突破传统，Bulldozer设计思路大不同

自从X86架构成型以来，Intel和AMD等厂商的CPU设计思路几乎是一成不变，为了获得更强的性能，采取的多是优化或者加入新指令集，加大L2缓存（cache）容量，引入L3缓存等方式，这些年除了HT与QPI直连总线算得上创新之外，CPU内核部分并没有太大改变。进入多核时代后，设计思路则转向多核心以及多线程两种方式。

CMP（Chip MultiProcessors）也就是增加核心数量，现在桌面级CPU拥有四核心乃至六核已不是什么新鲜事，而服务器领域也有十二核、十六核CPU出现。用CMP方式提升性能是显而易见的，但是它的缺点是成本要随核心数增加而不断提高，内核数量达到一定程度性能提升也不成比列。

SMT（Simultaneous Multithreading）也就是我们常说的超线程技术，它可以让一个CPU核心的多个线程共享资源并同步执行，硬件上几乎不需要增加成本。虽然服务器领域应用SMT多线程技术已有多年，但把SMT技术带入桌面领域还要归功于Intel，P4时代以HT（Hyper-Threading）身份登场，不幸遭遇P4的疲糜，之后的Core时代HT超线程技术销声匿迹，直到Nehalem架构上重新启用并一直延续到现在的SNB架构，只是现在的超线程技术与与P4时代的HT超线程在技术原理上早已不完全相同。

AMD的CPU并不支持SMT超线程技术，目前AMD在市场上实行的“田忌赛马”策略实质上就是用CMP技术对抗Inte的SMT技术，相近价位下用四核以及三核对抗Intel的双核，用六核对决Intel的高端四核。这种策略看似高明，但是二者在成本上差异明显，是苦是乐只有AMD自己知道了。

之所以扯这么多CMP和SMT的差别，就是因为AMD的Bulldozer架构的设计思路不同于当前的CMP以及SMT，而是走上了第三条路，既非硬件上增加CPU核心数，也不是软件上虚拟多线程。

Bulldozer不走寻常路

AMD在设计Bulldozer时考虑的是如何最大化提高多核心多线程的效能，传统的CMP与SMT各有自己的优点，同时也存在着局限性，SMT不如CMP效率高，而CMP代价（不单单是成本）比SMT高。为此Bulldozer一改传统CPU核心设计思路，设计了一个模块（Module），每个模块中又有两个独立又关联的内核，借此实现了一个模块同时运行两个线程的目的。

Bulldozer一改传统而采取模块化设计实现了SMT多线程

组成Bulldozer的一个功能单元的不再是传统的整数+浮点单元内核，AMD称之为一个模块（Module），每个模块中拥有两个整数单元（Integer Unit）和一个共享的弹性浮点单元（Flex Floating Point)，其中整数单元各自配备了一个调度器（Scheduler），因此可以同时执行两路线程，AMD称自己的多线程技术为CMT（Cluster Multithreading）。

理想情况下，需要计算的数据恰好全是整数型，那么经预读（Fetch）、译码（Decode）之后数据会分别经两个调度器分配至相应的整数单元进行计算，同一时间内可以有两个线程在运行，而且这两个线程都是实打实的硬件计算，效率远超HT超线程这样的软件模拟。之前有传言AMD在搞的是逆线程（anti-HT），可以将多个线程合并为一个线程，这个技术的存在与否并没有谁来证实，不过看看现在的Bulldozer架构，两个整数单元可以同时运算一个任务，从模块的角度看就相当于把两个线程合并为一个，与逆线程的思路有异曲同工之妙。

增加的一个整数单元只占用一个模块面积的12%，占整个核心的面积

据AMD称，目前CPU中超过80%的运算都是整数运算，增加一个整数单元的好处是显而易见的，用增加5%的核心面积的微小代价即可换来80%的整数性能提升。

最终设计出来的Bulldozer架构如何呢？

4模块8核心Bulldozer的架构图（来源：chip-architect）

这张图来自chip-architect.com，也是目前最为详细的揭露Bulldozer架构的一张图，结合AMD官方公布的一些消息可以确认图中的大部分信息还是很准确的。

上图中显示每MB L3缓存的面积为3.85mm²，对此结果笔者存疑，因为缓存通常都要占用很大面积，不过09年的时候AMD曾和T-RAM公司达成合作，未来的32nm工艺将会使用T-RAM作为缓存，如果Bulldozer上使用了技术先进的T-RAM缓存，那么缓存的占用面积会更小，上述缓存面积还有可信度。

Bulldozer每个模块的核心面积为18.0mm²（不含L2缓存），包含2MB L2缓存的情况下每个模块核心面积则为30.9mm²，集成2.13亿个晶体管。与之对比的是SNB架构每个核心的面积为18.4mm²，同时集成512KB L2缓存。那么由此估算下，Bulldozer的每个核心可以看作集成1MB L2缓存的同时面积约为15.5mm²，核心面积要小于SNB。AMD的Bulldozer在新工艺的支持下，同等级别下的核心面积已经接近Intel的水平（甚至更低），远高于K10时代的水准。

这里只考虑了CPU部分的核心面积，还要注意到SNB和Bulldozer都会集成了GPU核心，它们对核心面积的大小也有重要影响。SNB中GPU分为HD 2000和HD 3000系列，双核CPU的核心面积分别为131mm²和149mm²，不过Bulldozer目前集成的GPU消息不明，所以这个无从对比。