الجرافة (البنية الدقيقة)

استخدم معالج Bulldozer تقنية "المعالجة المتعددة العنقودية" (CMT)، وهي تقنية تُشارك فيها أجزاء من المعالج بين خيطين، بينما تكون أجزاء أخرى فريدة لكل خيط. ويمكن تتبع أمثلة سابقة لهذا النهج غير التقليدي للمعالجة المتعددة إلى معالج UltraSPARC T1 من شركة Sun Microsystems عام 2005. من حيث تعقيد الأجهزة ووظائفها، تُعادل وحدة CMT في معالج Bulldozer معالجًا ثنائي النواة في قدراتها الحسابية للأعداد الصحيحة، وتُعادل إما معالجًا أحادي النواة أو معالجًا ثنائي النواة محدود القدرات في قدرة حساب الأعداد العشرية، وذلك اعتمادًا على ما إذا كان الكود مُشبعًا بتعليمات الأعداد العشرية في كلا الخيطين اللذين يعملان على نفس وحدة CMT، وما إذا كانت وحدة حساب الأعداد العشرية (FPU) تُجري عمليات حسابية للأعداد العشرية 128 بت أو 256 بت. ويعود السبب في ذلك إلى أنه لكل نواتين للأعداد الصحيحة، أي داخل نفس الوحدة، توجد وحدة حسابية واحدة للأعداد العشرية تتكون من زوج من وحدات تنفيذ FMAC 128 بت .

تُعدّ CMT، من بعض النواحي، فلسفة تصميم أبسط ولكنها مشابهة لـ SMT ؛ إذ يسعى كلا التصميمين إلى الاستخدام الأمثل لوحدات التنفيذ؛ وفي كلتا الطريقتين، عندما يتنافس خيطان على مسارات تنفيذ معينة، يحدث انخفاض في الأداء في واحد أو أكثر من الخيوط. وبفضل النوى المخصصة للأعداد الصحيحة، كان أداء وحدات عائلة Bulldozer يُقارب أداء معالج ثنائي النواة وثنائي الخيوط خلال أجزاء من التعليمات البرمجية التي كانت إما حسابات أعداد صحيحة بالكامل أو مزيجًا من حسابات الأعداد الصحيحة والعشرية؛ ومع ذلك، ونظرًا لاستخدام SMT لمسارات الفاصلة العائمة المشتركة، كان أداء الوحدة يُشابه أداء معالج SMT أحادي النواة وثنائي الخيوط (SMT2) لزوج من الخيوط المُشبعة بتعليمات الفاصلة العائمة. (يفترض كلا المقارنتين الأخيرتين أن المعالج يمتلك نواة تنفيذ متساوية في اتساعها وكفاءتها، سواءً من حيث الأعداد الصحيحة أو من حيث الفاصلة العائمة، على التوالي).

تُحقق كل من تقنية CMT وتقنية SMT ذروة كفاءتها عند تشغيل التعليمات البرمجية للأعداد الصحيحة والعشرية على زوج من الخيوط. تحافظ CMT على ذروة كفاءتها عند العمل على زوج من الخيوط يتكون كلاهما من تعليمات برمجية للأعداد الصحيحة، بينما في تقنية SMT، ينخفض ​​أداء أحد الخيطين أو كليهما بسبب التنافس على وحدات تنفيذ الأعداد الصحيحة. يتمثل عيب CMT في زيادة عدد وحدات تنفيذ الأعداد الصحيحة غير المستخدمة في حالة الخيط الواحد. في حالة الخيط الواحد، تقتصر CMT على استخدام نصف وحدات تنفيذ الأعداد الصحيحة في وحدتها كحد أقصى، بينما لا تفرض SMT مثل هذا القيد. من الناحية النظرية، يمكن لنواة SMT كبيرة ذات دوائر أعداد صحيحة بعرض وسرعة نواتين من CMT أن تُحقق مؤقتًا ضعف أداء الأعداد الصحيحة في حالة الخيط الواحد. (بشكل أكثر واقعية، بالنسبة للتعليمات البرمجية العامة ككل، تُقدّر قاعدة بولاك عامل تسريع بنسبة 100%).${\displaystyle {\sqrt {2}}}$أو ما يقارب زيادة بنسبة 40% في الأداء.

