Athlon64 – A Bíblia

AMD64

Por FBW

A arquitetura x86 tem sido padrão dos PCs há mais de duas décadas, e nesseperíodo passou dos 16bits para o atual padrão de 32bits, também chamado de IA-32(

). Qualquer processador para PC, independentedo fabricante, segue esse padrão, assim como todos os softwares para PC. Como sucesso do PC, a arquitetura do conjunto de instruções x86, ou x86 ISA (

InstructionSet Architecture

) se tornou o padrão mais amplamente utilizado. Agora,estamos na transição do x86 para os 64bits, com o .

Em 2003, a oitava geração dos processadores AMD entre outras inovações, trouxeo conjunto de instruções 64bits desenvolvido pela AMD, o AMD64 ou AMD64 ISA(previamente chamado de

x86-64), que é totalmente compatível com aarquitetura x86 existente. A arquitetura AMD64 permite aos consumidores e empresasproteger seus investimentos, ao continuar usando todos seus softwares de 32bits até que decidam implementar um software novo de 64 bits.

O termo “ x86-64” é uma

marca registrada da AMD, e foi como a AMD denominou sua tecnologia 64bits no finaldos anos 90 até os primeiros anos da década de 2000, na fase dedesenvolvimento e divulgação de sua tecnologia 64bits. Em 2003,quando sua oitava geração de processadores finalmente foi lançada,a AMD substituiu o termo x86-64 por AMD64.

Antes de a AMD lançar em 2003 o Opteron e o Athlon 64, já haviam outros processadoresde 64bits que tinham surgido para superar limitações dos 32bits, como o endereçamentomáximo de 4GB de memória. Mas esses outros processadores usam conjunto de instruçõesincompatíveis com o amplamente utilizado padrão x86. Processadores 64bits comoo Itanium da HP/Intel, por exemplo, precisam que o mercado se adapte a sua novaarquitetura (IA-64), exigindo o desenvolvimento de sistemas operacionais e aplicativosespecíficos e incompatíveis com o padrão x86 32bits; e por terem arquiteturacompletamente diferente, exigem mais trabalho e mais custos no desenvolvimentodos softwares. Com esses outros processadores de 64bits, é até possível executarsoftwares x86 32bits, mas somente através de emulação com degradação de performance.

até o final da década , em 2004 a Intel também adotou essa tecnologia na linhaXeon, e no início de 2005 oficialmente na linha Pentium 4, chamando-a de EM64T,que também ficou conhecida como .Adoção desse conjunto de instruções pela Intel consolidou definitivamente onovo padrão.

A arquitetura AMD64 permite executar todos os softwares e sistemas operacionaisde 32bits, nativamente, sem emulação e sem restrições. Essa característica doAMD64 ISA preserva todos os imensos investimentos feitos na vasta infra-estruturax86 32bits existente. O AMD64 possibilita a adoção de uma só arquiteturapara ambientes de 32 e 64 bits. Permitindo uma transição totalmente graduale flexível. Além disso, o trabalho de reescrever os softwares para o padrãoAMD64 é menor do que em uma arquitetura incompatível com o padrão x86.

Todos os sistemas operacionais e aplicativos que você utiliza com os processadoresde 32 bits para PC (Athlon XP, Pentium 4 sem EM64T, etc.) você pode utilizarda mesma forma em um processador AMD64 sem restrições, com excelente desempenho.Não há perda de desempenho quando o processador opera em 32bits. Os processadoresAMD64 não são processadores de 64bits que simulam 32bits, nem o contrário. Sãoprocessadores de 64 bits

e

32bits, que funcionam em um modo ouem outro, dependendo se os aplicativos e sistemas operacionais forem de 32 ou64bits. Softwares 32bits apenas não “enxergam” e nãopodem utilizar os benefícios (registradores mais “largos”e em maior número) do modo de 64 bits do processador.

“Quais os benefícios dos 64Bits?”

