Tehonkulutus & virtualisointi
Prosessoreiden tehonkulutuksen ilmaisemisessa on pitkään käytetty TDP-arvoa (Thermal Design Power), joka esittää tarvittavan jäähdytystehon maksimia. Barcelonan julkaisun yhteydessä AMD esitteli Average CPU Power -arvon (ACP), joka kuvaa prosessorin tehonkulutusta korkeilla työkuormilla. ACP-arvo sisältää ytimien lisäksi prosessoriin integroidun muistiohjaimen ja HyperTransport-linkkien tehonkulutuksen. Intelin prosessoreilla ACP-arvoa ei (vielä) voida käyttää, sillä muistiohjain sijaitsee piirisarjan northbridgessä ja käytössä on Front Side Bus -väylä. Tehonkulutuslukuja tutkiessa onkin syytä olla tarkkana, ettei sekoita ACP- ja TDP-arvoja keskenään, sillä näillä on eroa useita kymmeniä prosentteja.
AMD on jakanut palvelinprosessorinsa kolmeen kategoriaan tehonkulutuksen perusteella. Energiaystävälliset HE-prosessorit on suunnattu vähävirtaisiin työasemiin ja palvelimiin ja niiden ACP-arvo on 55 wattia. Standard Performance -kategoria on laajin ja siihen kuuluvat 75 watin ACP-arvoisen prosessorit. Tehokäyttöön tarkoitetun SE-kategorian prosessoreita julkaistaan vasta tämän vuoden lopulla yli 2,3 GHz:n kellotaajuudella ja niiden ACP-arvo on 105 wattia.
AMD:n terävimpään kärkeen suorituskyvyn osalta kuuluvat prosessorit on varustettu 105 watin ACP-arvolla, joka vastaa TDP-lukuna 120 wattia ja on näin ollen 14 prosenttia ACP:tä korkeampi lukuarvo. 105 watista 83 prosenttia eli noin 87 wattia menee prosessorin tarpeisiin, 17 wattia muistiohjaimelle ja pari wattia HyperTransport-linkeille.
75 watin ACP-arvollisilla prosessoreilla TDP-arvo on 95 wattia, joka on 27 prosenttia korkeampi. 75 watista 79 prosenttia eli 59 wattia menee prosessorille, 20 prosenttia eli 15 wattia muistiohjaimelle ja kaksi prosenttia eli pari wattia HyperTransport-linkeille. 55 watin ACP-arvon omaavilla prosessoreilla 68 watin TDP-arvo on 24 prosenttia korkeampi. 55 watista 74 prosenttia eli 41 wattia menee prosessorille, 24 prosenttia eli 13 wattia muistiohjaimelle ja kaksi prosenttia eli watin verran HyperTransport-linkeille.
Jokainen ydin pystyy toimimaan kuorman mukaan tarvittavalla kellotaajuudella ja lepotilassa sammuttamaan tiettyjä osia. K8-arkkitehtuuriin perustuvilla kaksiydinprosessoreilla tämä tarkoittaa epäsuotuisaa tilannetta silloin, kun ainoastaan ensimmäinen ydin on raskaassa käytössä ja toinen ydin on joutilaana. Uusilla natiiveilla neliydinprosessoreilla ytimet toimivat kukin omalla kellotaajuudella, mutta käyttöjännite määräytyy korkeimman P-tason mukaan. AMD mainostaa uusien prosessoreiden kykenevän vähentämään tehonkulutusta jopa 75 prosentilla lepotilassa.
K10-prosessoreissa P-tasoja on kuusi kappaletta, P0-P5, ja esimerkiksi 2,6 GHz:n kellotaajuudellisella prosessorilla P0-tilassa käyttöjännite on 1,4 volttia ja tehonkulutus 95 wattia. P1-tilassa kellotaajuus laskee 200 MHz:llä, käyttöjännite 1,35 volttiin ja tehonkulutus 90 wattiin, ja P2-tilassa kellotaajuus laskee edelleen 200 MHz:llä, käyttöjännite on 1,3 volttia ja tehonkulutus 76 wattia. P3-tasossa kellotaajuus on enää tasan kaksi gigahertsiä, käyttöjännite 1,25 volttia ja tehonkulutus 65 wattia, P4-tasossa kellotaajuus 1,8 GHz, käyttöjännite 1,2 volttia ja tehonkulutus 55 wattia. Kaikkein säästeliäimmässä P5-tilassa kellotaajuus on ainoastaan 1,0 GHz, käyttöjännite 1,1 volttia ja tehonkulutus ainoastaan 32 wattia.
Uuden Dual Dynamic Power Management -tekniikan avulla ytimille ja muistiohjaimille syötetään omat käyttöjännitteet, jonka ansiosta ne voivat toimia käyttötarpeen mukaan eri käyttöjännitteellä. Perinteisellä tavalla ytimille ja muistiohjaimelle syötetään jännite samasta lähteestä, jolloin ytimien toimiessa 2,0 GHz:n kellotaajuudella muistiohjain toimii 1,6 GHz:n kellotaajuudella. Dual Dynamic Power Managementin myötä erilliset jännitelähdöt mahdollistavat muistiohjaimen toiminnan 200 MHz:n korkeammalla 1,8 GHz:n kellotaajuudella.
