Einen Tag vor der offiziellen Vorstellung des neuen AMD Phenom berichteten wir über einen Hardware-Fehler, der AMD dazu zwang den Phenom 9700 zurückzuziehen. Es handelte sich dabei um ein Erratum, welches den Translation-Lookaside-Buffer des Level 3 Cache betrifft 1), das laut damaligen Informationen erst ab einer bestimmten Taktfrequenz auftreten soll.
Was ist ein Translation Lookaside Buffer? Ein Translation Lookaside Buffer (TLB) ist erst wichtig geworden, seit die Prozessoren Multitasking und Virtual-Mode beherrschen. Zu DOS-Realmode Zeiten war die in einem Programm zum Ablauf angegebene Adresse immer die reale Adresse im Speicher. Speicher-Zelle 1 war in der Tat die erste Speicherzelle im Rechner. Anders heute, wo sich bereits frisch nach dem Booten 30 Programme oder Prozesse im Speicher tummeln. Hier gibt es zwar logischerweise auch die Speicherzelle 1, aber eben mehrmals, da jedes Programm seinen eigenen Adressraum hat, den es verwalten darf. Wenn jedoch letztendlich von der Hardware real auf den Speicher zugegriffen wird, muss natürlich die tatsächliche physikalische Adresse ermittelt werden. Um diesen Vorgang abzukürzen, gibt es in modernen Prozessoren den TLB. Hier werden Cross-Referenzen zwischen virtuellen Adressen und realen Adressen gespeichert. Je größer dieser Puffer, desto mehr Referenzen können zur Laufzeit vorgehalten werden, desto schneller kann auf die Adressen zugegriffen werden.
Beim AMD Phenom des Steppings B2 ist ein Fehler im TLB des beim K10 neu hinzugekommenen Level 3 Caches entdeckt worden1). Die TLBs des Level 2 Caches sind davon nicht betroffen.
Kann ein Fehler in der Architektur erst ab einer bestimmten Taktfrequenz auftreten? Ja, solche Fälle gab es bereits öfter in der Vergangenheit. Intel musste vor Jahren den 1,13 GHz Pentium III zurückziehen, da dieser sich in Tests als instabil erwiesen hatte, obwohl die 1.0 GHz Variante völlig problemlos arbeitete. Oder erinnern wir uns an den Intel Pentium 4 3.0C, der wegen einer Anomalie in letzter Sekunde zurückgezogen wurde. Öfter als bei CPUs sind Fehler dieser Art bei Chipsätzen aufgetreten. Man denke nur an den VIA KT400, welcher in letzter Sekunde nicht für FSB400 freigegeben wurde oder an den nForce2 der ersten Revision, der erst mit der Revision C1 FSB400 tauglich wurde.
Sind wirklich nur die Phenoms ab 2.4 GHz/ ab Modell 9700 von dem L3-TLB-Erratum betroffen? Die Sprachregelung von AMD lautet so, ja. Aus diesem Grund wurde der Phenom 9700 zurückgezogen und die niedriger getakteten Phenom 9500, 9600 sowie die Opterons auf Barcelona-Core Basis (1,7 bis 1,9 GHz) nicht. Allerdings bringt The Tech Report ein paar Fakten auf den Tisch, wonach im Grunde alle aktuellen K10-Prozessoren einschließlich des B2-Steppings an dem TLB-Erratum kranken, egal wie hoch der Kern getaktet ist. Fairerweise muss man sagen, dass dieses Erratum nur in ganz speziellen Fällen, bei einer ganz bestimmten Codefolge auftritt; aber das tat der berühmt-berüchtigte Pentium-FPU-Bug auch. Laut Tech-Report sollen aus diesem Grund derzeit kaum K10-Opteron Prozessoren an Server-Integratoren geliefert werden. Wenn der Bug erst ab 2.4 GHz auftritt, wieso hält AMD dann die K10-Opterons zurück, die maximal mit 1,9 GHz laufen?
Laut Michael Saucier, Desktop Product Marketing Manager bei AMD, kann dieser Bug bei jeder Taktfrequenz auftreten. Er widerspricht damit der ursprünglichen AMD-Sprachregelung, wonach Phenoms erst ab 2.4 GHz davon betroffen wären. Die einzige Möglichkeit diesen Bug zu eliminieren sei den Level 3 Cache TLB kompett zu deaktivieren, was je nach Programm zu 0, 10 bis 20 Prozent Performance-Einbußen führen könne. Mittelfristig - momentan kann man ja schon froh sein, wenn ein Mainboard den Phenom überhaupt schon erkennt (siehe Sammelthread AM2-Mainboard und Phenom-Unterstützung) - werden wohl alle BIOS-Programmierer dazu übergehen, den TLB komplett zu deaktivieren, sobald sie eine B2-Stepping CPU oder früher erkennen.
