性能提升来自“内功”：皓龙6200架构解析

AMD皓龙6200处理器采用AMD两年前就已经预览过的新一代处理器架构Bulldozer(推土机)架构，AMD当初开发Bulldozer架构的初衷在于，经调查发现日常的IT应用主要集中于整数运算，而浮点运算相对较少。为了提高多线程处理的性能，AMD设想可不可以用2+1的方式来解决，即两个整数处理核心+1个浮点处理单元，以组成一个新架构的处理单元——Module(模块)。

由于这种2+1的核心设计，在Bulldozer的架构中，其核心(Core)的概念已经与传统认识有了较大的不同，单一的核心并不是一个具备完整功能的处理单位，所以AMD一直在用Bulldozer Module来表示Bulldozer处理器的处理单元，所以在后文的介绍中，对于Opteron 6200我们也将用模块和核心两个概念表述——在这里，核心是指组成模块中的整数处理单元，它们共享一个弹性浮点处理单元(Flex FP)。

在Bulldozer架构中，非常值得一提的是由两个整数处理核心共享的Flex FP处理单元与新增加的独家指令集。这一Flex FP由两个128bit FMAC(Fused Multiply–Add Capability，混合乘加)处理单元组成，之所以称为弹性(Flex)，是因为这两个单元可以各自独立，为每个整数核心提供独享的128bit浮点处理单元(此时可以认为是两个具备有整数运算+128bit浮点运算单元的处理核心，组成了Bulldozer Module)，也可以组合成一个256bit的浮点处理单元为一个模块提供服务，这其实给编程人员提供了很好的弹性，但也预示着对现有的应用需要进一步的优化。

简单来说，这种两个128bit单元弹性组合的方式，提供了有多种指令处理的模式，比如对于同时执行两个128bit的AVX指令，SandyBridge单一的256bit FP单元就不行了，而Flex FP则可以，同样的，这也适用于SSE指令。所以，AMD强调，除非是256bit的AVX指令环境，否则6200的单周期浮点处理能力是SandyBridge的两倍，显然灵活的可分拆也可组合的Flex FP功不可没。

而为了发挥Flex FP的强大的威力，AMD也专门开发了两套针对浮点运算的指令集FMA4与XOP，两者可以说都是为高性能计算所服务，但侧重点不太相同，FMA4更有针对性，比如向量和矩阵计算、多项式评估、数据信号处理等，而XOP则针对数学、多媒体应用等。目前，主流的编译器大多已经全部或部分支持AMD的新指令集，因此在发挥Bulldozer的浮点威力方面，还是很让人期待的。