tapahtumassa tehokäyttäjille tarkoitettua Phenom-kokoonpanoa, jossa Engineering Sample -prosessori toimi kolmen gigahertsin kellotaajuudella. Valitettavasti AMD ei kuitenkaan vielä kykene haastamaan Intelin tehokkaampia neliytimisiä prosessoreita, kuten kolmen gigahertsin kellotaajuudella toimivaa Core 2 Extreme QX6850:sta, vaan joutuu kilpailemaan suorituskyvyn ja hinnan suhteen 2,4 GHz:n kellotaajuudella toimivan Core 2 Quad Q6600 -mallin kanssa. Myös Q6600:n saatavuus Suomesta on hyvä ja sen hinta on tällä hetkellä noin 235 euroa.

Phenomeissa on AMD:n mukaan viisi tärkeää avainominaisuutta, jotka ovat natiivi neliytiminen prosessori (kaikki ytimet yhdellä piisirulla), prosessoriin integroitu DDR2-muistiohjain, HyperTransport 3.0 -väyläarkkitehtuuri, jaettu kahden megatavun L3-välimuisti ja Cool’n’Quiet 2.0 -virransäästöominaisuudet.

Intelin neliytimisissä prosessoreissa käytetään multi-chip-suunnittelua, jossa kaksi kaksiytimistä piisirua on ”liimattu” vierekkäin samaan kotelointiin. Natiivin neliytimisen prosessorin haittapuolena on kuitenkin se, että yhdelle piisirulle joudutaan pakkaamaan enemmän transistoreita ja saannit piikiekoilta jäävät alhaisemmiksi. Jos yksikin ytimistä on vioittunut, ei prosessoria voida myydä neliytimisenä. Tämän seurauksena AMD onkin ilmoittanut tuovansa markkinoille kolmiytimiset Phenom-prosessorit, joissa
käytetään yhden ytimen osalta vioittuneita piisiruja.

Toinen Phenomin avainominaisuuksista on aikaisempien Athlon 64 -prosessoreiden tavoin integroitu muistiohjain, joka tukee DDR2-muisteja 533 MHz:n (1066 MHz DDR) kellotaajuudella. DDR3-muistituki on luvassa vasta myöhemmässä vaiheessa, kun Phenomit siirtyvät 45 nm:n valmistustekniikkaan mahdollisesti tämän vuoden lopulla.

Prosessori kommunikoi piirisarjan kanssa HyperTransport 3.0 -väylätekniikalla, jonka maksimi kaistanleveys on 20,8 gigatavua sekunnissa (2,6 GHz). Phenom 9600 kommunikoi piirisarjan kanssa 1,8 GHz:n kellotaajuudella, jolloin siirtonopeus on 14,4 gigatavua sekunnissa. Myöhemmin julkaistavalla 2,6 GHz:n kellotaajuudella toimivalla Phenom 9900 -prosessorilla väylänopeus on 2,0 GHz ja siirtonopeus 16 gigatavua sekunnissa.

Jaettu kahden megatavun L3-välimuisti tarjoaa lisämuistin ytimien väliseen tiedonsiirtoon ilman, että tietoa täytyy hakea hitaasta keskusmuistista. Intelin työpöytäprosessoreissa L3-välimuistia ei ole vielä käytössä, mutta puutetta on paikattu suuremmilla L2-välimuisteilla. Suurimmassa osassa Intelin 45 nm:n tekniikalla valmistettavissa neliytimisissä työpöytäprosessoreissa onkin yhteensä 12 megatavua L2-välimuistia.

Phenomin virransäästöominaisuuksia kutsutaan Cool’n’Quiet 2.0 -tekniikaksi. Jokaisen ytimen kellotaajuutta pystytään säätämään kuorman mukaan, mutta ytimien käyttöjännite määräytyy raskaimmalla kuormalla toimivan ytimen mukaan. Lisäksi muun muassa ytimien tiettyjä osia kytketään pois päältä, jos ne eivät ole lepotilassa käytössä.

K10-arkkitehtuuri tuo mukanaan muutamia merkittäviä uudistuksia syvällisempiä teknisiä tietoja tutkiessa. K8:n 64-bittiseen arkkitehtuuriin verrattuna K10 tukee 36 kappaletta 128-bittisiä kokonaislukuoperaatiota ja 128-bittisiä SSE-käskyjä (SSE128). Lisäksi yhtä kellojaksoa kohden voidaan suorittaa kaksi SSE-operaatiota ja yksi SSE-siirto, käskyjen noudon kaistanleveys on nostettu 16 bitistä 32 bittiin, L2-välimuistin ja muistiohjaimen kaistanleveys 64 bitistä per kellojakso 128 bittiin, haarautumiskohdepuskureiden määrä 512:een ja data-välimuistin kaistanleveys 1 x 64-bittinen haku per kellojaksosta 128-bittiseksi.

K10:ssä muistiohjain on kokenut suuria uudistuksia ja näkyvin muutos on se, että jokainen ohjain tukee itsenäisiä 64 bitin tapahtumia yhden 128 bitin tapahtuman sijaan molempien ohjaimien kautta. DDR2-muisteissa purske on 32 bittiä, joten tämän kanssa hyötysuhde nousee reilusti, mutta DDR3:n tapauksessa hyötysuhde laskee purskeen ollessa 64 bittiä.