Wie lautet der Weg aus der Misere? Heute haben wir bereits einmal berichtet, dass das neue B3-Stepping des K10 Kerns, welches Anfang Februar 2008 auf den Markt kommen soll, dieses Problem nicht mehr aufweisen soll. Damit soll der TLB uneingeschränkt nutzbar sein, wie auch die derzeit bei 2.3 GHz feststeckenden Taktfrequenzen weiter erhöht werden können. Aus diesem Grund kann derzeit nur davon abgeraten werden einen AMD Phenom des Steppings B2 zu erwerben! Diese "neuen" Phenom-CPUs könnten sogar höhere Modell-Nummern erhalten (9550 und 9650 statt 9500 und 9600), um sie von den alten Versionen abzugrenzen.
Ich dachte das Gigahertz-Rennen ist vorbei! Wieso schreit jeder nach höheren Taktfrequenzen? Die Leistung einer CPU ist (theoretisch) ein Produkt aus Effizienz, auch IPC (Instructions-per-Clockcycle) genannt, Taktfrequenz und Anzahl der Kerne. Der Intel Pentium 4 z.B. war ausnahmslos auf Taktfrequenz getrimmt ohne Rücksicht auf den IPC, der bis zu 40% niedriger lag, als jener des Vorgängers Pentium III. In dieser Zeit (von 2003 bis 2006) war der AMD Athlon 64 dem Intel Pentium 4 in der Leistung überlegen, obwohl er deutlich niedriger getaktet war. Seit Mitte 2006 ist Intel mit dem Core 2 Duo auf dem Markt, der eine ähnliche Effizienz bzw. einen ähnlichen oder besseren IPC-Wert an den Tag legt wie der K8/K9/K10-Kern von AMD. Wenn AMD und Intel ähnliche IPCs und die gleiche Anzahl an Kernen vorweisen, ist natürlich wieder entscheidend für die endgültige Performance, wie hoch die beiden Hersteller ihre Kerne takten können. Intel kann momentan 3.0 GHz problemlos erreichen, sowohl mit den Dual-Core CPUs auf Conroe-Basis, als auch mit den Quad-Core CPUs auf Penryn-Basis, die obendrein sogar noch ein paar Prozentpunkte mehr IPC gegenüber den Conroe-basierenden CPUs in die Waagschale werden können. AMD kann derzeit sogar bis zu 3.2 GHz Taktfrequenz erreichen (siehe AMD Athlon 64 X2 6400+), allerdings lediglich mit den alten Dual-Core K8 Prozessoren. Die neuen K10 Prozessoren enden bei 2.3 GHz und das ist in der Rechnung Leistung = IPC x Anzahl-Kerne x Taktfrequenz nicht genug.
Besteht überhaupt noch Hoffnung für den Phenom/K10? Erst vor gut einem Monat haben wir einen Artikel veröffentlicht, der auf den Namen "AMDs G2-Stepping: das letzte Aufbäumen des K8-Kerns" hört. Dahin behandelten wir drei verschiedene Steppings von AMD Athlon 64 X2 5000+ Prozessoren: den F2, den G1 und den G2. Normal interessierte PC-Nutzer werden bis heute gar nicht mitbekommen haben, dass es diese verschiedenen Versionen dieses Prozessors überhaupt gibt und trotzdem unterscheiden sie sich um bis zu 10 Prozent in der Leistung, obwohl sie den gleichen K8-Kern, die gleiche Cachegröße und die gleiche Taktfrequenz besitzen. Es ist demnach durchaus realistisch und wahrscheinlich, dass neuere Versionen des K10-Kerns nicht nur deutlich höhere Taktfrequenzen werden erreichen können, sondern auch eine bessere Effizienz und damit zusammen genommen überproportional mehr Leistung werden erreichen können. Ob dies schon mit dem notdürftig nachgeschobenen B3-Stepping wird der Fall sein können, darf bezweifelt werden. Aber beim K8 sind wir mittlerweile bei Stepping G2, da dürfte beim aktuellen B2-Stepping des K10 noch ordentlich Luft nach oben sein.
Diesen Artikel bookmarken oder senden an ...