تتشابه معالجات CMT ومعالج SMT النموذجي في استخدامهما المشترك الفعال لذاكرة التخزين المؤقت L2 بين زوج من الخيوط.

• تتكون الوحدة من ربط نواتين معالجة "تقليديتين" من نوع x86 تعملان خارج الترتيب. تشترك نواة المعالجة في المراحل المبكرة من خط الأنابيب (مثل L1i ، جلب البيانات، فك التشفير)، ووحدات الفاصلة العائمة، وذاكرة التخزين المؤقت L2 مع بقية الوحدة.
  • تحتوي كل وحدة على موارد الأجهزة المستقلة التالية: ^{[ 13 ] [ 14 ]}
  • 16  كيلوبايت 4-way من L1d (way-dicted) لكل نواة و 2-way 64  كيلوبايت من L1i لكل وحدة، اتجاه واحد لكل من النواتين ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}
  • ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني بسعة 2  ميجابايت لكل وحدة (مشتركة بين نواتي معالجة الأعداد الصحيحة)
  • ذاكرة التخزين المؤقت لدمج الكتابة ^{[ 18 ]} هي ذاكرة تخزين مؤقت خاصة تُعد جزءًا من ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) في بنية Bulldozer الدقيقة. تمر عمليات التخزين من ذاكرتي التخزين المؤقت من المستوى الأول (L1D) في الوحدة عبر ذاكرة التخزين المؤقت لدمج الكتابة (WCC)، حيث يتم تخزينها مؤقتًا ودمجها. وتتمثل مهمة ذاكرة التخزين المؤقت لدمج الكتابة في تقليل عدد عمليات الكتابة إلى ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2).
  • نواتان مخصصتان للأعداد الصحيحة
    • - يحتوي كل منها على وحدتي حساب ومنطق (ALU) ووحدتي حساب وذاكرة (AGU) قادرتين على إجراء ما مجموعه أربع عمليات حسابية وذاكرة مستقلة لكل دورة ساعة ولكل نواة
    • - يؤدي تكرار جدولة الأعداد الصحيحة وخطوط التنفيذ إلى توفير أجهزة مخصصة لكل من الخيطين، مما يضاعف الأداء لعمليات تحميل الأعداد الصحيحة متعددة الخيوط.
    • – يزيد المعالج الثاني ذو العدد الصحيح في الوحدة من حجم شريحة وحدة Bulldozer بنحو 12٪، وهو ما يضيف حوالي 5٪ من إجمالي مساحة الشريحة على مستوى الشريحة ^{[ 19 ] .}
  • يحتوي كل معالج على مسارين متناظرين لمعالجة الأعداد العشرية بتقنية FMAC (إمكانية الجمع والضرب المدمجة ) بسعة 128 بت، يمكن دمجهما في وحدة واحدة كبيرة بسعة 256 بت إذا قام أحد معالجات الأعداد الصحيحة بإرسال تعليمات AVX. كما يحتوي على مسارين متناظرين لمعالجة الأعداد العشرية بتقنية x87/MMX/SSE لضمان التوافق مع الإصدارات السابقة من البرامج غير المحسّنة بتقنية SSE2. كل وحدة FMAC قادرة أيضًا على إجراء عمليات القسمة والجذر التربيعي بزمن استجابة متغير.
• تشترك جميع الوحدات الموجودة في ذاكرة التخزين المؤقت L3 بالإضافة إلى نظام فرعي متقدم للذاكرة ثنائية القناة (IMC - وحدة تحكم الذاكرة المتكاملة).
• تحتوي الوحدة على 213 مليون ترانزستور في مساحة 30.9  مم² (بما في ذلك ذاكرة التخزين المؤقت L2 المشتركة ^بسعة 2  ميجابايت) على شريحة Orochi. ^{[ 20 ]}
• يبلغ عمق خط الأنابيب في معالج Bulldozer (وكذلك Piledriver و Steamroller) 20 دورة، مقارنة بـ 12 دورة في المعالج السابق K10. ^{[ 21 ]}