Primeiro, vale ressaltar que você só verá diferença entre 32 e 64bits,quando em um sistema operacional 64bits (AMD64), forem utilizados aplicativosescritos para 64bits. O Windows XP 32 bits ou qualquer outro sistemaoperacional 32bits, e os aplicativos 32bits não utilizam nenhum benefíciodos “64bits”.

Quando em um sistema operacional AMD64, são utilizados aplicativos 64bits, os processadores AMD64 passam automaticamente a funcionar no modo de 64bits, que oferece os seguintes benefícios:

• Maior endereçamento de memória física e virtual:

No núcleo do processador existem pequenas e extremamente rápidas áreas de memória,chamadas de registradores, onde os dados são temporariamente armazenadosantes e após serem utilizados pelo processador. Os registradores estão numahierarquia acima do cache L1.

O termo “processador de 64bits” refere-se especificamente a um processadorcujos Registradores de Uso Geral ou GPRs( General Purpose Registers)têm capacidade de armazenar números de até 64bits (2 elevado à 64ª potência),ou seja, números 4,3 bilhões de vezes maiores que registradores de 32bits podemsuportar (2 elevado à 32ª potência).

Para armazenar ou recuperar dados na memória RAM, o processador precisa do”endereço” de cada área na memória. Esses “endereços” sãonúmeros inteiros armazenados nos GPRs, e representam cada byte da memória. Osprocessadores de 32bits podem endereçar até 4 GigaBytes de memória (2^32 = 4,3bilhões). Nas versões do Windows de 32bits, desses 4GB, apenas 2GB estão disponíveispara os aplicativos; os outros 2GB ficam reservados ao sistema operacional.Embora existam artifícios para se utilizar mais de 4GB em sistemas de 32bits,a maneira mais eficiente para superar essa limitação, são os sistemas de 64bits.

Quando os processadores AMD64 operam no modo de 64bits, os GPRs de 32bits sãoestendidos para 64bits, ou seja, passam a suportar números de até 64bits (2elevado à 64ª potência). Isso possibilita ao processador endereçar imensas quantidadesde memória física e virtual.

Os processadores AMD64 utilizam 40bits para endereçamento de memória físicae 48bits para o endereçamento de memória virtual, que possibilitam endereçaraté 1 TeraByte (1024 GigaBytes) de memória física, e mais 256 TeraBytes de memóriavirtual. Os sistemas operacionais AMD64 já suportam grandes quantidades de memória.A versão 64bits do Windows XP, por exemplo, suporta até 128GB de memória RAM,trinta e duas vezes mais que a versão de 32bits. E existem sistemas operacionaisAMD64 destinados a servidores, que suportam até centenas de GigaBytes de memóriafísica.

Muitos servidores e workstations já ultrapassaram, ou estão próximos dos limitesde memória dos sistemas de 32bits.

• Aumento do poder de processamento:

Além de estender os oito GPRs da arquitetura x86 para 64bits, a AMD adicionou oito novos registradores de uso geral (GPRs)de 64bits, totalizando 16;e mais oito novos registradores SDIM (

Single Instruction MultipleData

) que são utilizados para instruções SSE, SSE2 e SSE3 (SSE3 nos processadoresa partir da revisão E), que ficam disponíveis no modo de 64bits, como ilustraa figura abaixo:

Assim, no modo de 64bits os programadores tem à disposição quatro vezes maisespaço disponível nos GPRs, e dobro de registradores SDIM, em relação ao modode 32bits.

“Em PCs desktop e notebooks, que ainda não utilizam mais de 2GB de memória, qual seria a vantagem de se trabalhar em 64bits?”

Os GPRs de 64bits, além permitir endereçar imensas quantidades de memória,diminuem a necessidade de troca de dados entre a o cache e a memória RAM, oque ajuda a melhorar o desempenho; e também possibilitam operações com grandesnúmeros inteiros (maiores que 32bits) sem precisar dividi-los entre dois registradorescomo ocorrem no modo de 32bits, o que melhora o desempenho em diversas aplicações.

