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PRESENTACIÓN DEL PROCESADOR AMD K6-3

Artículo cedido amablemente por AMD Forever

¿Porqué la penúltima? os preguntareis ... pues porque la última vendrá con el K7, del que y tendremos tiempo de hablar.

Ahora lo que vamos a hacer es presentar al nuevo procesador de AMD, el último de la serie K6, la máxima evolución de uno de los mejores diseños de procesador realizado en el mundo de los compatibles.

UN POCO DE HISTORIA.

Hace un tiempo, Intel reinaba en el mundo de los procesadores para compatibles con su Pentium, frente al que nada pudo hacer el AMD-K5, entonces aparecieron una serie de instrucciones, que fueron llamadas MMX, que permitian, segun parece, acelerar notablemente las capacidades multimedia de los ordenadores. Por aquel entonces AMD ya estaba trabajando en el sucesor para su K5 (se llamaría K6). Tras un largo litigio, la tecnología MMX (que era propiedad de Intel) pudo ser incluida en todos los demás procesadores de la competencia (esto es, los de AMD y Cyrix por aquel entonces). Así nacieron los Intel Pentium MMX (P55C) por un lado, y al poco tiempo, los AMD K6 (tambien los Cyrix M1).

Sorprendentemente, los procesadores de AMD, poseían un rendimiento superior a los de Intel, además de algunas características que los hacían superiores técnicamente, como una mejor lógica de predicción de saltos o una memoria caché de primer nivel (L1) de 64 KB (¡¡el doble que la de su rival!!). La capacidad del K6 lo situaba muy cerca de lo que se esperaba de la nueva generación de procesadores de Intel, los Pentium II (evolucionados a partir de os Pentium Pro). De ese modo, durante un breve lapso de tiempo, el K6 fue el rey de los procesadores (el más rápido) hasta la aparición del Pentium II.

Pero no es oro todo lo que reluce. El Pentium II llegó con una tecnología propietaria (el Slot1, inteligente maniobra para que todos nos tubiéramos que cambiar de hardware), que impedía a la competencia realizar productos para esa plataforma (ES POR ESO QUE AMD NO TIENE PROCESADORES PARA SLOT 1, Y NO PORQUE NO QUIERA, COMO HE LEIDO EN ALGUNA REVISTA DEL SECTOR COMO ES PCACTUAL). Además, la unidad de coma flotante del K6 (evolución de la del K5), distaba mucho de ser suficientemente potente para competir con los procesadores de Intel. La solución no era sencilla. No había tiempo para rediseñar una unidad de coma flotante más rápida (porque ya se estabatrabajando en el K7), así que se adoptó una solución de "compromiso", la implementación de un nuevo juego de instrucciones, que se llamó 3DNow! y nació así el K6-2.

LAS INSTRUCCIONES 3DNow!

Las nuevas instrucciones que llevaba el K6-2, le permitían (teóricamente) superar las prestaciones de un Pentium II a la misma velocidad de reloj en canto a rendimiento en coma flotante se refiere. Lo que en realidad hacía el procesador es lo siguiente:

El juego de 21 instrucciones SIMD (Single Instruction Multiple Data) permite realizar 4 operaciones de cálculo de coma flotante por ciclo de reloj (ya sea suma resta o multiplicación). Esto permite al procesador enviar datos más rápido a la aceleradora gráfica con lo que ya no se produce espera por parte de esta. El incremento de rendimiento fue increible: de 0.3 GFlops se pasó a un pico de 1'2 GFlops (tomando como referencia los 300 MHz). Para demostrar que eso era cierto en la realidad y no sólo en el papel, AMD optimizó la aceleradora Voodoo2 para el juego Quake2 y demostró a todos el potencial de su nueva tecnología.

Sin embargo no es hasta estos días que este nuevo juego de instrucciones está obteniendo el apoyo de los programadores (y aún así no es mucho), con lo que AMD necesitaba aumentar el rendiminto de su procesador de otro modo. Así que utilzaron la más vieja técnica para lograrlo: el uso de memoria caché.

LA MEMORIA CACHÉ

No es objeto de este artículo explicar que es y como funciona la memoria caché, así que solo daremos una pequeña introducción.

