K10 est le nom de la neuvième architecture Microprocesseur d'AMD. Elle succède au K8. Une polémique a surgit sur le nom de code, qui aurait pû être K8L ou K9.

La nouvelle architecture est introduite sur le Phenom. Tout ressemble à l'Athlon, mais les flottants sont désormais traités sur 128bits, et la bande passante interne augmente, comme chez Intel. Pas de « memory disambiguation » en revanche. Le bus Hyper Transport augmente sa fréquence.

Nomenclature

AMD abandonne le P-rating (xx00+) pour une nouvelle numérotation. 2 lettres plus 4 chiffres 1ère lettre gamme 2ème lettre dissipation : TDP 1er chiffre famille/architecture : 7 : Phenom 4 cores , 6 Phenom bi cores, 2 : Athlon X2 , 1 : Athlon mono core et Sempron 2ème chiffre et 3ème chiffre puissance en fréquence 4ème chiffre fonctionnalités éventuelles

Historique

Avant qu'AMD publie officiellement ce nom de K10 par les voix de Giuseppe Amato et de Philip G. Eisler (respectivement directeur technique des Ventes et du marketing pour l’Europe et vice-Président de la division chipset d'AMD) en février 2007, la presse spécialisée attribuait logiquement le nom K8L à la nouvelle architecture. The Inquirer pensait alors que le "L" se rapportait au chiffre romain signifiant 50, il s'agirait alors du K8.50, soit une version à mi-chemin entre l'architecture K8 et K10. Il apparaît dans l'interview des responsables AMD que le K8L était une dénomination pour des processeurs d'architecture K8 pour PC portable en 65nm.

Technologies et caractéristiques

Gravure

Les premiers microprocesseurs de la génération K10 seront exclusivement gravés grâce à la technologie de gravure en 65nm d'AMD en partenariat avec IBM qui utilise des wafers SOI (Silicium sur isolant) 300mm UNIBOND™ du fabricant français Soitec qui entretient un partenariat privilégié avec AMD. Le partenariat avec IBM permet également à AMD d'utiliser la technologie SiGe d'IBM (ajout de germanium en plus de silicium en vu de rendre les transistors plus performants). Ces microprocesseurs seront sûrement fabriqués dans l'usine Fab 36 d'AMD à Dresde en Allemagne qui fabrique déjà les Athlon 64 en 65nm. L'usine pourra produire normalement aux alentours de 100 millions de processeurs par an dès 2008 (pour 20 000 wafers) ce qui coïncide avec l'arrivée de l'architecture K10. AMD utilise pour sa gravure en 65nm ses technologies Continuous Transistor Improvement (CTI) ou amélioration continue de transistor et Shared Transistor Technology (STT) ou partage technologique des transistor ainsi que la technologie Dual Stress Liner (DSL).

Il existera peut-être par la suite des processeurs K10 gravés en 45 voire en 32nm (Deneb FX, Deneb, Propus, Regor et Sargas), puisqu'AMD compte produire des processeurs grâce à la technologie de lithographie par immersion dès 2008.

Mémoire

Les processeurs de la famille K10 tout comme leurs prédécesseurs K8 possèderont leur contrôleur mémoire intégré contrairement aux processeurs Intel qui laissent cette charge au chipset. Cette caractéristique a été en partie responsable du succès des Athlon 64 en réduisant considérablement les latences pour l'accès à la mémoire RAM lorsque la norme était la DDR-SDRAM première du nom. En effet avec ce type de barrettes, les latences de la RAM étaient de 2-2-2-5 pour les meilleures DDR400. Mais lors de l'introduction de la DDR2, l'atout de l'Athlon 64 s'est atténué car les latences ont explosé et l'augmentation de fréquence n'a pu que compenser cette chute de performance. Ainsi les Athlon 64 sur socket AM2 sont juste aussi performant que les Athlon 64 sur socket 939. Les latences mémoires ayant sérieusement diminué, la DDRII ne pose plus de problème. Les K10 seront faits pour supporter de la DDR2 1066MHz en standard. Les serveurs exploiteront la DDR2 800 dans un premier temps.

Les prochaines révisions de coeur de la famille K10 (Deneb FX, Deneb, Propus, Regor et Sargas) prévues pour l'année 2008 voire 2009 seront elles, tournées vers la mémoire DDR3 et le 45nm qui n'est pas encore sur le marché. Ils seront équipés de 4 ou 6Mo de cache L3.