Os GPRs com quatro vezes mais espaço, disponíveis no modo de 64bits, permitemmanipular números inteiros muito maiores e de maneira mais eficiente, podendotrazer melhor desempenho à diversas aplicações que realizam intensasoperações matemáticas com números inteiros maiores que 32bits, como aplicativoscientíficos, produção de música, edição/codificação de vídeo, compressãode arquivos, jogos 3D, criptografia, CAD CAM CAE (projeto, manufatura e engenhariaauxiliados por computador), renderização 3D, estatística, análise financeira,entre outras. Além disso, o dobro do número de registradores disponíveis parainstruções SSE, SSE2, e SSE3 também pode auxiliar no melhor desempenho das aplicaçõesem 64bits.

Os GPRs estendidos para 64bits, os oito novos GPRs, e os oito registradores SDIM adicionais, podem proporcionar ganho de desempenho em diversas aplicações de 64bits, mesmo nos PCs desktop e os notebooks, onde atualmente ainda não se utiliza mais de 2GB de memória RAM. “Qual será o ganho de desempenho?”

Muitos aplicativos não se beneficiarão de uma nova versão em 64bits, e essesnão precisam ser reescritos. A flexibilidade da tecnologia AMD64 permite quea indústria de software reescreva para 64bits apenas os softwares que tiremproveito dessa tecnologia. E entre os aplicativos que se beneficiarão da migraçãopara 64bits, o ganho de desempenho pode variar bastante.

Alguns desenvolvedores de jogos afirmam que o desempenho extra no modo de 64bits,pode ser utilizado para incluir mais recursos visuais e melhores efeitos sonoros,mantendo a mesma média de quadros por segundo (ou FPS – )das versões de 32bits. Foi o que aconteceu na versão 64bits do jogo FarCry,lançada em maio de 2005.

Ainda há poucos softwares 64bits disponíveis para o segmentodesktop para serem avaliados. Só saberemos com maior precisãoqual será o ganho de cada aplicação em 64bits, quando saíremmais versões 64bits dos aplicativos e jogos atuais, o que deve acontecerde forma gradual a partir de 2006.

Alguns sites de hardware realizaram testes com sistemas operacionais (S.O.) AMD64, e com alguns dos poucos benchmarks 64bits disponíveis.

O website

PC Stats realizou um teste com o Athlon 64 3800+, utilizando 1GB de memóriaRAM, no Windows XP 32bits e no Windows XP x64 beta, e benchmarks de 64bits nostrês modos de operação do processador: Legado (S.O. 32bits e aplicativos 32bits),Modo de compatibilidade (S.O. 64bits e aplicativos 32bits), e no Modo de 64bits(S.O. 64bits e aplicativos 64bits) onde o registradores extras são utilizados.Alguns resultados:

É interessante observar o desempenho no teste de criptografia. As aplicações de criptografia se baseiam em intensas operações matemáticas, geralmente fatoração e multiplicação de grandes números inteiros. Nesse tipo de situação os GPRs de 64bits, que têm capacidade de armazenas números inteiros muito maiores, e o dobro do número de registradores podem proporcionar uma vantagem de desempenho bastante significativa.

O website Linux Hardware, também fez uma avaliação de desempenho no modo de 64bits, com o sistema operacional

Gentoo AMD64 e aplicativos 64bits, utilizando processadores Athlon 64 4000+, Athlon 64 FX-55, Pentium 4 660 e Pentium 4 Extreme Edition 3,73GHz com EM64T:

O website AnandTech publicou um comparativo de servidores com processadoresOpteron (modelos single e dual-core), Xeon com EM64T, e Pentium D (dual-core),que inclui avaliação de performance no

MySQL 64bits vs 32bits e

IBM B2B.Outro artigo interessante é o

do The Tech Report.

O site PlanetX64 publicou um

review com a versão 64bits do LightWave 3D , em Workstations dual, com processadoresOpteron 850 (single-core) e Opteron 875 (dual-core), infelizmente as versões32 e 64bits do LightWave 3D foram utilizadas em sistemas diferentes.