Phenomit käyttävät uutta 940-pinnistä AM2+-kantaa, joka on taaksepäin yhteensopiva AM2-kannan kanssa. Kuluttajien kannalta kyseessä on hyvä uutinen, sillä vanhat Athlon 64 -prosessorit toimivat AM2+-kannalla ja Phenomit puolestaan toimivat vanhalla AM2-kannalla. Jotta Phenom-prosessoreista saataisiin kaikki hyöty irti, on niitä syytä käyttää AM2+-kannalla, joka tarjoaa omat jännitetasot prosessoriytimille ja muistiohjaimelle. AMD aikoo lanseerata seuraavan sukupolven AM3-kantaiset Deneb-koodinimelliset Phenom-prosessorit vuonna 2009, jotka ovat taaksepäin yhteensopivia AM2+- ja AM2-kantojen kanssa. Valitettavasti nykyiset AM2+- ja AM2-kantaiset prosessorit eivät kuitenkaan sovi AM3-kannalle.

Ongelmia L3-välimuistin osoitemuunnospuskurissa

AMD:n tarkoituksena oli alun perin lanseerata Phenomien julkaisun yhteydessä myös 2,4 GHz:n kellotaajuudella toimiva 9700-malli, mutta viime hetkellä laadunvalvonnassa havaittiin ongelma, joka aiheutti prosessorin kaatumisen raskailla työkuormilla. Ongelma johtaa juurensa L3-välimuistin osoitemuunnospuskuriin (Translation Lookaside Buffer eli TLB). AMD:n hätäratkaisu oli OEM- ja emolevyvalmistajille toimitettu BIOS-päivitys, joka kytkee osia L3-välimuistin osoitemuunnospuskurista pois päältä. AMD:n omien arvioiden mukaan Phenom-prosessoreiden suorituskyky laskee korjauksen seurauksena noin 10 %, mutta Tech Report -sivuston ajamien testien perusteella Phenom 9600:n suorituskyky laski testistä riippuen jopa 5 – 57 %, kun korjaus kytkettiin päälle. Ongelma on läsnä kaikissa nykyisissä Phenom-prosessoreissa sekä aiemmin syksyllä julkaistuissa neliytimisissä Opteroneissa, joiden toimitukset OEM-valmistajille keskeytettiin joulukuussa.

ChannelWeb-sivusto haastatteli Phenomien julkaisun jälkeen AMD:n johtoportaaseen kuuluvaa Mario Rivasta, joka tunnusti, että TLB-bugia tarkkailtiin aina marraskuun puoliväliin asti, jonka jälkeen se siirtyi testausvaiheeseen. AMD:n insinöörit yrittivät aluksi ratkaista ongelman muun muassa modifioimalla emolevyä, mutta tulivat lopulta siihen tulokseen, että ongelma saattaa silti esiintyä raskailla työkuormilla käytännön sovelluksissa. Rivasin mukaan AMD kehittää tällä hetkellä korjausta K10-arkkitehtuuriin uuden B3-revisionin muodossa ja ensimmäiset testikappaleet ovat ilmeisesti valmistuneet tammikuussa. Vuorossa on vielä kattavat testit, joiden jälkeen uuteen B3-revisioniin perustuvat prosessorit voidaan julkaista markkinoille.

AMD on vahvistanut virallisesti, että se aikoo viivästyttää nopeampien neliytimisten Phenom 9700- ja 9900-mallien julkaisua tämän vuoden toiselle vuosineljännekselle (Q2/2008). Alkuperäisen suunnitelman mukaan 2,4 ja 2,6 GHz:n kellotaajuudella toimivien Phenomien piti saapua markkinoille jo tammikuussa, mutta surullisen kuuluisan TLB-bugin takia suunnitelmat menivät uusiksi. AMD:n mukaan todellinen syy uusien mallien viivästymiselle on kuitenkin palaute OEM-valmistajilta, joiden mukaan kyseiset prosessorimallit olisi parempi julkaista vasta myöhemmässä vaiheessa. OEM-valmistajat ovat AMD:n mukaan enemmän kiinnostuneita vähävirtaisista 65 watin neliytimisistä Phenom 9000e -sarjan prosessoreista sekä kolmiytimistä Phenom 8000 -sarjan malleista. AMD aikoo julkaista energiaystävälliset ja kolmiytimiset Phenomit vuoden 2008 ensimmäisen neljänneksen aikana.

AMD on ohjeistanut OEM- ja emolevyvalmistajia kytkemään biosista TLB-korjauksen vakiona päälle. Käyttäjä pystyy kuitenkin kytkemään korjauksen pois päältä muun muassa AMD:n OverDrive-ohjelmasta löytyvällä ”taikanapilla”. Nappia painamalla sen reunus muuttuu keltaiseksi ja uudelleen painamalla punaiseksi. Keltainen ja punainen väri osoittaa, että L3-välimuistin TLB on osittain tai kokonaan käytössä ja prosessorin suorituskyky paranee. Emme törmänneet Muropaketin testeissä kertaakaan vakausongelmiin ja ilmeisesti normaalin kuluttajan käytössä ongelmatilanteen luominen on lähes mahdottomuus. Muropaketin testit ajettiin TLB-korjaus pois päältä, jolloin Phenomien koko potentiaalinen suorituskyky oli käytössä.