Infos, Bilder, Benchmarks zum AMD Opteron (Sledgehammer)

Lange Zeit kursierten zahlreiche Gerüchte im World Wide Web über den neuen Server-Prozessor aus dem Hause AMD, dem Opteron-Prozessor, der seit dem Juli 2003 nun endlich auch in den Händlerregalen erhältlich ist. Der Opteron-Prozessor ist der erste ernstzunehmende Server-Prozessor, den AMD als Konkurrent zu bekannten und beliebten Intel-Prozessoren ins Rennen schickt. Zwar hat AMD mit dem Athlon MP bereits einen Server-Prozessor auf dem Markt etabliert, doch wer sich genauer mit dem Athlon MP beschäftigt hat, weiß, dass dieser lediglich ein herkömmlicher Athlon XP-Prozessor ist, der offiziell einen Zwei-Prozessor-Betrieb unterstützt.

Aus diesem Grund war der Athlon MP lediglich interessant für den Einsatz in Workstations, also Einzelplatzrechnern für den professionelle Anwendungen wie beispielsweise Video-Rendering oder aufwendige 3D-Berechnungen. Doch ein richtiger Konkurrent für die schnellen Intel-Prozessoren im Server-Bereich war der Athlon MP nie.

Wenn man einmal die gesamte Marktlage im Prozessorgeschäft betrachtet, hat AMD seine Prozessoren lediglich im privaten Desktop-Bereich etabliert. Im Notebook-Bereich hat AMD zwar einiges aufgeholt, trotzdem ist Intel hier weiterhin führend, und in Sachen Server-Prozessoren war man nahezu konkurrenzlos. AMDs neuer Server-Chip Opteron wird für einige Aufregung sorgen. Denn trotz der anfangs geringen Taktraten von 1400 bis 1800 Mhz ist der Opteron-Prozessor ein ernstzunehmender Konkurrent für Intels Server-Prozessor Xeon MP, welchen es mit einer Taktrate bis zu 3,06 Ghz gibt.

Der AMD Opteron ist ein ernstzunehmender Konkurrent zu
Intels Xeon MP Prozessoren.

 

Auch beim Opteron gibt AMD im Produktnamen nicht die reale Taktrate des Prozessors an. Doch dieses Mal wird man nicht das von Athlon XP und MP bekannte Performance-Rating einsetzen, sondern man geht den Weg über eine interne leistungsbezogene Namensgebung für die Opteron-Prozessoren. So erkennt man anhand der ersten Zahl des Produktnamen, ob der jeweilige Opteron-Prozessoren für einen Einzel-, Zwei- oder Acht-Prozessor-Betrieb geeignet ist. Die zwei letzten Ziffern geben dann Auskunft über die interne Leistungsfähigkeit untereinander. Somit ist ein ein AMD Opteron 242 (1600 Mhz) schneller als ein Opteron 240 (1400 Mhz). Beide Prozessoren unterstützen ein Zwei-Prozessor-Betrieb, man kann also bis zu zwei Prozessoren in einem System betreiben.

Opteron - Erster 64 Bit-Prozessor aus dem Hause AMD

Neben zahlreichen technischen Erneurungen, auf die wir später eingehen werden, zeichnet sich der Opteron vor allem dadurch aus, dass er als einer der Prozessoren die 64 Bit-Technologie unterstützt. Viele PC-Anwender tun sich mit den Begriffen 32 und 64 Bit schwer, weil diese Technologien für den "normalen" Anwender einfach zu abstrakt sind. Daher versuche ich in vereinfachter Weise kurz auf die 64 Bit einzugehen.

Auch wenn es mittlerweile viele verschiedene Programmiersprachen gibt, jeder einzelne Programmcode wird nach der Fertigstellung in für den Prozessor verständlichen Maschinencode umgewandelt, denn ein Prozessor versteht lediglich den Zustand zweier Werte: 0 oder 1. Ein Bit kann demzufolge entweder den Wert 0 oder 1 haben, so dass der Prozessor mit einer unendlich erscheinende Reihe von Nullen und Einsen  (beispielsweise 0011010110...010101101011) gefüttert wird. Und genau hier liegt der Unterschied zwischen einem 32 und 64 Bit-Prozessor: Kann ein herkömmlicher 32 Bit-Prozessor lediglich einen Befehl in der Länge von 32 Stellen verarbeiten, so besitzt der Opteron ein IA-64-Register, um ein 64 Bit langen Befehl entgegenzunehmen. Die Vorraussetzung dafür ist, dass die Software für diesen 64 Bit-Betrieb programmiert wurde. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit enorm gesteigert. Um die volle Leistungsfähigkeit des Opteron ausnutzen zu können, benötigt man entweder eine Linux-Version mit 64 Bit-Kernel oder die neue Version Windows XP 64. Ansonsten läuft der Opteron im 32 Bit-Mode.

