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Il progetto Hammer si fonda su 3 basi molto solide: AMD64 Tecnology, HyperTransport Tecnology e controller della memoria DDR integrato nel processore.

AMD64 Tecnology è il nome che la casa di Sunnyvale ha voluto dare al bagaglio tecnologico che permette ad Athlon64 di supportare in modalità nativa, e quindi senza alcuna emulazione hardware, il codice a 64 bit.

A tal proposito possiamo dire che non è il primo processore al mondo che permette il supporto di una tecnologia così importante per il futuro, ma è l’unico, a tal proposito, che permette un tale balzo in avanti per un particolare settore desktop. Se dovessimo spostarci nel mondo server, scopriremmo che già Intel supporta i 64 bit con Itanium, processore dalle indubbie capacità elaborative, che però è costretto all’emulazione hardware ogniqualvolta si trova di fronte a codice a 32 bit con conseguente e marcato decremento delle prestazioni.
Con la presentazione di Opteron nellÂ’Aprile di questo anno, anche AMD ha portato i 64 bit in questo settore.
Intanto la stessa casa si è dovuta accontentare del secondo posto nel settore desktop in quanto Apple è riuscita a presentare, sul finire di Giugno 2003, il PowerMac G5, il sistema desktop basato sul veloce processore di IBM a 2 Ghz con bus a 1 Ghz. Questo processore, come Athlon 64, supporta pienamente i 64 bit e conserva la compatibilità nativa con i presenti 32 bit. Ma AMD, nonostante il ritardo nella presentazione di Athlon64 sul finire di Settembre, conserva un primato: Athlon64 è il primo processore desktop al mondo a 64 bit ad essere compatibile con le attuali versioni di Windows e con quella pienamente compatibile con i 64 bit. WindowsXP 64 bit Edition è già una realtà, anche se ancora in versione beta. La base è pronta ed è stata distribuita agli sviluppatori per continuarne il miglioramento. Dalle ultime informazioni, sembra che verrà alla luce nell’Aprile del 2004, ritardo dovuto al fatto che Microsoft ha dovuto convergere parte delle proprie risorse sullo sviluppo del SP2 per WindowsXP. Una volta arrivato il sistema operativo, però, bisognerà attendere che tutte le case sviluppino (o abbiano già realizzato) driver e applicativi ricompilati per i 64bit.

Come già abbiamo anticipato, l’importanza di Athlon64 sta nella sua capacità di riconoscere in maniera nativa, tanto il codice a 32 bit quanto quello a 64 bit. Come il passaggio dai 16 bit ai 32 ha rappresentato una tappa fondamentale per l’informatica in passato, così quello che ci apprestiamo a vivere. Athlon64 ha l’intento, come annunciato da AMD, di rendere la transazione del tutto indolore, tanto nell’investimento (non è necessario cambiare piattaforma) quanto nelle prestazioni. I vantaggi proposti dai 64 bit sono diversi:

1. Allargamento del quantitativo di memoria indirizzabile
La massima quantità di Ram utilizzabile su un sistema corrente è di 2 elevato a 32, cioè di 4Gb. Con i 64 bit, tale quantitativo subirà un deciso passo in avanti per via dell’esponenzialità della legge matematica: 2 elevato a 64 = 18 milioni di Tb. La memoria limitata dei 32 bit potrebbe apparire più che sufficiente ai molti se si considera il quantitativo installato nel proprio sistema, ma bisogna tenere in considerazione 2 elementi: tale quantitativo risulta del tutto insufficiente per coloro che si trovano ogni giorno a che fare con enormi quantitativi di dati come database web, finanziari, scientifici o per coloro che utilizzano la propria macchina per il settore grafico professionale. Avere a che fare con immagini dall’elevatissima risoluzione o con applicativi 3D di modellazione e rendering che generano animazioni dall’elevata complessità, rende necessario un quantitativo di memoria superiore ai 4Gb. Inoltre un più alto quantitativo di Ram permetterebbe di non limitare le proprie possibilità di multi-tasking e di lavorare contemporaneamente su un maggior numero di applicazioni più o meno complesse.

2. Possibilità di gestione contemporanea di un maggior numero di dati
I 64 bit aprirebbero la strada a sistemi aziendali ad elevatissime capacità: Customer Relationship Management, Supply Chain Management, Enterprise Resource Planning trovano oggi dei limiti nella possibilità di gestione dati in aziende dislocate su tutto il territorio mondiale. In realtà professionali dove la comunicazione e la velocità di trasmissione dati sono fondamentali per l’abbattimento dell’incertezza della domanda e per la risposta rapida alle esigenze della clientela, sono necessari sistemi di gestione dell’intera catena del valore (Supply Chain) che permettano ad un’impresa di poter ottimizzare, da monte a valle, tutta la catena di attori in cui è inserita. Parimenti per quel che riguarda un’azienda gestita a fabbisogno che intende mettere in pratica tutte le direttive del Just in Time (JIT) per velocizzare la risposta sul mercato in una realtà volta al contenimento dei costi.