AMD:n demonstroi uusien prosessoreiden hyötyä tehonkulutuksen kannalta tiedotteissaan. Esimerkkitapauksessa K10-kokoonpano on varustettu kahdella prosessorilla, jotka molemmat kuluttavat 75 wattia tehoa. Molempiin prosessoreihin yhteydessä olevat muistit kuluttavat 17,6 wattia tehoa, PCI X -siltapiiri 10 wattia ja PCI Express -silta- ja I/O-hubipiiri 15 wattia. Kokonaiskulutukseksi näiden komponenttien osalta summautuu 210 wattia, joka AMD:n mukaan vastaa 27 prosentin säästöä vastaavaan Intel-kokoonpanoon.
AMD:n omissa laskelmissa Intel-kokoonpanon tehonkulutus nousi 288 wattiin, mutta näihin kannattaa luonnollisesti luottaa pienellä varauksella, kun kyse on kahden kilpailevan yrityksen välisestä kamppailusta. AMD:n mukaan Intelin TDP-arvo vastaa AMD:n ACP-arvoa, mikä on hieman arveluttavaa ja ainakin toistaiseksi todistamatta. Intel-kokoonpanossa prosessorit kuluttavat molemmat 80 wattia tehoa, ulkoisessa piirissä oleva muistiohjain 32,4 wattia, FBDIMM-muistit 83,2 wattia ja I/O-hubipiiri 12,4 wattia.
Virtualisointi
Virtualisointi on rautapohjainen teknologia, joka nopeuttaa varsinkin palvelimissa virtualisointiohjelmiston avulla samaan aikaan ajettavia useampia käyttöjärjestelmiä ja ohjelmistoja yhdessä fyysisessä palvelimessa. Käytännössä ei siis tarvita yhtä palvelinta yhden käyttöjärjestelmän pyörittämiseen ja AMD-V-teknologia parantaa käytettävissä olevien resurssien hyödyntämistä. AMD:n esimerkin mukaan palvelin voi nykypäivänä käsitellä alle 15 prosenttia kapasiteetistaan, mutta kuluttaa silti tehoa ja tuottaa lämpöä jatkuvasti. AMD-V-teknologialla ja neliytimisellä Opteron-prosessorilla tätä hyötysuhdetta voidaan nostaa huomattavasti. AMD-V on kokoelma laajennuksia x86-arkkitehtuuriin ja se käyttää hyväkseen Direct Connect -arkkitehtuuria nopean ja tehokkaan muistikäsittelyn saavuttamiseksi.
AMD-V tukee Rapid Virtualization Indexing -teknologiaa, joka tarjoaa virtuaalikoneilla suoremman yhteyden muistinkäsittelyyn ja parantaa virtualisoitujen ohjelmistojen suorituskykyä. Teknologia tunnettiin kehitysvaiheessa nimellä Nested Paging. Rapid Virtualization Indexing on rautapohjainen vaihtoehto vastaavalle teknologialle, joka ohjelmistopohjaisena tunnetaan Shadow Pagingina. Shadow Pagingin käyttöön voi kulua jopa 75 prosenttia hypervisorin ajasta, jonka AMD:n teknologia poistaa opettamalla raudalle vieraan ja isännän sivutaulun. Käännetyt osoitteet säilötään väliaikaisesti Barcelonan aiempaa suurempaan osoitemuunnospuskuriin (TLB, Translation Lookaside Buffer).
Koko konseptia tarkasteltaessa kerrosdiagrammina, alimpana on x86-arkkitehtuuri kaiken pohjana ja tämän päällä virtualisointia kiihdyttävät teknologiat. Astetta korkeammalla ovat käyttöjärjestelmät, joita voi siis olla samaan aikaan käynnissä useampia, ja pinon huipulla käyttöjärjestelmässä ajettavat ohjelmat. Esimerkiksi Linux-ympäristössä voidaan ajaa sen työpöydällä Windows Vista -käyttöjärjestelmää omassa ikkunassaan ja käyttää Windows Vistan tarjoamia ominaisuuksia, joita ei Linux-distribuutioissa ole saatavilla.
Suosituimpia virtualisointiohjelmistoja ovat VMwaren tuottamat ohjelmistot, joista ilmaiseksi on saatavilla VMware Player ja VMware Server, ja maksua vastaan VMware Workstationin. Saatavilla on myös muun muassa Microsoftilta Virtual PC 2007, joka tukee sekä Intelin VT-x- että AMD:n AMD-V-teknologioita.
Virtualisointi on kiistatta muisti-intensiivistä operointia ja AMD demonstroi tätä vertaamalla Barcelonan ratkaisua vasemmalla puolella olevaan ratkaisuun, jossa on ulkoinen muistiohjain. Tämä on suora vertaus Intelin nykyiseen ratkaisuun, jossa muistiohjain on sijoitettu northbridgeen, kun taas AMD:n ratkaisussa jokaisessa prosessorissa on oma muistiohjain. Esimerkiksi neljän prosessorin ratkaisussa AMD on sijoittanut pullonkaulakohdat muistiohjaimen ja prosessoreiden sekä muistiohjaimen ja muistikampojen välille. Barcelonan tapauksessa laitteiston muistikapasiteetti ei ole ulkoisessa piirissä olevan muistiohjaimen takana, vaan jokaisen prosessorin muistiohjaimen jatkona voi olla muistia ja neljän prosessorin laitteistossa muistiohjaimia on näin ollen neljä kappaletta.
