Últimas tecnologías en procesadores AMD
por Carlos Actualizado: 26/10/2022 1Es sabido por todos que en el mercado de procesadores domésticos el único que puede hacerle sombra a Intel es AMD, que comenzó hace varios años modestamente presentado procesadores inferiores pero a un precio muy competente, y ha continuado hasta llegar a la situación actual, donde los precios siguen siendo competentes y su tecnología tan puntera o más que la de Intel.
La gran ventaja actualmente de AMD sobre Intel es su chip de 64 bits dedicado a usuarios domésticos, ya que aunque Intel también dispone de procesadores semejantes están orientados a servidores con el consecuente aumento de precio. El bit es la unidad más simple que un procesador puede manejar, y todo se basa en dicha unidad. Todo carácter y todo valor se representa en bits, siendo necesario usar muchos bits para representar números grandes y pocos para representar números pequeños, dependiendo de cada caso. Normalmente todo va organizado en función a sistemas con número de bits definido limitando los valores representables. Un sistema de 32 bits puede representar un número cuyo valor máximo es 4294967295, lo que teniendo en cuenta que cada bit de la memoria RAM es reconocido por un número específico para poder ser usado, los bits no podrían sobrepasar los cuatro millones trescientos mil, que trasladado a gigabytes representa aproximadamente 4 Gb.
En cambio, este número aumenta drásticamente en el caso actual, 64 bits, pudiendo ser hasta 18446744073709551615. Con lo que conseguimos que la memoria RAM que soporte sea drásticamente superior. No por su tamaño hemos de pensar que será el definitivo, pues igualmente al adoptarse los 32 bits se pensó que se trataba de una cifra muy lejana, lo cual no ha sido así. Pero si podemos aceptar que por lo menos durante varios años tendremos de sobra con la memoria RAM permitida por los 64 bits. Mucha gente no necesita 64 bits, igual que hay gente que usa ordenadores de hace siete años. Todo debe estar en concordancia con nuestras necesidades, y un ordenador que haga uso de programas con gran carga en memoria de datos (grandes bases de datos, modelación y científicos), gestionen muchos usuarios al mismo tiempo o requieran una alta precisión matemática y rendimiento en operaciones con coma flotante sí verá mejorada su funcionalidad con los ya mencionados 64 bits.
Este aumento de memoria permite muchas cosas, y para poder entenderlo mejor nos fijaremos en el caso de los juegos. Cuando un programador quiere crear un juego puede que el espacio en el que el usuario interactúe no sea de grandes dimensiones, por lo que puede definirlo milímetro a milímetro con la seguridad de que no le faltarán bits para ello, pero cuando el tamaño del mapa aumenta, la definición disminuye, pues si se mantuviese la escala milimétrica el número de bits se dispararía. Esto se solucionaba permitiendo diferentes vistas, la cercana que limitaba el espacio y aumentaba la calidad, y la alejada que hacía justo lo contrario, y aun así era necesario usar muchas veces memoria virtual con la consecuente ralentización del juego.
Esto ya no ocurre, pues como ya vimos en el párrafo anterior con semejante cantidad de bits es difícil llegar al límite. Esta ventaja no es tal si no hacemos uso de la capacidad que nos proporcionan los 64 bits, es decir, si tan solo instalamos 1 Gb de memoria RAM estaremos en las mismas circunstancias que anteriormente, con la diferencia de que podremos solucionarlo de una forma muy sencilla, aunque no al alcance de todos, comprando más memoria RAM. La otra ventaja, también íntimamente relacionada con la primera, es la posibilidad de manejar un mayor número de instrucciones, esto se debe básicamente a lo mismo que permite el uso de un mayor número de gigabits, la posibilidad de alcanzar un valor mucho más alto. Por lo tanto, podemos concluir que los procesadores por los que actualmente más está apostando AMD y que pretende sean el futuro más próximo de dicha empresa, los basados en la tecnología de 64 bits, no representan un aumento en la velocidad de procesamiento sino la posibilidad de manejar memorias mucho más grandes que las permitidas anteriormente.