أتاح تصميم خط الأنابيب الأطول لمعالجات عائلة Bulldozer الوصول إلى تردد ساعة أعلى بكثير مقارنةً بمعالجات K10 السابقة. ورغم أن هذا زاد من الترددات والإنتاجية، إلا أن تصميم خط الأنابيب الأطول زاد أيضًا من زمن الاستجابة وزاد من عقوبات التنبؤ الخاطئ بالتفرعات .

• يبلغ عرض نواة معالجة الأعداد الصحيحة في معالج Bulldozer أربعة (وحدتا حساب ومنطق، ووحدتا معالجة حسابية)، وهو أقل قليلاً من عرض نواة K10 التي تبلغ ستة (ثلاث وحدات حساب ومنطق، وثلاث وحدات معالجة حسابية). كما استخدمت معالجات Bobcat وJaguar نواة معالجة أعداد صحيحة بعرض أربعة، ولكن بوحدات تنفيذ أخف وزنًا: وحدة حساب ومنطق واحدة، ووحدة حساب ومنطق بسيطة واحدة، ووحدة معالجة حسابية للتحميل واحدة، ووحدة معالجة حسابية للتخزين واحدة. ^{[ 22 ]}

يبلغ عرض إصدار التعليمات (وذروة تنفيذ التعليمات لكل دورة) في معالجات Jaguar وK10 وBulldozer 2 و3 و4 على التوالي. هذا ما جعل Bulldozer تصميمًا فائق التوازي مقارنةً بمعالجات Jaguar/Bobcat. مع ذلك، ونظرًا لعرض نواة K10 الأوسع نسبيًا (بالإضافة إلى افتقارها للتحسينات والتطويرات في تصميم الجيل الأول)، كان أداء معمارية Bulldozer عادةً أقل من حيث عدد التعليمات المنفذة في الدورة الواحدة (IPC) مقارنةً بمعالجات K10 السابقة. لم يبدأ أداء عائلة Bulldozer في تجاوز أداء معالجات K10، مثل Phenom II، بشكل ملحوظ إلا بعد التحسينات التي أُجريت في معالجي Piledriver وSteamroller.

• مخزن الهدف الفرعي ذو المستويين (BTB) ^{[ 23 ]}
• نموذج تنبؤ هجين للشروط
• المتنبئ غير المباشر

• يدعم مجموعة تعليمات Intel Advanced Vector Extensions ( AVX ) التي تدعم عمليات الفاصلة العائمة 256 بت، و SSE4.1 و SSE4.2 و AES و CLMUL ، بالإضافة إلى مجموعات التعليمات المستقبلية 128 بت التي اقترحتها AMD ( XOP و FMA4 و F16C )، ^{[ 24 ]} والتي لها نفس وظائف مجموعة تعليمات SSE5 التي اقترحتها AMD سابقًا، ولكن مع التوافق مع نظام ترميز AVX .
• يدعم Bulldozer GEN4 ( الحفارة ) مجموعات تعليمات AVX2 .

• عملية SOI ذات 11 طبقة معدنية 32  نانومتر مع تطبيق الجيل الأول من بوابة المعدن عالية κ (HKMG) من GlobalFoundries .
• تعمل تقنية Turbo Core 2 على تعزيز الأداء لزيادة تردد الساعة حتى 500  ميجاهرتز مع تفعيل جميع الخيوط (لمعظم أحمال العمل) وحتى 1  جيجاهرتز مع تفعيل نصف الخيوط، ضمن حدود استهلاك الطاقة الحرارية. ^{[ 25 ]}
• تعمل الشريحة بجهد يتراوح من 0.775 إلى 1.425  فولت، وتحقق ترددات ساعة تبلغ 3.6  جيجاهرتز أو أكثر ^{[ 20 ] .}
• الحد الأدنى - الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة الحرارية: 25 - 140  واط

