Phenom II

Apesar do potencial, o Phenom acabou sendo limitado pela arquitetura de 65 nanômetros, que limitou a frequência de clock dos processadores. O pico evolutivo acabou sendo o Phenom X4 9950, que operava a 2.6 GHz, mas possuía um TDP de nada menos do 140 watts na versão original (que a AMD conseguiu reduzir para 125 watts nas subsequentes), o que é basicamente o limite do que se pode refrigerar usando um cooler a ar.

A solução veio com a migração para a técnica de 45 nanômetros, que, além de reduzir custos, abriu espaço para a adição de 6 MB de cache L3 e um conjunto de outras pequenas melhorias. A latência de acesso do L3 foi reduzida em 2 ciclos, a introdução de um algoritmo mais eficiente de data prefetch, o dobro de banda para operações de checagem de coerência entre o conteúdo dos caches L1 e L2 (em relação ao L3) e o uso de 48 linhas de associação para o L3. Chegamos então ao Phenom II:

Apesar de parecerem boas no papel, estas são melhorias incrementais, que não possuem um grande impacto sobre o desempenho. As duas grandes melhorias foram mesmo o aumento no tamanho do L3 e a possibilidade de atingir frequências de operação mais altas, especialmente entre os processadores da série Black Edition, composta pelos chips mais “saudáveis”, separados durante o processo de binning dos processadores.

O Phenom II é de 4 a 12% mais rápido que um Phenom do mesmo clock e, com um pouco de sorte, é possível conseguir de 3.5 a 3.6 GHz com estabilidade em um Phenom II (aumentando a tensão em 0.1 ou 0.15V), o que é quase 1 GHz acima do teto do Phenom, que fica entre 2.6 e 2.7 GHz (em ambos os casos com refrigeração a ar).

É possível fazer overclocks maiores usando um water cooler ou nitrogênio, mas a aplicação nesse caso é muito mais restrita, já que além do custo inicial, a durabilidade do processador em overclocks extremos acaba sendo muito baixa. É o caso de quem precisa manter o overclock por meia hora para rodar uma suíte de benchmarks e vencer algum concurso (como o www.oc-arena.com), mas não tanto para quem pretende realmente usar o PC no dia a dia.

Estas duas imagens divulgadas pela AMD ilustram bem as diferenças físicas entre o Phenom e o Phenom II. Na imagem da esquerda temos o Phenom original, com o quadrado superior indicando a área ocupada por um dos núcleos e os dois “L” inferiores indicando a área ocupada pelo cache L3 compartilhado:

Na ilustração da direita temos um Phenom II, com seus 6 MB de cache L3, que ocupam agora quase metade da área do processador, que é composto por nada menos do que 758 milhões de transistores (contra 463 milhões do Phenom original). Apesar disso, o chip ficou um pouco menor, ocupando uma área de 258 mm², quase 13% menor que os 285 mm² do Phenom original. Comparando as duas, você pode ver por que os fabricantes investem tanto dinheiro em novas técnicas de produção: elas permitem fazer mais com menos.

Mesmo com as melhorias no cache, a AMD não foi capaz de conseguir atingir a paridade de desempenho por clock com o Core 2 Quad, que, embora por uma margem muito menor, continuou sendo um pouco mais rápido clock por clock na maioria das aplicações. Entretanto, a AMD continuou oferecendo os processadores a um preço mais baixo, com os modelos do Phenom II X4 custando muitas vezes mais barato do que o Core 2 Quad com frequências 300 ou 400 MHz inferiores, o que equilibrou a balança.

Com medo de que versões mais rápidas do Core 2 Quad canibalizassem as vendas do i7, a Intel limitou as frequências de lançamento dos processadores. Enquanto a AMD lançou rapidamente modelos de até 3.4 GHz do Phenom II, a Intel ficou estacionada nos 3.0 GHz do Core 2 Extreme QX6850, dando espaço para a AMD. Naturalmente, os Core i7 eram capazes de oferecer um desempenho superior, mas a combinação do processador, placa e memórias DDR3 acabava saindo caro, fazendo com que eles se situassem em outra faixa de preço.