No es esta la única ventaja de estos procesadores, pues el ya conocido HyperTransport les permite eliminar el cuello de botella que podía crearse en las ranuras PCI. Esta tecnología no pretende sustituir a las PCI-X o PCI Express, sino trabajar en concordancia con estas. El propósito del HyperTransport, que no sólo está destinado a los procesadores y slots PCI, sino a muchos otros productos como routers, switches, etc., es crear un bus por el que puedan transmitirse datos con un ancho variable entre 2 y 32 bits (2, 4, 8, 16 y 32).
Su forma de trabajar es bien sencilla de entender, en lugar de un canal por el que enviar y recibir datos (bidireccional) incorpora dos unidireccionales, uno para enviar y otro para recibir, lo cual ya representa una mejora sobre el anterior sistema. Pero además, aunque su ancho de banda es de 32 bits tan solo soportaba una frecuencia de reloj a 33 Mhz, lo que limita notablemente la velocidad de transmisión de datos. Esto cambia drásticamente al ser la frecuencia con el HyperTransport de hasta 800 Mhz, con esto, es decir, 800 Mhz y 32 bits se consiguen hasta 51.2 Gbps (Gigabits por segundo).
Representados en esta gráfica, para ilustrar y facilitar la visualización del aumento de velocidad respecto, por una parte, del ancho de banda en bits (superior) y la frecuencia en Mhz (vertical). Por lo que llegados a este punto nos encontramos con que los nuevos AMD están preparados tanto con la tecnología de 64 bits como con el HyperTransport.
Por último, antes de comenzar a tratar de lleno los procesadores en sí, resaltaremos una diferencia importante entre Intel y AMD, la introducción del nuevo conjunto de instrucciones (son las “palabras” mediante las cuales los programas se comunican con el hardware). Hasta ahora, con los 32 bits, se estaban usando las instrucciones x86, todo el software que se creaba se hacía en base a estas instrucciones, de forma que el procesador entendiese lo que quería decir el programa. Con los nuevos 64 bits se introduce un nuevo conjunto de instrucciones, las x86-64, que en el caso de AMD se llaman AMD64 ISA. Estos procesadores deben estar creados en función a las AMD64 ISA, pero de ningún modo pueden ser incompatibles con las x86. En caso de ser así ningún software anterior a los 64 bits, ni sistemas operativos, ni programas instalados sobre estos serían validos en dichos procesadores. Por lo que éstos deben ser compatibles con ambos conjuntos.
Intel, en su Itanium ha conseguido compatibilidad con los 32 bits, pero de forma limitada, pues o bien iniciamos con el procesador en modo 32 o en modo 64 bits, pero en ningún caso podremos enviar instrucciones de ambos conjuntos al mismo tiempo, además, la compatibilidad con los 32 bits es relativa, pues reduce considerablemente la velocidad respecto a un procesador exclusivo de dicha tecnología. En cambio, los AMD 64 nos permiten trabajar al mismo tiempo con los dos conjuntos de operaciones y el paso de instrucciones de 32 a 64 bits es suficientemente eficaz como para no notar la diferencia respecto de un procesador anterior que solo usase instrucciones de 32 bits. Vistas ya las tecnologías en que se basarán los microprocesadores veremos cada uno de ellos de forma detallada y resaltando tanto sus ventajas como sus deficiencias. Y comenzaremos con el más básico dentro de los que veremos, el AMD 64.
El AMD 64 fue el primer procesador de AMD con tecnología de 64 bits, y ya soportó el HyperTransport. Pero no es sólo esto el procesador, por lo que comenzaremos a describirlo parte a parte. Los conjuntos de operaciones soportados son varios, el x86 como no podría ser de otro modo, las extensiones MMX y 3DNow!, y SEE y SEE2, además de su propia AMD64 del que ya hablamos anteriormente. Las cachés que incorpora son dos, la L1 que se divide en dos subgrupos. Caché L1 de datos (L1 D-Caché), compuesta por 64 Kb, y la Caché L1 de instrucciones (L1 I-Caché) que consta de otros 64 Kb. Como aclaración, y para aquellos que no tengan gran idea sobre arquitectura de microprocesadores, la memoria caché L1 es una pequeña memoria que actúa a modo de RAM, pero que se integra dentro del núcleo del procesador y trabaja a la misma frecuencia que éste.
