De Athlons Systeembus
Al een tijdje is bekend dat de Athlon gebruik zou maken van een 200 MHz systeembus. De AMD Athlon maakt namelijk gebruik van het al jaren beproefde Alpha EV6 bus protocol. Meteen kwamen vragen als "krijgen ze dan niet teveel last van reflecties en harmonischen?" en "wat voor geheugen gebruiken ze dan eigenlijk?". Dat de tweede vraag niet terzake doende is leg is zodadelijk uit, nu eerst even een rectificatie op de 200 MHz standaard.
200 MHz = 100 MHz x 2
Voor de 200 MHz systeembus maakt AMD namelijk niet gebruik van een 200 MHz klokfrequentie, maar van een standaard 100 MHz frequentie. Het verschil met de Intel 100 MHz systeembus is dat bij AMD zowel dataoverdracht kan plaats vinden bij de opgaande als neergaande flank, oftewel zowel als de bus van 0 naar 1 gaat als wanneer de bus van 1 naar 0 gaat. Dit is duidelijk te zien in de volgende afbeelding:
Duidelijk is het 100 MHz kloksignaal te zien. De opgaande en neergaande flanken zijn beide aangegeven. Terwijl bij de Intel bus dus alleen dataoverdracht kan plaatsvinden op de opgaande flank, kan dus bij AMD dit ook bij de neergaande flank. Zo wordt een dubbel zo hoge dataoverdracht bewerkstelligd: vandaar 200 MHz.
Verschillende busarchitectuur
Om het voordeel van de AMD Athlon bus uit te leggen (en om achteraf antwoord te geven op de geheugen vraag) zullen we eerst kijken naar de busarchitectuur van Intel. Om een goede vergelijking te kunnen maken bekijken we beide busarchitecturen in multi-processor configuratie.
De werking van de Intel bus moge d.m.v. de afbeelding duidelijk zijn. Er is één lange bus waar zowel alle CPU's als de chipset aanhangt. Dit systeem heeft een aantal nadelen. Aangezien de bus erg lang is (en nu heb ik het dus echt over echt lang in cm's) zullen er veel reflecties ontstaan en zal de last van harmonischen ook groot zijn. Vandaar de Intel deze bus nog altijd op 100 MHz heeft werken en met moeite binnenkort overstapt op 133 MHz. Een ander nadeel van het feit dat alle componenten van dezelfde bus gebruik maken is dat verschillende CPU's op elkaar moeten wachten. Als CPU0 bijvoorbeeld bezig is met lezen in het geheugen en CPU1 en CPU2 willen ook een datatransactie doen, zullen ze moeten wachten tot CPU0 klaar is. Om dit probleem op te vangen heeft Intel echter wel een buffer ingebouwd, waarin alvast 4 externe operaties kunnen worden klaargezet voor wanneer de bus vrijkomt.
Bij AMD Athlon systeembus wordt e.e.a. op een andere manier opgelost:
We zien dat iedere CPU een eigen (200 MHz) bus naar de chipset heeft. Al deze bussen zijn compleet onafhankelijk van elkaar, en door de korte lengte kan 200 MHz makkelijk gehaald worden. (De EV6 bus is zelfs ontworpen om tot 400 MHz te kunnen werken!). Achter de chipset bevindt zich weer de standaard bus met daaraan o.a. het geheugen. Aangezien deze systeem logica in principe als "doorgeefluik" fungeert is het nu bijvoorbeeld mogelijk dat CPU0 bezig is met een geheugenactie, terwijl CPU1 en CPU2 tegelijkertijd data naar elkaar versturen. Hoe meer CPU's in een multi-processor systeem, hoe groter het voordeel. Aangezien de externe bus toch nog steeds maar door één CPU tegelijkertijd gebruikt kan worden hebben ook de AMD Athlons een externe operaties buffer. Bij de AMD Athlon passen daar echter niet maar 4 operaties in, maar zelfs 24!