• تصل سعة ذاكرة التخزين المؤقت L3 إلى 8  ميجابايت مشتركة بين جميع النوى على نفس شريحة السيليكون (8  ميجابايت لـ 4 نوى في قطاع سطح المكتب و 16  ميجابايت لـ 8 نوى في قطاع الخادم)، مقسمة إلى أربع ذاكرات تخزين مؤقت فرعية سعة  كل منها 2 ميجابايت، قادرة على العمل بسرعة 2.2  جيجاهرتز عند 1.1125  فولت ^{[ 20 ].}
• دعم ذاكرة DDR3 الأصلية حتى DDR3-1866 ^{[ 26 ]}
• وحدة تحكم ذاكرة DDR3 ثنائية القناة مدمجة لأجهزة سطح المكتب والخوادم/محطات العمل Opteron 42xx "Valencia"؛ ^{[ 27 ]} وحدة تحكم ذاكرة DDR3 رباعية القناة مدمجة ^{[ 28 ]} للخوادم/محطات العمل Opteron 62xx "Interlagos"
• تدّعي AMD دعمها لوحدتي ذاكرة DIMM من نوع DDR3-1600 لكل قناة. أما وحدتا ذاكرة DIMM من نوع DDR3-1866 على قناة واحدة، فسيتم خفض ترددهما إلى 1600.

• تقنية النقل الفائق الإصدار 3.1 ( 3.20  جيجاهرتز، 6.4  جيجابت/ثانية، 25.6  جيجابايت/ثانية ووصلة بعرض 16 بت ) [تم تنفيذها لأول مرة في الإصدار HY-D1 "Magny-Cours" على منصة Opteron ذات المقبس G34 في مارس 2010 و "Lisbon" على منصة Opteron ذات المقبس C32 في يونيو 2010]
• مقبس AM3+ ( AM3r2 )
  • 942 دبوس، يدعم DDR3 فقط
  • ستحتفظ هذه اللوحات الأم بتوافقها مع الإصدارات السابقة من معالجات Socket AM3 (حسب اختيار الشركة المصنعة للوحة الأم وفي حال توفر تحديثات BIOS ^{[ 29 ] [ 30 ]} )، إلا أن AMD لا تدعم ذلك رسميًا؛ وستكون لوحات AM3+ متوافقة مع معالجات AM3. ^{[ 31 ]}
• بالنسبة لقطاع الخادم، سيتم استخدام المقبس G34 (LGA1974) والمقبس C32 (LGA1207) الموجودين.

المصادر الرئيسية: CPU-World ^{[ 33 ]} و Xbit-Labs ^{[ 34 ]}

يوجد نوعان من المعالجات القائمة على معمارية Bulldozer للخوادم : سلسلة Opteron 4200 ( مقبس C32 ، الاسم الرمزي Valencia، مع ما يصل إلى أربع وحدات) وسلسلة Opteron 6200 ( مقبس G34 ، الاسم الرمزي Interlagos، مع ما يصل إلى ثماني وحدات). ^{[ 35 ] [ 36 ]}

في 24 أكتوبر 2011، أكدت اختبارات الجيل الأول التي أجرتها شركة فورونيكس أن أداء معالج بولدوزر كان أقل من المتوقع. ^{[ 40 ]} في العديد من الاختبارات، كان أداء المعالج مماثلاً لأداء معالج فينوم 1060T من الجيل الأقدم.