Die Opteron-Prozessoren basieren nicht auf einer komplett neuen Architektur wie Intels 64-Bit-CPUs der Itanium-Serie. Vereinfacht ausgedrückt erweitert AMD beim Hammer die vorhandenen Register auf eine Breite von 64 Bit, so dass der Opteron beide Modi (32 und 64 Bit) unterstützt und den 32 Bit-Betrieb wie beim Itanium-Prozessor auf Kosten der Performance emulieren muss. Damit geht das Unternehmen den Weg, den Intel beim Übergang vom 286er zum 386er vollzogen hat. Seit den 80386-Prozessoren steht für Berechnungen beispielsweise statt des 16-Bit-AX-Registers auch das 32-Bit-EAX-Register zur Verfügung. Um problemlos mit 32- und 64-Bit-Software agieren zu können, beherrschen der Opteron verschiedene Betriebsmodi: Legacy Mode, 64-Bit-Mode, Compatibility Mode.

Der AMD Opteron ist anders als der Intel Itanium voll kompatibel
 zu 32 und 64 Bit-Betriebssystemen und -Anwendungen

Wird der Opteron-Prozessor in einem 32 Bit-Betriebssystem wie Windows 2000 oder XP betrieben, wird er in den Legacy-Mode geschaltet. Der Opteron verhält sich dabei wie ein normaler x86-Prozessor und ist voll kompatibel zu vorhandenen 16- und 32-Bit-Betriebssystemen und -Anwendungen. Die 64-Bit-Features der AMD64-Architektur liegen dann brach. Steht dem Opteron dagegen ein 64-Bit-Betriebssystem wie Linux oder Windows XP 64 zur Seite, schaltet die CPU in den Long Mode getauften Betriebsmodus. Der Long Mode der AMD64-Technologie beinhaltet zwei Untermodi: den 64-Bit-Mode und einen Compatibility Mode. 64-Bit-Anwendungen arbeiten im entsprechenden 64-Bit-Mode. Den Programmen steht somit auch der volle Adressraum mit einer Breite von 64 Bit zur Verfügung. Der Compatibility Mode wird dann eingeschaltet, wenn man auf diesem 64 Bit-Betriebssystem ältere Anwendungen und Software betreibt, die noch für den 32 Bit-Modus programmiert wurden.

Technische Eigenschaften

Der AMD Opteron unterscheidet sich komplett von seinen Vorgängern den Athlon XP's bzw. MP's und daher ist der Opteron nicht mehr mit diesen Prozessoren vergleichbar. Der neue Prozessorkern "Sledgehammer" wird zwar weiterhin in der 0,13µm-Technologie hergestellt, trotzdem begnügt sich der Opteron mit einer Kernspannung von gerade einmal 1,55 Volt. Im Vergleich dazu musste man einen Athlon MP mit mindestens 1,75 Volt versorgen, damit dieser seine Arbeit stabil verrichtete. Dies wirkt sich auch positiv auf die Verlustleistung und Wärmeentwicklung aus. Zwar ist die Verlustleistung eines Opteron 1800 Mhz mit 84,7 Watt deutlich als bei einem Athlon MP 2800+ (2080 Mhz), der gerade einmal 60 Watt verbraucht, doch muss man berücksichtigen, dass der Opteron mit 105,9 Millionen mehr als doppelt so viele Transistoren besitzt wie sein Vorgänger (37,5 Millionen). Und da ist der Verbrauch von 84,7 Watt doch bemerkenswert, was auch ein Blick zur Intel-Konkurrenz zeigt: ein Intel Xeon MP 3,06 Ghz verbrauch stolze 106 Watt.

Völlig neues Design und Sockel. AMD entschied sich beim Opteron wieder für ein Keramik-Gehäuse.

 

Beim Opteron beherbergt das 193 mm² große Die die oben genannten 105,9 Millionen Transistoren. Zirka die Hälfte der Fläche beansprucht dabei der 16fach assoziativ ausgelegte 1024 KByte große L2-Cache (extrem schneller und teurer Zwischenspeicher des Prozessors). Mit einem 1 MB großen L2-Cache besitzt der Opteron einen deutlich größeren Zwischenspeicher für den Prozessor wie seine Vorgänger, die anfangs mit 256 KB, später dann mit 512 KB ausgestattet wurden. Auch ein Intel Xeon-Prozessor besitzt lediglich einen 512 KB großen L2-Cache. Die L1-Caches sind beim Opteron auf je 64 KByte für Daten und Befehle dimensioniert - unverändert zum Athlon XP. An der 2fach assoziativen Organisation hält AMD ebenfalls fest. Zwar hat AMD beim Opteron den L3-Cache weggelassen, doch aufgrund des integrierten Memory-Controllers in der CPU verhält sich allerdings der Arbeitsspeicher wie ein L3-Cache in einem herkömmlichen Server-System.