Outro fator que ajudou foi o grande volume de tweaks incluídos no AMD Overdrive. Além das funções normais de ajuste de clocks e tensões, um recurso digno de nota é o Smart Profiles. Ele é uma espécie de versão via software do Turbo Mode do Core i7, que permite reduzir o clock de dois ou três dos núcleos (reduzindo a dissipação térmica do processador) e assim aumentar sua margem de overclock do núcleo ativo, resultando em um pequeno ganho adicional em jogos e aplicativos single-thread. Ao usá-lo, o software bipassa o agendador do Windows, fazendo com que o thread rode apenas no núcleo reservado:

Embora seja de uso limitado (atendendo apenas a quem usa o Windows XP/Vista/7 e uma placa-mãe com chipset AMD), essas opções acabaram reforçando a imagem da AMD entre o público entusiasta, ajudando a aumentar as vendas.

Com a migração para as memórias DDR3 à caminho, a AMD se apressou em incluir um controlador DDR3 no Phenom II, criando uma série de processadores híbridos, que podem ser usados tanto em placas AM2+ (com memórias DDR2) quanto em placas AM3 (DDR3), permitindo que você escolha entre usar uma ou outra plataforma de acordo com o que for mais vantajoso na hora da compra. Assim como fez no passado, a AMD usou a compatibilidade com as plataformas antigas como um diferencial, oferecendo uma opção de upgrade para os donos de placas antigas.

Apesar disso, é importante enfatizar que nem todas as placas AM2+ são compatíveis com os novos Phenom II, pois é necessário uma camada de suporte por parte do BIOS. Na maioria dos casos, um simples upgrade de BIOS resolve o problema, mas como bem sabemos, nem todos os fabricantes os disponibilizam regularmente. Outra questão que deve ser levada em conta é o consumo dos processadores, já que muitas placas antigas não são capazes de fornecer os 140 watts exigidos por um X4 965 Black Edition, por exemplo.

Por outro lado, as placas AM3 quebram a compatibilidade com os processadores antigos, que não são capazes de trabalhar com memórias DDR3. O slot passou a ter dois pinos a menos (938 no AM3 contra os 940 do AM2+), o que cria um encaixe de mão única, onde os Phenom II AM3 podem ser encaixados em ambos os slots, mas os processadores antigos não encaixam nos slots AM3 devido aos dois pinos a mais:

Phenom AM2+ (à esquerda) e o Phenom II AM3: note a ausência de dois dos pinos

Outra pequena atualização implementada no AM3 é o aumento na frequência da ponte norte e do barramento HyperTransport, que foi aumentada de 1.8 para 2.0 GHz. Embora a frequência do HyperTransport não seja tão importante assim fora dos servidores, o aumento da frequência é aplicado também ao controlador de memória e ao cache L3 (un-core), resultando em um pequeno ganho incremental.

Embora a oportunidade de escolha seja sempre uma coisa bem vinda, a diferença de desempenho entre memórias DDR2 e DDR3 no Phenom II é pequena. Embora ofereçam mais banda, os módulos DDR3 trabalham com tempos de latência mais altos, o que faz com que só exista diferença prática caso a diferença de frequência seja muito grande. Ao comparar módulos DDR2-1066 CAS 5 com módulos DDR3-1333 CAS 7, por exemplo, a diferença é praticamente nula, já que o ganho oferecido pela taxa de transferência é anulado pelo demorado acesso inicial.

Com isso, a escolha acaba recaindo mais sobre a diferença de preço entre as placas-mãe e os módulos de memória, seguindo o curso normal da evolução e substituição dos componentes. Você pode ver alguns benchmarks comparando o desempenho do Phenom II com memórias DDR2 e DDR3, comparado com o dos modelos antigos no:

http://www.tomshardware.com/reviews/socket-am3-phenom,2148-6.html
http://www.anandtech.com/showdoc.aspx?i=3619&p=3
http://www.anandtech.com/showdoc.aspx?i=3512&p=4

Como uma medida de precaução, a AMD lançou as primeiras versões do Phenom II (o X4 920 e o X4 940BE) em versão AM2+, enquanto aguardava o lançamento das primeiras placas AM3. Estas duas versões foram predominantemente destinadas a integradores e desapareceram rapidamente do mercado com o lançamento das versões AM3.