Sockets

AMD a fait le choix d'une certaine continuité lors de ce passage au K10. Il n'y aura donc pas comme lors du passage de l'architecture K7 à K8 un changement radical de socket (alors socket A vers socket 754 puis 939 et AM2). AMD a donc nommé le socket de son nouveau processeur AM2+ pour marquer la proximité avec le socket AM2. Le socket AM2+ accueillera donc tous les processeurs K10 à l'exception des processeurs socket 1207 incompatibles. Il s'agit d'un socket de 940 broches. Les différences entre le socket AM2 utilisé actuellement pour les K8 et le socket AM2+ seront la gestion de l'hypertransport 3.0 par ce dernier et la gestion avancée de l'énergie puisque chaque coeur disposera d'un Vcore propre. Sur socket AM2, les processeurs pourront tout de même varier leur fréquences indépendamment mais pas leur vcore. Il y a rétro compatibilité et on pourra profiter de l'architecture K10 sur une carte mère AM2.

Les chipsets pour AM2+ déjà annoncés sont le Nvidia Nforce 7 nom de code MCP72, le VIA KT960 et KM960 mais aussi les chipsets d'ATI (maintenant propriété d'AMD) RD790+, RD780, RS780, RX780, RS740 et RX740.

Les K10 socket AM3 auront probablement deux contrôleurs mémoire, un DDR2 et un DDR3 ainsi ils fonctionneront parfaitement avec une carte mère AM2+. Cependant cette information est à mettre entre pincettes, AMD pourrait très bien changer d'avis car le coût en transistors de deux contrôleurs mémoire pourrait être élevé.

Un K10 AM2+ ne sera pas compatible AM3.

Spécifications

Les caractéristiques complètes des K10 sont celles du premier coeur K10, à savoir le Barcelona. Les versions desktop seront sans doute différentes puisque le Barcelona est fait pour le marché serveur aux demandes particulières.

• Généralités.
  • Deux contrôleurs mémoire DDR2 intégrés (Le contrôleur mémoire 128bits des K8 est séparé en deux contrôleurs 64bits pour le K10. Passage prévu à un contrôleur mémoire DDR3).
  • Fréquence de fonctionnement entre 1900 et 2600MHz (Les versions desktop devraient atteindre les 2800MHz).
  • 16 niveaux de pipeline.
  • Gestion de l'hypertransport 3.0 pour des bus au-delà de 3GHz (sur socket AM2+, sur socket AM2 la fonction ne sera pas exploitée).
  • cache.
    • 64ko de cache L1D par core (Taille identique à celle des K8)
    • 64ko de cache L1I par core (Taille identique à celle des K8)
    • 512ko de cache L2 par core (Taille identique aux derniers K8. Les Kentsfield offrent 2x4Mo de cache L2 et le futur Penryn jusqu'à 2*6Mo).
    • 2Mo de cache L3 partagé.
    • Extension possible jusqu'à 8Mo, 4 à 6Mo avec le passage au 45nm: core Shangai.

• Le die.
  • 1^er quad-core dit "natif" produit en masse (Il ne s'agit pas de la juxtaposition de deux dual-core comme pour les premiers quad-core Intel.
  • Composé de 11 couches de gravure (Contre 9 pour les K8 et 8 pour les core2duo. Cela rend le procédé de fabrication un peu plus complexe mais ne change rien pour l'utilisateur. Intel utilisait aussi ce type de procédé avec autant de couches il y'a quelques années).
  • 463 millions de transistors (Face au 582 millions du Kentsfield mais gravé sur deux die. Ceci s'explique par le fait que le Kentsfield embarque 8,25Mo de cache alors que le Barcelona se limite à 5.5Mo).
  • 60 millions de transistors non-caches (soit 30%) en plus par rapport au K8.

