AMD Jaguar, entendiendo al procesador detrás de la XBox One y la PS4

AMD es una empresa que siempre estuvo en segundo puesto detrás de Intel pero que más de una vez le disputó el título, claro, Intel siempre tuvo más cash como para superar cualquier instancia y AMD no precisamente. Pero ¡hey! no todo está perdido, y ser el fabricante elegido tanto por Microsoft como por Sony para alimentar su nueva generación de consolas de entretenimiento es un gran tema.

Es que detrás de la arquitectura Bobcat/Bulldozer de AMD hay una gran cantidad de retos superados y revisiones sobre el diseño que ubicaron a los procesadores de AMD en un segmento sin rivales, entre los Atom y los ARM y los Core superpoderosos, un nicho que no tiene un rival apreciable en el corto plazo y que justo se dio en el momento en que los dos grandes competidores de los videojuegos necesitaban un procesador de dichas características.

Pero ¿Qué tiene de nuevo el AMD Jaguar?

Para comenzar hay que entender un poco los cambios de paradigma tanto en Intel como AMD por la aparición de una gran cantidad de procesadores ARM dando vueltas en el mercado móvil. Ninguna de las dos tenía un procesador que pudiese competir en ese rango de potencia, por debajo de los 10 Watts, todo era poder bestial allá arriba con CPUs que llegaron a un TDP superior a los 130W.

Pero el mundo dictamina otra cosa y el que no se adapta se muere, así nació tanto el Atom como más tarde el Bobcat en AMD, cuyos productos Ontario, Zacate y luego la plataforma Brazos y Brazos 2.0 fueron llevando a un segmento bastante económico que, si bien estuvo por encima de Atom en potencia, nunca logró algo relevante a nivel comercial.

AMD hoy está mostrando al mundo los Kabini y Temash, los procesadores basados en el núcleo Jaguar que es una evolución necesaria al Bobcat y que comparte MUCHO de este diseño. No estamos hablando del high-end Bulldozer, Piledriver y toda esa camada, no, estos son los diseños más simples.

A algunos les sonará raro esto ¿Acaso Sony y Microsoft se decidieron por un procesador de segunda? bueno, un poco sí, pero tiene que ver mucho el consumo eléctrico, recordemos las primeras XBox360 y cómo se desoldaban los chips del exceso de calor provocando ese fatídico círculo rojo de malfuncionamiento en el botón de encendido que indicaba que tu consola había muerto.

Ni la PS4 ni la XBox One serán equipos muy poderosos, es más, el equipo desde donde escribo esta nota, un Phenom X4 II de 2.6GHz con una Radeon HD4830 es mucho más potente que estas nuevas consolas y tiene unos 4 años de antigüedad.

Pero allí yace la diferencia, los cores Jaguar estan fabricados a 28nm , el consumo es del orden de los 15W para el más potente y de 3W para los más limitados, estamos hablando de procesadores para tablets o equipos específicos, no para una notebook potente o una desktop o un servidor.

Jaguar comparte muchas cosas con Bobcat pero mejora muchas más, por ejemplo mejora el 2-wide Out-of-Order del Bobcat pero no se enima a ir a un 3-wide como lo está haciendo ARM en sus Cortex A15.

Esto tiene lógica porque no quieren aumentar el consumo, es más, casi todas las mejoras van por este lado como la adición de un loop de 4×32 bytes para la caché de instrucciones, allí encontraron un cuello de botella y en vez de ir y venir a la caché L1 por esas instrucciones optaron por esta solución, podrían haber elegido un trace-cache o un decoder allí pero la idea es no gastar más electricidad de la necesaria.

También se mejoró el prefetcher, decidieron ir por pequeños cambios en todos los lugares donde encontraron ya sea consumos excesivos o innecesarios o simplemente frenos a las instrucciones y donde podían acelerarlas, en vez de cambiar radicalmente agregando un ancho de entrada más a todo el núcleo como ARM.

Se agregó soporte para muchas más instrucciones, SSE4.1/4.2, AES, CLMUL, MOVBE, AVX, F16C, BMI1, además de direccionamiento físico de 40 bits para la memoria, el engine de enteros cambiaron el divisor a un 2-bits-per-cycle , el Bobcat usaba de 1 bit y tomaron “prestado” del Llano que ya lo había implementado.

Lo más importante fue modificar el ancho para punto flotante, era de 64 bits y si uno quería procesar palabras de 128bits debía hacer un split y pasar dos veces, lo pasaron a 128bits, esto aumenta un poco el tamaño y el consumo, pero evita tener que dar dos ciclos completos para la misma función. El Atom gracias al Hyperthreading ya tenía esto solucionado y era uno de los cuellos de botella por los que el Bobcat se quedaba atrás de Intel durante operaciones de punto flotante.

