AMD64

AMDs AMD64 Prozessor-Architektur (Codename Hammer und manchmal auch als x86-64 bezeichnet) ist AMDs Einstieg in den 64-Bit Mikroprozessor-Markt. Anders als Intel, deren 64-Bit-Architektur IA-64 mit der heute in PCs meistverwendeten x86-Architektur nur noch wenig gemeinsam hat, wählte AMD einen weit weniger radikalen Ansatz: Der Chip ist ein vollwertiger 32-Bit-Prozessor, dessen Register im 64-bit-Modus verbreitert werden. Er ist dadurch uneingeschränkt zu heutiger 32-bit- und sogar alter 16-bit-Software kompatibel.

Software-Unterstützung

Das erste Betriebssystem, das eine funktionierende Unterstützung für den 64-Bit-Modus der Hammer-Prozessoren bot, war Linux. Von Microsoft ist seit Februar eine Beta-Version des Windows Server 2003 für AMD64 verfügbar, produktionsreife AMD64-Varianten der Windows-Produktlinien werden jedoch erst Mitte 2004 erwartet, so dass die Architektur gegenwärtig (Stand Februar 2004) nur Hack Value hat und von nur wenigen Leuten eingesetzt wird.

In den aktuellen Medienberichten (Juli 2004) ist inzwischen davon die Rede, dass Microsoft ihre Windows Versionen für X86-64 nur als Original_Equipment_Manufacturer-Versionen (OEM) geplant zu haben scheint, es also keine für den Einzelhandel bestimmte Regalversion geben wird, sondern nur über Grosshändler als Beigabe z.B. beim Kauf eines Komplettrechners geben soll.

Vermarktung

AMD vermarktet die erste Generation von AMD64-Prozessoren unter den Namen Athlon 64 und Opteron. Ersterer ist für den Einsatz in Desktop- und Mobilrechnern gedacht, der multiprozessorfähige Opteron zielt auf den Server-Bereich mit 1-8 Prozessoren. Server-Prozessoren sind typischerweise etwas langsamer getaktet als ihre Desktop-Kollegen, AMD brachte daher im April 2003 zunächst den Opteron auf den Markt, um erst einmal Erfahrungen mit den neuen Prozessoren im Praxiseinsatz zu machen, und die zu diesem Zeitpunkt noch bestehenden Probleme mit der Taktfestigkeit der AMD64-Prozessoren auszubügeln. Der Takt des seit Oktober 2003 verfügbaren Athlon 64 3200+ war zur damaligen Zeit recht hoch angesetzt, und AMD brachte neben einem schnelleren 3400er zunächst auch einen 3000er auf den Markt, der bei gleichem Takt wie das Modell 3200+ nur halb so viel Cache hat. Auf diese Weise lassen sich auch noch Prozessorkerne verkaufen, bei denen während der Qualitätskontrolle Fehler am Cache festgestellt wurden, indem diejenige Hälfte des Caches, die den Fehler enthält, "abgeknipst" wird.