• améliorations du pipeline et nouvelles Instructions.
  • Le SSE 128,
    • Gestion d'instruction d'une longueur de 128bits (Contre 64bits pour le K8).
    • Gestion parallèle de 32 octets par cycle (Soit le double d'avec le K8. Amélioration qui pourrait bénéficier à d'autres types d'opérations comme par exemple sur les entiers).
    • Deux chargements d'instructions par cycle depuis le cache L1 (Nombre stable par rapport au K8 mais donc deux fois plus de données chargées par cycle du fait du passage d'instructions 2*64 à 2*128bits).
    • Interface élargie entre le cache L2 et le contrôleur mémoire à 128bits (Pour la cohérence de l'architecture, cad éviter un goulot d'étranglement).
  • Introduction des instructions SSE4A.
  • Extentions des instructions SSE: EXTRQ/INSERTQ et MOVNTSD/MOVNTSS.
  • Apparition des instructions LZCNT et POPCNT utilisées en cryptographie.
  • Diminution de la latence sur les divisions d'entiers (ALU) (Les conséquences pratiques devraient être minimes)
  • 4 FPU (Floating Point Unit, unités de calcul à virgule flottante) (au lieu de 2 pour le K8. AMD parle d'une amélioration théorique de +300% des performances face au Dual Core K8 (deux fois plus de cores avec deux fois plus de FPU, donc performances quadruplées), mais finalement en pratique l'amélioration serait de l'ordre de 50% face à la concurrence).
  • Fastpath.
    • Les microinstructions CALL and RET-Imm sont maintenant des instructions qui utilisent Fastpath (elles ne sont plus microcodées).
    • Les déplacements entre registres des entiers et registres SSE des instructions MOVs utilisent aussi le Fastpath.

• Sous-système mémoire, cache et prefetch.
  • Diminution de la latence au niveau du cache.
  • Meilleure gestion de données Out-Of-Order.
  • Prédictions,
    • Apparition d'un prédicateur de branchement indirect: 512-entry indirect predictor (Intel avait ajouté ce type de prédicateur sur ses PIV Prescott qui pâtissaient de leur long pipeline et toute erreur de branchement représentait une perte de temps considérable).
    • L'espace dédié à la "pile de retour" (return stack) est multiplié par deux.
    • La prédiction directe est aussi améliorée par l'augmentation des données "historiques" (Possibilité offerte par la taille gagnée avec le passage au 65nm alors que l'architecture K8 se contentait au départ du 130nm).
    • Sideband Stack Optimizer équivalent au Dedicated Stack Manager d'Intel.
  • TLB (Translation Lookaside Buffer)
    • Extension.
    • Adressage physique 48bits permettant la gestion de mémoire jusqu'à 256To
  • Prefetch:
    • 2 prefetch par core, un pour les données et un pour les instructions (AMD conserve le nombre de prefetch du K8. A noter que les C2D d'Intel en possèdent trois par core).
    • Le prefetch charge dans le cache L1 (Le prefetch chargeait dans le cache L2 chez les K8).
    • Apparition d'un prefetch de RAM utilisant son propre cache.

• Virtualisation.
  • Virtualisation de la mémoire Nested Paging

• Energie.
  • Le voltage du northbridge est maintenant indépendant et s'échelonne de 0.8V à 1.4V.
  • Apparition du DICE ou Dynamic Independent Core Engagement ou gestion materielle du PowerNow! permettant la gestion indépendante de la fréquence de chaque coeur.
  • TDP compris entre 95W et 120W (TDP entre 45W et 89W pour les Phenom, TDP inconnu pour les Phenom FX)

• Registres
  • ajouts de 8 registres supplémentaire pour le 64bits.

Performances

Lors d'une démonstration le 30 novembre 2006^,, AMD annonce et montre à la presse que le Barcelona sera globalement 40% plus performant qu'un Xeon 5355 (quad-core à 2.66GHz). Dernièrement AMD affirme que son processeur devrait devancer les performances des Xeon Quadcore de 50% sur les calculs en virgule flottante et de 20% sur des calculs liés à des nombres entiers. Cela dit, il est bon de préciser qu’une telle comparaison ne peut pas encore être vérifiée et que cette comparaison s’applique pour des fréquences égales entre le processeur d’architecture K10 d’AMD et le Xeon d’Intel. De plus il ne s'agit là que de tests théoriques.