La L2 en los Jaguar es un tanto distinta ya que AMD definió paquetes donde los cores trabajan, cada paquete de dos o cuatro núcleos, con una L2 compartida de hasta 2Mb, asociativa, inclusiva aumentando un 5% el tamaño. Esto reduce notablemente la latencia entre los núcleos y por ende la comunicación rápida permite mejorar la performance notablemente cuando se usan varios hilos a la vez.

Se cambió la forma de diseñar cada núcleo para que esté más ordenado todo internamente, el Bobcat era un poco desprolijo, en el Jaguar, en cambio, buscaron mejorar esa falencia, cada núcleo Bobcat a 40nm medía 4.9mm², cada Jaguar a 28nm mide 3.1mm² aun con todos los agregados.

Pero el Jaguar es tan sólo el núcleo, el paquete viene en dos formatos, Kabini y Temash, el primero para notebooks de nivel medio y el segundo para tablets.

Los APU Kabini van de la línea E entre 9 y 15 Watts con dos núcleos y clocks de 1 a 1.65GHz a la línea A de cuatro núcleos entre 1.5 y 2GHz pero con la potencia de 15 a 25W. Todos incluyen el GPU obviamente como es en los diseños actuales de AMD.

Estos GPU incorporan DirectX 11.1, OpenGL 4.3, OpenGL ES 3.0, OpenCL 1.2, DirectCompute, C++ AMP, y tienen acceso directo a la memoria principal para evitar latencias además de todo el power gating para apagar circuitos si no se usan, cuentan con 128 cores y clocks de 300 a 600MHz.

Todos los Kabini cuentan con interfaz de memoria de 64 bits a DDR3-1600 salvo los más chicos con DDR3-1333 .

Por su parte los Temash, ya pensados para Tablets, tienen un TDP máximo de 9 Watts en su modelo más consumidor y 3.9W en el más liviano. Hay una rareza en los modelos, por ejemplo el A4-1250 cuenta con dos núcleos Jaguar a 1GHz solamente pero interfaz de memoria a 1333MHz, este consume un máximo de 9W, pero el modelo A6-1450, más complejo, con cuatro núcleos, cuenta con un TDP de 8W, variando la velocidad entre 1GHz y 1.4GHz pero con una interfaz de 1066Mhz DDR3.

Por su parte el A4-1200 apenas consume 3.9W a 1GHz con sus dos núcleos y será, en tal caso, el más usado en tablets baratas. El A6-1450 es el único que hace uso del “Turbo” para cuando puede usar menos núcleos a más velocidad para aprovechar el TDP , el resto está fijo.

No estamos hablando de procesadores muy buenos para tareas pesadas, los GPU son complementarios, no alcanzan para casi nada, según algunos benchmarks que estan dando vueltas por ahí el A6-1450 vendría a ser el doble de potente que el Clover Trail de Intel, pero claro, no podemos comparar eso con un procesador para equipos potentes.

Donde más difieren los Jaguar que se usarán en las consolas de videojuegos es en el GPU. Mientras Kabini y Temash estan pensados para equipos portátiles con menos de 25W de consumo en la consola se pueden ir un poco más arriba en lo más importante, primero usando ocho núcleos y luego un GPU de la misma clase pero con muchos más stream processors.

También se diferencian en el manejo de la memoria, AMD trabajó directamente con cada uno de sus dos grandes clientes y modificó este diseño para aproximarse a los deseos de cada uno, ahora bien, lo que sí comparten todos es el mismo core, el Jaguar.

La XBox One, por ejemplo, se presume que tendrá un GPU a la altura de una HD7790, recordemos que la resolución máxima es de 4K y los fps a 60, entonces hay margen para los GPUs más modernos de hoy en día, diría que bastante más margen del que se necesita.

Pero además de todo esto, no hay del lado de Intel un procesador en este segmento que pueda brindar el GPU incorporado en la calidad que ofrece AMD. Por su parte NVidia sólo podría dar el mejor ARM (Cortex A15) con sus GPUs en un packaging medio molesto ya que no es fácil meter un GPU potente en el mismo pack y proceso que los ARM.

Por el lado de Intel o les vendía un Core super poderoso y caro o un Atom de generación vieja, ninguno de los dos servían a los fabricantes de consolas.

Esta “suerte” puede transformarse en cash fresco para AMD y revivir en sus esfuerzos por recuperar un puesto importante a la hora de producir procesadores.

Más datos:

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