EM64T - AMD64 aus dem Hause Intel

Da AMD zwischenzeitlich viele namhafte OEM-Hersteller ins AMD64-Boot holen konnte und außerdem in nicht allzu ferner Zeit der langsame Umstieg auf 64 Bit in Desktop- und Workstation-Rechnern ansteht, gehen derzeit fast alle Beobachter davon aus, dass AMD64 in Zukunft die bedeutendste 64-Bit-Architektur werden wird. Dies hat inzwischen auch Hauptkonkurrent Intel anerkannt und Prozessoren mit EM64T-Architektur (Extended Memory 64 Technology, auch bekannt als IA-32e) angekündigt. Dies geschah hauptsächlich, da Intels hauseigene IA-64-Architektur für den Desktop-Einsatz zu teuer ist und überdies noch immer mit einigen konzeptionellen Schwierigkeiten kämpft, zum anderen hatte aber auch Microsoft signalisiert, dass sie außer AMD64 keine weitere 64-Bit-Architektur auf dem Desktop unterstützen würden. Diese Entscheidung zwang Intel das erste Mal in der Firmengeschichte, Technologie des Hauptkonkurrenten AMD in ihren eigenen Produkten anzubieten. Bei EM64T handelt es sich um eine zum originalen AMD64 weitgehend kompatible Umsetzung der AMD64-Architektur in Intel-Prozessoren, gekürzt um AMD-spezifische Features wie Prefetching und 3DNow!, aber ergänzt um neue SSE3-Befehle. Intel hatte die AMD64-Architektur bereits vor einiger Zeit im Rahmen eines Lizenzaustausch-Abkommens mit AMD lizenziert, im Gegenzug durfte AMD die Intel-Technologie SSE2 in die AMD64-Prozessoren integrieren. Die ersten Prozessoren mit EM64T-Erweiterung sind Server-Prozessoren der Xeon-Reihe, die als Konkurrent zu AMDs Opteron positioniert sind. Später wird auch die nächste Generation von Intels Desktop-Prozessoren EM64T erhalten. Intel betont, dass IA-64 durch EM64T keinesfalls obsolet geworden sei, man möchte im Gegenteil IA-64 noch stärker als bisher als bestmögliche Alternative für Kunden mit Bedarf nach hoher Fließkomma-Rechenleistung vermarkten, eine Disziplin, in der IA-64 traditionell überaus gut performt. Bereits wenige Tage nach der offiziellen Ankündigung durch Intel besaß der Linux-Kernel im Rahmen seines x86-64-Ports bereits Unterstützung für EM64T, die erste entsprechend ausgerüstete Kernel-Version war 2.6.3. Auch der GNU C-Compiler gcc ist ab der Version 3.3.3 bereits vor Erscheinen der ersten produktionsreifen EM64T-Prozessoren in der Lage, optimierten Code für diese Architektur zu erzeugen.

Architektonisches

AMD64 ist konzeptionell ein 64-bit Aufsatz auf einen AMD Athlon XP. Wenn man sich den Aufbau eines Athlon und eines Hammer-Prozessors ansieht, stellt man eine 90%ige Ähnlichkeit fest. Alle Register sind bei AMD64 64 Bit lang, wenn der Prozessor im 32-bit-Kompatibilitätsmodus läuft, werden die obersten 32 Bit jedes Registers auf 0 gesetzt. Im 64-bit-Modus verfügt der Prozessor über je 8 zusätzliche Integer- und SSE-Register, die im 32-bit-Modus brach liegen müssen. Für Fließkommaoperationen ist zwar aus Kompatibilitätsgründen eine x87-FPU auf dem Prozessor vorhanden, der Hersteller empfiehlt jedoch, für Fließkommaberechnungen generell nur noch die performantere und problemfreiere SSE-Einheit zu benutzen, die nun auch SSE2 beherrscht. Um eine schnellere Anbindung des Prozessors an die Außenwelt zu realisieren, verfügt ein AMD64-Prozessor über einen integrierten Speichercontroller (sitzt sonst in der Northbridge) und einen Controller für den HyperTransport-Bus. Über diesen neuen seriellen Hochgeschwindigkeitsbus, der den klassischen Front Side Bus ersetzt, läuft die gesamte Kommunikation des Prozessors mit Komponenenten wie Speicher, PCI-Bus oder AGP-Grafikkarte. Weitere, eigentlich nicht architekturspezifische Verbesserungen der Prozessoren gegenüber den aktuellen Athlon XP-Modellen betreffen den Cache, die TLB-Puffer und die Sprungvorhersage, um eventuelle Leistungsverluste durch die von 10 auf 12 Stufen verlängerte Pipeline der Ausführungseinheiten (17 Stufen bei den SSE-Einheiten) mindestens auszugleichen.

Betriebsmodi

Ein Hammer-Prozessor kann sich in einem von "zweieinhalb" Betriebsmodi befinden:

Legacy-Mode - Wenn der Prozessor beim Start einen 32-bit-Kernel vorfindet, deaktiviert er seine 64-bit-Features und verhält sich prinzipiell wie ein Athlon XP
Long Mode - Dies ist der vollwertige 64-bit-Modus des Hammer, in den er schaltet, wenn ein 64-bit-Kernel läuft.
Compatibility Mode - Hierbei handelt es sich um einen Untermodus des Long Mode, in den der Prozessor temporär schaltet, wenn auf einem 64-bit-System ein 32-bit-Programm ausgeführt werden soll. Einem solchen Programm präsentiert sich der Prozessor ebenfalls wie ein Athlon XP.

Weblinks

Siehe auch: Liste von Nicht-Intel-Mikroprozessoren, Mikroprozessoren von Intel