Como vemos se ha dividido en dos zonas, una destinada a datos y otra a instrucciones de forma que los datos no acaparen todo el espacio. Como segunda caché tiene la L2, el tamaño de esta puede variar según el modelo que decidamos comprar, sus posibles tamaños son 256 Kb, 512 Kb y 1024 Kb (1 Mb). Esta caché, de mayor tamaño que la L1 es la que le proporciona los datos e instrucciones a la primera. Las cachés y el núcleo representan gran parte física del procesador, pero otra gran parte, la mayor individualmente, y por primera vez integrada en los procesadores AMD, es el puente norte. Hasta ahora la memoria RAM, la interfaz HyperTransport y la interfaz hasta el núcleo procesador habían sido controladas por un chip llamado puente norte, el conjunto de éste más el puente sur forman el conocido Chipset.
En el nuevo AMD 64 dichas funciones pasan a estar integradas en el microprocesador, constituyendo cerca de un tercio del volumen de éste. Cabe decir que aún sin estas funciones sigue existiendo el puente norte con las demás funciones, interfaz sATA y pATA, AGP, etc. Como hemos visto el HyperTransport está integrado en el microprocesador, lo que no sabíamos es que su interfaz trabaja a 8 bits en cada sentido, 16 bits en total, lo que proporciona un ancho de banda de 6.4 Gbps (3.2 en cada dirección.) La velocidad a la que trabaje este, que puede ser superior a los 200 Mhz a los que trabaja actualmente, se determina durante la configuración del software del sistema, aunque podemos imaginar que no necesitamos una mayor frecuencia, pues en el caso de poder ser soportada ya habría sido instalada por AMD.
Por otra parte, y como ya sabemos, el tipo y tamaño de memoria RAM eran determinados por el puente norte, siendo esto independiente del procesador. Ahora se invierten los papeles, y si queremos instalar cualquier memoria RAM hemos de fijarnos en que sea soportada por el mismo procesador. En nuestro caso, la memoria podría ser Dual, y sus velocidades comprendidas entre 200 Mhz y 400 Mhz, con un mínimo de 32 Mb y un máximo de 4 Gb. Para aquellos que se atrevan a modificar el multiplicador de su CPU deben saber que pueden obtener velocidades desde los 800 Mhz a 4x hasta los 2600 Mhz a 13x. Por último, y pueden ser cuestiones que nos aparezcan si deseamos hacer overclocking, o cambiar de ventilador, la temperatura del microprocesador para poder funcionar debe estar comprendida entre los -55º C hasta los 85º C. AMD no ha llevado solamente la tecnología de 64 bits al ámbito del ordenador personal, sino que con su modelo Opteron ha conseguido extenderlo a los servidores.
Se basa en el procesador AMD 64 por lo que muchas características serán similares, aunque como veremos ofrece ventajas respecto a este para los servidores. Con su arquitectura AMD64 permite ejecutar sistemas operativos y aplicaciones tanto de 32 bits como de 64 bits al mismo tiempo e instrucciones x86, MMX, 3DNow!, SEE, SEE2 y AMD64. Su controladora DDR, que como se explicó anteriormente está integrada en el procesador, permitiendo así incrementar el ancho de banda y la reducción de la latencia, con el consecuente aumento de rendimiento por parte del procesador, permite instalar hasta 8 Gb de memoria por cada procesador, pues como ya veremos no hemos de limitarnos a un único procesador por ordenador. El ancho de banda conseguido por esta controladora es de 6.4 gigabits por segundo, instalando, eso sí, memoria PC3200 (a 400 Mhz.)