La memoria cahé es una memoria pequeña pero muy rápida (y cara), que se utiliza de enlace entre el procesador y la memoria principal. Esto se hace así porque el procesador accede muchas veces repetidas a los mismos datos, con lo que si estos datos estan en la caché, le cuesta mucho menos tiempo incrementando el rendimiento global del sistema. (Ya dedicaremos un artículo a la memoria caché).

Pues bien, los ingenieros de AMD colocaron 256 KB de memoria caché dentro del procesador. Hasta el momento, la única memoria caché de segundo nivel disponible para la plataforma Super7 debía estar situada en la placa base, por lo que debía funcionar a la misma velocidad del bus del sistema (esto es 66 o 100 MHz). Esta velocidad hoy en día es bastante baja, los procesadores van entre 3 y 5 veces más rápidos, con lo que esa memoria caché es demasiado lenta. La solución de AMD coloca esos 256 KB dentro del procesador, además, funcionando a la velocidad de este (una muy alta velocidad). Este es un truco parecido al de los procesadores de Intel Celeron Mendocino/Pentium 2. El primero tiene 128 KB de caché (la mitad que el K6-III) funcionando a la velocidad del procesador, el Pentium 2 tiene 512 KB de caché pero funcionando a la mitad de la velocidad del procesador. Podríamos decir que el K6-III está en un término medio, aunque por su diseño aprovecha mucho mejor esa caché que los micros de Intel (estos dependen mucho más de la velocidad del bus, no tanto de la caché).

¿PORQUÉ AUMENTA TANTO EL RENDIMIENTO?

Esta es la razón por la que merece la pena comprar un K6-III frente a sus competidores (aparte del precio). Para entender esto primero debemos saber como funciona el K6-X. Lo que hace este procesador (y cualquier otro) es decodificar las instrucciones que le llegan y posteriormente ejecutarlas. En el caso del K6 el proceso es:

• Se envia la instruccion al decodificador
• El decodificador transforma la instrucción x86 en una(o más) instrucción(es) Risc86 (las internas del procesador).
• Se envía la instrucción Risc86 a la unidad de ejecución adecuada (la de enteros, la de coma flotante)
• Primera fase de ejecución.
• Segunda fase de ejecución.
• Salida

El diagrama de un Pentium 2/Celeron y familia es bastante similar.

Visto esto, podemos observar que el rendimiento está caracterizado por la rapidez con que se ejecuten las fases más críticas: La fase de decodificación (primero la decodificación de la instrucción x86 y después la de la RISC86), y la fase de envío y ejecución de la instrucción).

Ahora vemos la tabla comparativa:

Esto significa que el P2 decodifica más rápido las instrucciones, pero es más lento ejecutandolas que el K6. El K6, sin embargo, está normalmente esperando a las instrucciones para ejecutarlas.

¿Como influye la caché en todo esto? Muy fácil, si las instrucciones a decodificar están accesibles en un menor tiempo (en la caché), disminuye el cueyo de botella del procesador, con lo que obtenemos una mayor velocidad global.

Por supuesto también ganaremos velocidad al poder mantener los datos en la caché y acceder a estos más rápidamente. Esta es la principal ventaja del nuevo procesador de AMD. Normalmente el buffer de ejecución en el K6 está esperando instrucciones, por lo que si los decodificadores tienen que acceder a la memoria principal del sistema, el procesador entero se encuentra en espera. La memoria caché de segundo nivel se encarga de alimentar convenientemente a los decodificadores para que el procesador no esté parado.

LA SORPRESA PARA AMD

Parece ser que ni ellos mismos se esperaban estos resultados tan espectaculares. La caché L2 parecía que iba a anular los beneficios de la caché en placa L3. Sin embargo, las 2 caché se complementan en lugar de anularse, cachean zonas de memoria distintas, por lo que la caché L2 no se limita a replicar una zona de la L3. Esto es debido a que utilizan sistemas de caché distintos (Mapeado directo y Asociativa por conjuntos, ya lo explicaremos en el artículo sobre caché). Así que, aunque en un principio el tamaño de caché en placa no era importante, ahora lo es hasta el punto de que es uno de los argumentos de AMD en favor de su nuevo procesador. Si vais a actualizar la placa, que tenga 1 o 2 Mb. de caché, el rendimiento regular del sistema aumentará bastante.