3. Possibilità di codifica/decodifica in tempo reale di un contenuto protetto

4. Incremento della precisione di calcolo
A tal proposito vale lo stesso discorso fatto per il sottore video. LÂ’incremento di precisione a virgola mobile imposto dalle specifiche delle DirectX9 ha permesso ai moderni acceleratori grafici di raggiungere un livello di accuratezza mai visto sinÂ’ora. Parimenti un processore che supporta codice a 64 bit potrebbe permettere di raggiungere nuovi traguardi in settori come la simulazione, la statistica, la finanza, la fisica, la ricerca medica, ecc..

5. Allargamento delle capacità multimediali in ambito video-audio, real-time streaming, CAD, CAM, CAE

6. Accelerazioni sensibili in settori ad alta potenza di calcolo come quello gaming

In pratica, AMD64 nasce con queste caratteristiche fisiche:
- indirizzi fisici a 40bit e virtuali a 48bit
- 8 nuovi registri GPR (General Purpose Register) per interi (rispetto a quelli già presenti nella generazione passata K7) a 64 bit (per un totale di 16 registri)
- 8 nuovi registri di tipo XMM per istruzioni SSE/SSE2 (rispetto a quelli già presenti nella generazione passata K7) a 128 bit (per un totale di 16 registri)

Rispetto alla precedente generazione, si è quindi pensato all’allargamento dei registri da 32 a 64 bit e all’introduzione di nuovi che permettono al processore non solo il supporto del codice a 64 bit, ma anche delle istruzioni multimediali SSE2, aspetto molto importante per una CPU moderna in applicativi come il rendering 3D.
Le figure seguenti chiarificano quali sono stati i miglioramenti rispetto alla 7a generazione:

Il supporto che Hammer permette dei 64 bit è per certi versi molto semplice. Alla classica architettura x86 (denominata Legacy Mode), è stato aggiunta la modalità Long Mode per i 64 bit. Tale modalità è abilitata mediante l’attivazione di un bit chiamato LMA (Long Mode Active). Quando questo è disabilitato, il processore opera come una comune CPU x86 compatibile con l’attuale codice a 16/32 bit, tanto per il sistema operativo quanto per le singole applicazioni. Quando LMA è attivo (LMA=1), tutte le estensioni a 64 bit sono attive e il processore si adegua in maniera flessibile all’ambiente in cui viene fatto operare. Infatti, in questo caso, sono 2 gli stati di funzionamento della CPU: 64 bit Mode e Compatibility Mode. Ci troviamo nel primo caso quando il processore opera in un ambiente “completamente" a 64 bit: il sistema operativo e le applicazioni sono scritte in codice a 64 bit; si cade nel secondo caso quando il solo sistema operativo è scritto a 64 bit mentre vengono lanciate applicazioni a 32 bit.

Le 2 modalità del Long Mode si attivano tramite 2 flag nel descrittore del segmento di codice. Il primo flag è il bit denominato D, che controlla la misura degli operandi. Il secondo è il bit L, il 53° bit mai utilizzato, è un descrittore CS usato per determinare se l’applicazione lanciata ha codice a 64 bit o se verrà eseguita in modalità compatibile.
Quindi quando CS.L=1 e CS.D=0, il processore sfrutta completamente i 64bit ponendo la dimensione predefinita degli operandi a 32 bit e quella degli indirizzi a 64 bit. Usando poi i prefissi, la dimensione degli operandi può passare a 16,32 o 64 bit. Quando, invece, CS.L=0, il processore viaggia in modalità compatibile; è il sistema operativo che “spegne" il bit L nel descrittore del segmento di codice e permette l’esecuzione del programma in modalità 16/32 bit. Tutte le modalità sono riassunte nella seguente tabella:

Quelli appena esaminati sono solo le fondamenta della nuova tecnologia Hammer che vede diverse migliorie nellÂ’architettura:

- La pipeline risulta leggermente allungata rispetto alla precedente generazione: a 12 stadi per le operazioni sugli interi (contro i 10 di AthlonXP) e a 17 stadi per quelle in virgola mobile (invece che 15). Questo permette ad AMD di riservarsi un più facile incremento nelle frequenze raggiungibili dalla nuova architettura, senza però creare un impianto molto poco efficiente che possa perdere diversi cicli di clock in caso di errori di branch prediction.

- La stessa unità di Branch Prediction è stata migliorata aumentandone la precisione di ben 4 volte al fine di anticipare le istruzioni chiamate: le entrate nel Global History Counter sono passate da 4K a 16K.

- Buffer per gli interi resi più profondi: 3x8 invece che 3x6

- Migliorati i buffer TLB (Translation Lookaside Buffer) al fine di gestire meglio la memoria nei carichi di lavoro più complessi: le relative entrate sono passate da 24 a 40 nella cache L1 e da 256 a 512 in quella L2, ed è stato aggiunto un filtro di condivisione di processi multipli sui TLB.

- La cache L1 non ha subito modifiche rispetto alla precedente generazione: associativa a 2 vie e da 128kb sempre suddivisa in 64kb per dati e 64kb per le istruzioni.

- La cache L2 (sempre associativa a 16 vie) ha subito un deciso passo in avanti: è stata previsto un quantitativo predefinito di 1Mb anche se il recente Athlon64 3000+ ne presenta 512Kb.