Igualmente también integra HyperTransport, con lo que consigue un mayor ancho de banda, además de para los dispositivos de E/S (Entrada/Salida) y los chipset, como ya sabíamos, para conectar un procesador a otro. Soporta hasta tres vínculos mediante el HyperTransport, con lo que el ancho de banda máximo soportado por cada procesador es de 19.2 Gbps (6.4*3). Además, el consumo producido por el HyperTransport es de tan solo 1.2 voltios, lo que reduce, en consecuencia, la temperatura. Otras características también importantes son los 64 bits de datos y direcciones, que incorporan 48 bits para direcciones virtuales y 40 para direcciones físicas. Hasta aquí, salvo pequeñas diferencias, podría tomarse como el AMD 64, y es ahora cuando veremos la gran especialización hacia servidores.
La posibilidad de instalarse varios procesadores en un mismo ordenador. Esta no es una característica nueva en el mundo de la informática, muchos servidores suelen funcionar con, como mínimo, dos procesadores. Pero dentro de los AMD 64 si es una novedad. Las posibilidades de instalación son usarlos individualmente, de dos en dos o de ocho en ocho. Para ello AMD ha dividido los procesadores en tres ramas, cada una dirigida a una escalabilidad distinta, y para que el usuario no necesite saber más que el nombre para conocer su escalabilidad, los ha nombrado de la siguiente forma: Serie 100 = 1 solo procesador Serie 200 = 2 procesadores Serie 800 = 8 procesadores Hay que aclarar que el que optemos por un Opteron de la serie 800 no implica que instalemos ocho procesadores, sino que tenemos la posibilidad de instalarlos, pudiendo funcionar estos perfectamente tanto individualmente como en conjunción con otros varios procesadores. Dentro de cada serie, los últimos dos dígitos indican el rendimiento del procesador (la velocidad en megahercios) respecto de los demás integrantes de la serie, así obtendríamos como resumen de todo lo anterior una tabla que simplificará notablemente la compresión:
Todos los datos mostrados en la tabla han sido comentados a lo largo del tutorial y no deberían representar ningún problema, por lo que visto el AMD Opteron pasaremos al AMD 64 Mobile. Se trata de la primera incursión de los 64 bits en el mundo de los ordenadores portátiles, y para no repetir más veces lo mismo, solo diremos que es idéntico al AMD 64, con los mismos conjuntos de instrucciones soportados, misma caché y controladora DDR integrada, y mismo HyperTransport y 64 bits.
Lo que si recalcamos es su tecnología AMD PowerNow!, cuyo homólogo, en parte, podría ser el certificado de Intel, Centrino. El fin de PowerNow! es la reducción del consumo de energía, pues tratándose de portátiles, es muy importante esta reducción para conseguir aumentar la autonomía del ordenador. Las funciones básicas del PowerNow! consisten en aumentar o disminuir la capacidad del procesador (voltaje y frecuencia de reloj) dependiendo de los requerimientos del sistema, produciéndose dos consecuencias directas, la primera es la reducción del consumo y la segunda la de la temperatura producida por un funcionamiento mejor controlado. Esto también influye en las revoluciones del ventilador, que al ser controladas por el sistema, son automáticamente disminuidas en el caso de no ser necesarias, con la consecuente reducción del consumo por parte del ventilador.
Nos encontraríamos en tal caso con dos pequeñas reducciones de consumo que sumadas, y teniendo en cuenta el largo tiempo que se encuentran funcionando, consiguen aumentar en gran medida el tiempo de funcionamiento del ordenador con la misma batería y sin necesidad de ser recargada. Por último, respecto a este procesador, cabe decir que es compatible con los estándares inalámbricos 802.11a, 802.11b y 802.11g, que pueden ser integrados en el ordenador. Tras todo esto podemos concluir que con la implementación de la tecnología AMD64 en sus procesadores, desde sobremesa hasta servidores, AMD ha conseguido una mejora en el rendimiento general del sistema que se refleja en el porcentaje de ventas. Además, favorece la aparición de nuevas tecnologías como PCI-X que trabajen conjuntamente con el HyperTransport. Muestra de la importancia de dichos procesadores es la rápida adaptación de multitud de empresas como multitud de empresas importantes del sector, a la tecnología de 64 bits. No solo ha sido una adaptación rápida, sino muy extendida, lanzando las grandes casas de placas bases multitud de placas bases exclusivas para dichos microprocesadores.
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