Ik kan nu ook meteen antwoord geven op de geheugen vraag. De externe bus van de AMD Athlon kan namelijk op variabele snelheid werken. Bij de eerste AMD Athlon systemen werkt deze ook gewoon op 100 MHz, zodat we onze standaard PC100 dimmen kunnen blijven gebruiken. Zodra snellere geheugens zoals RAMBUS geheugen of DDR-SDRAM verkrijgbaar zijn kan ook deze bus opgekrikt worden naar hogere snelheden.
Als we kijken naar bandbreedte zullen nieuwere snelle geheugentypes de Athlon nog heel wat kunnen versnellen. Als we namelijk naar de bandbreedte van de AMD Athlons FSB kijken, dan komen we op 8B x 100 MHz x 2 = 1,6 GB/s
Geen enkel standaard SDRAM geheugen kan een dergelijke bandbreedte leveren. Als we naar de huidige en toekomstige geheugentypen kijken, zien we de volgende bandbreedtes:
| SDRAM | PC100 SDRAM | 8B x 100 MHz = | 0,8 GB/s |
| PC133 SDRAM | 8B x 133 MHz = | 1,1 GB/s | |
| Rambus | 300 MHz RDRAM | 2B x 300 MHz x 2 = | 1,2 GB/s |
| 400 MHz RDRAM | 2B x 400 MHz x 2 = | 1,6 GB/s | |
| DDR SDRAM | PC200 DDR-SDRAM | 8B x 100 MHz x 2 = | 1,6 GB/s |
| PC266 DDR-SDRAM | 8B x 133 MHz x 2 = | 2,1 GB/s |
Zoals te zien komen onze huidige PC100 en zelfs de PC133 SDRAM's lang niet aan de mogelijke 1,6 GB/s. Deze magische grens wordt pas overschreden bij ofwel 400 MHz RDRAM ofwel bij beide type DDR SDRAM. Voor iedereen die nog niet van DDR SDRAM heeft gehoord: dit is SDRAM geheugen waarbij, net als bij de AMD Athlons systeembus, dataoverdracht kan plaatsvinden op zowel de opgaande als neergaande flank. Ook hier dus een verdubbeling van de bandbreedte.
Door de hoge royalty's van Rambus geheugen (en de bemoeienissen van Intel daarbij) zet AMD al haar hoop op DDR SDRAM. Aangezien dit type geheugen ook nog veel lagere latency-tijden heeft dan Rambus geheugen, lijkt me dit geen verkeerde instelling.
We kunnen de redenering echter ook omdraaien. Als we bij elkaar tellen hoeveel bandbreedte er in een huidige computersysteem eigenlijk nodig is zien we het volgende:
| Geheugen | 8 x 100 = | 800 MB/s |
| 2x AGP | 2 x 32 x 8 = | 528 MB/s |
| PCI | 4 x 32 = | 133 MB/s |
|
Totaal: |
1461 MB/s | |
Met zijn 1,6 GB/s FSB bandbreedte kan de AMD Athlon alle componenten tegelijkertijd op volledige snelheid van data voorzien. De FSB bandbreedte van een nieuwe Pentium III Coppermine (op 133 MHz FSB) is slechts 8B x 133 MHz = 1,06 GB/s: niet eens genoeg voor de huidige vraag.
In de toekomst zal e.e.a. natuurlijk gaan veranderen. We zien dan een dergelijke afbeelding:
| Geheugen | 2 x 800 = | 1,6 GB/s |
| 4x AGP | 4 x 32 x 8 = | 1,1 GB/s |
| ver. I/O | ca. | 0,5 GB/s |
|
Totaal: |
3,2 GB/s | |
Dit is alweer het dubbele van de AMD Athlon FSB bandbreedte. Eer het zover is wil AMD de FSB van de AMD Athlon gaan opschroeven naar de mogelijke 400 MHz (2x 200 MHz). Als hen dat lukt zal ook in deze situatie geen bottleneck ontstaan.