Début mai 2007, AMD a fait une nouvelle démonstration plutôt impressionnante de ses futurs K10. C'est au CTO Technology Summit à Monterey, en Californie qu'AMD a dévoilé une machine disposant de deux processeurs K10 quad-core. La machine de 8 cores a été capable d'encoder à la volée, c'est-à-dire en temps réel, une vidéo 720p (1280*720) et une 1024p

Famille de processeur

Toute la gamme d'AMD passera dans peu de temps à l'architecture K10. On retrouvera des dénominations connues et des nouveaux noms. L'Opteron pour serveur bi et quadri processeur connu sous le nom de code Barcelona sera le premier K10 à devoir faire ses preuves, un deuxième core Budapest viendra renforcer la gamme Opteron sur le marché des serveurs uni-processeurs. Le grand public aura le choix entre le Phenom X4 (Agena), et le Phenom X2 (Kuma). La dénomination Athlon 64 disparaissant (pour le haut de gamme), toute confusion entre les K8 et les K10 disparaît. On trouvera également des versions FX et Low power. Les Athlon x2 64 (Rana) constitueront l'offre dual-core d'entrée de gamme, les sempron (Spica) seront les seuls mono-coeur K10, et les Turion (Griffin) seront dédiés aux plates forme portables.

Tableau réalisé sur les informations de la roadmap AMD et de Clubic (Opteron) et (desktop)

Opteron

L'Opteron est la version du K10 destinée aux serveurs, et aux stations de travail. Les version SE sont les versions haut de gamme de la série au TDP de 120W, les versions standards ont un TDP de 95W et les version HE (High Efficiency) sont les versions qui bénéficient d'un TDP réduit à 68W.

modèles Opteron

Nom du modèle	Nom du core	Fréquence (MHz)	TDP max (W)	Sockets compatibles	Procédé de gravure	Cache L1 (ko)	Cache L2 (ko)	Cache L3 (ko)	Vitesse de Bus (MT/s)	Date de sortie
Opteron pour serveur mono-CPU.
Opteron série 1000
Opteron 1252	Budapest	2100	95	AM2/AM2+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	5200	Avril 2008
Opteron 1254	Budapest	2200	95	AM2/AM2+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	5200	Avril 2008
Opteron 1256	Budapest	2300	95	AM2/AM2+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	5200	Avril 2008
Opteron série 1000 SE
Opteron 1258 SE	Budapest	2400	120	AM2/AM2+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	5200	2008
Opteron 1260 SE	Budapest	2500	120	AM2/AM2+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	5200	2008
Opteron pour serveur bi-CPU.
Opteron série 2000 hE
Opteron 2244 hE	Barcelona	1700	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron 2246 hE	Barcelona	1800	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron 2248 hE	Barcelona	1900	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron 2250 hE	Barcelona	2000	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron série 2000
Opteron 2248	Barcelona	1900	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Rentrée 2007
Opteron 2250	Barcelona	2000	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Rentrée 2007
Opteron 2252	Barcelona	2100	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2254	Barcelona	2200	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2256	Barcelona	2300	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2258 SE	Barcelona	2400	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2260	Barcelona	2400	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	2008
Opteron série 2000 SE
Opteron 2258 SE	Barcelona	2400	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2260 SE	Barcelona	2500	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 2262 SE	Barcelona	2600	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	2008
Opteron pour serveur quadri CPU ou plus.
Opteron série 8000 hE
Opteron 8248 hE	Barcelona	1900	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron 8250 hE	Barcelona	2000	68	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	?
Opteron série 8000
Opteron 8252	Barcelona	2100	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 8254	Barcelona	2200	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 8256	Barcelona	2300	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 8258	Barcelona	2400	95	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	2008
Opteron série 8000 SE
Opteron 8258 SE	Barcelona	2400	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 8260 SE	Barcelona	2500	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	Avril 2008
Opteron 8262 SE	Barcelona	2600	120	1207/1207+	65nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	2000	2008

"Star's Family"

La nouvelle gamme desktop d'AMD se décompose donc en "Phenom FX" pour le très haut de gamme (qui sera sûrement un simple renommage d'Opteron), "Phenom X4" pour le haut de gamme et "Phenom X2" pour la moyenne gamme, "Athlon 64 X2" pour l'entrée de gamme et "Sempron" pour l'entrée de gamme AMD.

Les fréquences s'échelonnent entre 1900 MHz et 2800 MHz et le TDP entre 45 W et 89 W.