ثم تحسن الأداء بشكل ملحوظ لاحقاً، مع إصدار العديد من التحسينات على المُصرّف وإصلاحات برامج تشغيل وحدة المعالجة المركزية. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

قوبلت معالجات Bulldozer الأولى بردود فعل متباينة. فقد تبين أن أداء معالج FX-8150 كان ضعيفًا في اختبارات الأداء التي لا تعتمد على تعدد الخيوط، حيث تخلف عن معالجات Intel Core i* من الجيل الثاني، بل وتفوق عليه معالج Phenom II X6 من AMD عند سرعات تردد منخفضة. أما في اختبارات الأداء التي تعتمد على تعدد الخيوط، فقد كان أداء FX-8150 مماثلاً لأداء Phenom II X6 و Intel Core i7 2600K ، وذلك بحسب نوع الاختبار. ونظرًا للأداء الأكثر اتساقًا لمعالج Intel Core i5 2500K بسعر أقل، فقد خيبت هذه النتائج آمال العديد من المراجعين. كما تبين أن المعالج يستهلك طاقة كبيرة جدًا تحت الضغط، خاصةً عند كسر السرعة، مقارنةً بمعالجات Sandy Bridge من Intel . ^{[ 43 ] [ 44 ]}

في 13 أكتوبر 2011، صرحت AMD على مدونتها بأن "هناك بعضًا في مجتمعنا يشعرون بأن أداء المنتج لم يلبي توقعاتهم"، لكنها عرضت معايير على تطبيقات فعلية حيث تفوقت على Sandy Bridge i7 2600k و AMD X6 1100T. ^{[ 45 ]}

في يناير 2012، أصدرت مايكروسوفت تحديثين عاجلين لنظامي التشغيل ويندوز 7 وسيرفر 2008 R2، حسّنا أداء معالجات بولدوزر بشكل طفيف من خلال معالجة مشاكل جدولة العمليات التي ظهرت بعد إصدار بولدوزر. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

في 6 مارس 2012، نشرت AMD مقالًا في قاعدة معارفها يفيد بوجود مشكلة توافق بين معالجات FX وبعض الألعاب على منصة توزيع الألعاب الرقمية واسعة الانتشار، Steam . وأوضحت AMD أنها قدمت تحديثًا لنظام BIOS لعدد من مصنعي اللوحات الأم (وهم: Asus و Gigabyte Technology و MSI و ASRock ) لحل هذه المشكلة. ^{[ 49 ]}

في سبتمبر 2014، أقر الرئيس التنفيذي لشركة AMD، روري ريد، بأن تصميم Bulldozer لم يكن "جزءًا يغير قواعد اللعبة"، وأن AMD اضطرت للتعايش مع هذا التصميم لمدة أربع سنوات. ^{[ 50 ]}

في 31 أغسطس 2011، تمكنت شركة AMD ومجموعة من خبراء كسر السرعة المعروفين، بمن فيهم برايان ماكلاكلان، وسامي ماكينين، وآرون شرادين، وسيمون سولوتكو، من تسجيل رقم قياسي عالمي جديد لتردد وحدة المعالجة المركزية باستخدام معالج FX-8150 Bulldozer غير المُطرح في الأسواق والمُعزز السرعة. قبل ذلك التاريخ، كان الرقم القياسي 8.309  جيجاهرتز، لكن معالج Bulldozer، مع التبريد بالهيليوم السائل ، وصل إلى مستوى جديد بلغ 8.429 جيجاهرتز. وقد تم تجاوز هذا الرقم لاحقًا عند 8.58 جيجاهرتز بواسطة أندريه يانغ باستخدام النيتروجين السائل . ^{[ 51 ] [ 52 ]} وفي 22 أغسطس 2014، وباستخدام معالج FX-8370 (Piledriver)، حقق "ذا ستيلت" من فريق فنلندا أعلى تردد لوحدة المعالجة المركزية بلغ 8.722 جيجاهرتز. ^{[ 53 ]}   

لم يتم كسر أرقام تردد ساعة وحدة المعالجة المركزية التي سجلتها وحدات المعالجة المركزية Bulldozer التي تم رفع تردد تشغيلها إلا بعد ما يقرب من عقد من الزمان من خلال رفع تردد تشغيل وحدات المعالجة المركزية Core Raptor Lake من الجيل الثالث عشر من Intel في أكتوبر 2022. ^{[ 54 ]}