Um den Speicherdurchsatz der Datenhungrigen Opteron-Prozessoren zu steigern, setzt man auf eine neue Technologie namens HyperTransport, mit deren Hilfe eine hohe Bandbreite bei niedriger Latenzzeit und ein einheitlicher Bus und gemeinsames Protokoll für alle Verbindungen auf dem Mainboard sichergestellt werden soll. Niedrigere Latenzzeiten beim Speicherzugriff realisiert der Opteron mit einem integrierten Dual-Channel-DDR333-SDRAM-Controller. Über insgesamt acht DIMMs (vier pro Kanal) lassen sich dann pro CPU acht GByte Speicher ansprechen. Die Speicherbandbreite beträgt mit DualDDR333-Speicher 4,98 GByte/s. Neuland betritt AMD auch beim I/O-Konzept: Statt des üblichen parallelen FSB kommuniziert der Opteron über HyperTransport-Schnittstellen mit I/O-Bausteinen oder benachbarten CPUs.

Mit der Einführung des AMD Opteron kommt auch ein neuer Prozessorsockel auf dem Markt. Der Sockel 940 besitzt wie der Name schon sagt 940 Pins, was mehr als doppelt so viel sind wie beim Vorgänger. Der Sockel 940 ist nur für den Opteron konzipiert worden. Der AMD Athlon 64, der Nachfolger des Athlon XP im Desktop-Bereich, ist wieder zu einem anderen Sockel kompatibel.

Neu beim Opteron-Prozessor ist die Implementierung von Intel's SSE2-Befehlserweiterung. So unterstützt der Opteron mit 3dNow!, 3dNow!+, SSE und SSE2 insgesamt vier Befehlserweiterungen, mit deren Hilfe bestimmte Programmroutinen beschleunigt werden können, sofern die Software für eine solche Befehlserweiterung optimiert wurde. Vor allem in rechenintensiven Anwendungen wie Video-Rendering, 3D-Berechnungen, etc., machen sich solche Befehlserweiterungen positiv bemerkbar. Bei SSE2 hat AMD die Anzahl der 128 Bit breiten Register von 8 auf 16 erhöht. Von der Verdoppelung profitiert aber nur der 64-Bit-Mode.

kann, dürfte für die nächsten Jahre Ruhe haben ;-)

Beim Systemtakt geht man den Weg, den die Pentium 4-Prozessoren aus dem Hause Intel bereits gegangen sind. Mit der Quad-Pumped-Technologie können 4 Datenpakete pro Takt auf die Reise geschickt bzw. bearbeitet werden, so dass der Speicherdurchsatz vervierfacht werden kann. So besitzt der Opteron, dessen Front-Side-Bus bei 200 Mhz liegt, einen Systemtakt von 800 Mhz (4*200 Mhz). Trotz des hohen Systemtakts kann man den Opteron auch mit DDRAM PC266 und PC333 betreiben, da der Arbeitsspeicher separat getaktet wird.

Prozessorüberblick

Benchmarks

Zur Zeit kann man noch keine aussagekräftigen Benchmarks machen, da man noch kein Windows-64 Bit-Betriebssystem zur Verfügung hat, was die volle Leistungsfähigkeit des Opteron zeigen könnte. Daher möchte ich Euch nur einen Benchmark unter Verwendung eine herkömmlichen 32 Bit-Betriebssystem zeigen, dessen Aussage nicht überbewertet werden sollte. Sobald erste 64 Bit-Benchmarks erscheinen, werden diese nachgereicht.

Cinebench 2003, Rendering, Windows 2000 Server

2x Intel Xeon DP 3,06 Ghz HT DualDDR 266	627
2x Intel Xeon DP 3,06 Ghz DualDDR 266	577
2x Athlon MP 2600+ DDR266	484
2x Opteron 244 QuadDDR333	475
Intel Xeon DP 3,06 Ghz HT DualDDR 266	357
Intel Xeon DP 3,06 Ghz DualDDR 266	306
Athlon MP 2600+ DDR266	259
Opteron 244 QuadDDR333	256

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