Le nombre de core varie de 1 pour le "Sempron" à 4 pour le "Phenom FX" et le "Phenom X4" en passant par 2 pour le "Phenom X2" et l' "Athlon 64 X2".

Modèles Desktop.

Nom du modèle	Architecture	Nom du core	Nombre de core	Fréquence (MHz)	TDP max (W)	Sockets compatibles	Procédé de gravure	Cache L1 (ko)	Cache L2 (ko)	Cache L3 (ko)	Vitesse de Bus (MHz)	Date de sortie
Phenom
Phenom FX
FX-82	Agena FX	K10	4	2800	125	AM2/AM2+	65 nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	4200	Q1 2008
Phenom 9-Series
9700	Agena	K10	4	2600	125	AM2/AM2+	65 nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	4000	Dec 2007
9600	Agena	K10	4	2400	89	AM2/AM2+	65 nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	3600	Nov 2007
9500	Agena	K10	4	2200	89	AM2/AM2+	65 nm SOI	4x(64+64)	4x512	2048	3600	Nov 2007
Phenom 7-series
7700	Toliman	K10	3	2500	89	AM2/AM2+	65 nm SOI	3x(64+64)	3x512	2048	3200	Février 2008
7600	Toliman	K10	3	2300	89	AM2/AM2+	65 nm SOI	3x(64+64)	3x512	2048	3600	Février 2008
Athlon
Athlon 6-series
6550	Kuma	K10	2	2400	65	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	2048	3600	Debut 2008
6650	Kuma	K10	2	2600	65	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	2048	3800	Debut 2008
6800	Kuma	K10	2	2800	89	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	2048	4200	Debut 2008
Athlon 2-Series
2xxx	Rana	K10	2	1900	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	0	2800	2008
2xxx	Rana	K10	2	2100	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	0	3000	2008
2xxx	Rana	K10	2	2300	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	2x(64+64)	2x512	0	3400	2008
Athlon LE-1 Series
LE-1640	Lima	K10	1	2700	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	2000	Jan 2008
Sempron
Sempron LE-1 Series
LE-1100	Sparta	K10	1	1900	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	3200	2008
LE-1150	Sparta	K10	1	2000	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	3200	2008
LE-1200	Sparta	K10	1	2100	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	3200	2008
LE-1250	Sparta	K10	1	2200	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	3200	2008
LE-1300	Sparta	K10	1	2300	45	AM2/AM2+	65 nm SOI	1x(64+64)	1x512	0	3600	2008

Turion

AMD ne sortira pas un Turion K10 à proprement parler avant fin 2008 voire 2009 et l'introduction de la gravure en 45nm. Avec le Turion Griffin, AMD proposera un K10 très allégé qui ne disposera que des améliorations énergétiques du DICE. Avec son Griffin, AMD proposera également une plateforme: Puma. Elle utilisera un coeur graphique supportant le directX 10 et un UVD (Universal Video Decoder).

Liens internes

• Phenom
• AMD K8
• Athlon 64
• Socket AM2+
• Socket AM3
• Socket F
• DDR2 SDRAM
• HyperTransport
• Unité de calcul en virgule flottante
• Unité arithmétique et logique
• Streaming SIMD Extensions

Liens externes

• (en) Article Technique sur RWT
• (en) Article de The Inquirer, qui rapporte les propos de Giuseppe Amato (Technical Director, Sales and Marketing EMEA de AMD)
• (en) Further AMD next-gen specs roll out (The Inquirer, liste des processeurs K10 au lancement)
• (en) December 2006 Analyst Day d'AMD: roadmap officielle d'AMD.
• (en) Barcelona Architecture: AMD on the Counterattack (revue détaillée de l'architecture K10 par anandtech)
• (en) Anandtech, CeBIT 2007: Storage & Servers - AMD, performances et indications sur le Barcelona au CeBIT 2007.
• (fr) les 21 déclinaisons desktop du K10
• (fr) Architectures des processeurs, version préliminaire et ancienne (2001) d'un cours de l'IRISA (Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires) mais très complet.
• (fr) AMD K8 - Partie 3 : Architecture, comprendre l'architecture K8 permet de comprendre l'architecture K10 qui en est une grande évolution plus qu'une révolution.
• (fr) Nouvelle nomenclature AMD (InfoMars.fr)

Notes et références