đồ án nhóm nền tảng hệ thống máy tính đề tài tìm hiểu vi xử lý amd

MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tàiAMD là một trong những nhà sản xuất vi xử lý hàng đầu thế giới, với các sản phẩm của họ được sử dụng rộng rãi trong cả máy tính cá nhân và máy chủ.AMD thường xuy

ĐẠI HỌC DUY TÂNTRƯỜNG KHOA HỌC MÁY TÍNH

KHOA KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG

Thành viên 1: Nguyễn Đoàn Thanh Tài - 3962Thành viên 2: Nguyễn Hoàng Lâm Tấn - 1929Thành viên 3: Phan Hữu Minh Thiện - 5280

Đà Nẵng, 11/2023

MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tài

AMD là một trong những nhà sản xuất vi xử lý hàng đầu thế giới, với các sản phẩm của họ được sử dụng rộng rãi trong cả máy tính cá nhân và máy chủ.

AMD thường xuyên cập nhật và nâng cấp công nghệ của họ, điều này có nghĩa là việc tìm hiểu về vi xử lý AMD sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về những tiến bộ công nghệ mới nhất.

Việc tìm hiểu về vi xử lý AMD có thể giúp chúng ta nắm bắt được kiến thức kỹ thuật sâu hơn về cách hoạt động của máy tính, từ đó giúp chúng ta có thể tận dụng tối đa hiệu suất của hệ thống của mình.

2.Mục tiêu của đề tài

Hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi xử lý AMD: Mục tiêu này nhằm mục đích nắm bắt kiến thức chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi xử lý AMD Điều này bao gồm việc tìm hiểu về cấu trúc cơ bản của vi xử lý, bao gồm các thành phần chính như bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ cache, và các phần khác Ngoài ra, cũng cần tìm hiểu về cách thức hoạt động của vi xử lý, bao gồm quá trình xử lý dữ liệu, cách thức điều phối và quản lý tác vụ, và cách thức tương tác với các thành phần khác của hệ thống máy tính.

Tìm hiểu về các dòng vi xử lý AMD phổ biến hiện nay: Mục tiêu này nhằm mục đích tìm hiểu về các dòng vi xử lý AMD phổ biến hiện nay Điều này bao gồm việc nghiên cứu về các dòng vi xử lý khác nhau của AMD, bao gồm các dòng Ryzen, Epyc, và Threadripper Mỗi dòng vi xử lý này có những đặc điểm và ứng dụng riêng, và việc tìm hiểu về chúng sẽ giúp hiểu rõ hơn về sự đa dạng và phạm vi của các sản phẩm AMD

So sánh vi xử lý AMD với dòng vi xử lý khác trên thị trường: Mục tiêu này nhằm mục đích so sánh vi xử lý AMD với các dòng vi xử lý khác trên thị trường, như Intel Điều này bao gồm việc so sánh về hiệu suất, giá cả, v.v Việc so sánh này sẽ giúp hiểu rõ hơn về ưu và nhược điểm của vi xử lý AMD so với các dòng vi xử lý khác

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ AMD 5

1.1 Giới thiệu về AMD 5

1.1.1 Lịch sử và phát triển 5

1.1.2 Vai trò của vi xử lý AMD 5

1.2Công nghệ nổi bật của vi xử lý AMD 6

1.3 Ưu và Nhược điểm của vi xử lý AMD 7

2.2 Quy tắc đặt tên vi xử lý AMD: 13

2.2.1 Tên thương hiệu 13

2.2.2 Dòng sản phẩm 13

2.2.3 Số thứ tự các thế hệ vi xử lý 13

2.2.5 Hậu tố 14

2.3 Cấu trúc vi xử lý AMD 14

2.3.1 Hệ thống giải mã (khối màu đỏ) 14

2.3.2 Hệ thống phân phối (khối màu xanh lam) 15

2.3.3 Hệ thống thực thi (khối màu vàng) 16

2.3.4 Hệ thống lưu trữ (khối màu tím) 16

2.3.5 Hệ thống điều khiển (khối màu xám) 17

2.4 Nguyên lý hoạt động của vi xử lý AMD 18

2.4.1 Tìm nạp (Fetch) 19

2.4.2 Giải mã (Decode) 19

2.4.3 Thực thi (Execute) 19

PHẦN 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG/SO SÁNH 19

3.1 Đánh giá hiệu năng 19

2 Hướng phát triển của đề tài 26

BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ AMD

1.1 Giới thiệu về AMD

AMD (Advanced Micro Devices) là một công ty sản xuất linh kiện bán dẫn có quy mô quốc tế, có trụ sở chính tại Santa Clara, California và Austin, Texas AMD chuyên phát triển các bộ xử lý máy tính và công nghệ liên quan, phục vụ cả thị trường tiêu dùng và doanh nghiệp AMD cung cấp nhiều sản phẩm chủ lực bao gồm bộ vi xử lý, chipset bo mạch chủ, bộ xử lý nhúng, đồ họa máy chủ, máy trạm, máy tính cá nhân và ứng dụng hệ thống nhúng.

AMD đứng ở vị trí thứ hai trong danh sách những nhà cung cấp lớn và là đối thủ đáng kể duy nhất của Intel trong thị trường bộ vi xử lý dựa trên x86.

1.1.1 Lịch sử và phát triển

Lịch sử phát triển vi xử lý AMD chia ra thành ba giai đoạn chính: Giai đoạn 1: 1979-1999

Trong giai đoạn này AMD chủ yếu tập trung vào việc phát triển các vi xử lý tương thích với kiến trúc x86 của intel Các sản phẩm chinh trong giai đoạn này gồm: Am9080 (1979), Am29000 (1982), K6 (1997) và Athlon (1999).

Giai đoạn 2: 2000-2016

Trong giai đoạn này, AMD mở rộng sự hiện diện của mình từ việc phát triển các vi xử lý x86 đến thị trường máy chủ Các sản phẩm nổi bật bao gồm Athlon XP (2001), Opteron (2003) - vi xử lý x86 64-bit đầu tiên, Phenom (2007) và Bulldozer (2011).

Giai đoạn 3: 2017-nay

Giai đoạn này đánh dấu sự hồi sinh của AMD với dòng vi xử lý Ryzen, đưa ra thị trường với công nghệ sản xuất tiên tiến Ryzen (2017) là dòng vi xử lý x86 64-bit đầu tiên, theo sau bởi các phiên bản nâng cấp như Ryzen 2 (2018), Ryzen 3 (2020), và Ryzen 4 (2022) - những bước tiến về kích thước quy trình sản xuất nhỏ hơn và hiệu suất tăng cao.

1.1.2 Vai trò của vi xử lý AMD

Vi xử lý AMD đóng một vai trò quan trọng trong máy tính, cung cấp hiệu suất và khả năng mở rộng cần thiết để chạy các ứng dụng và trò chơi hiện đại

Vai trò cụ thể của vi xử lý AMD trong máy tính bao gồm:

Thực hiện các phép tính số học và logic: Vi xử lý AMD thực hiện các phép tính số học cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia, v.v., cũng như các phép tính logic như so sánh, logic AND, logic OR, v.v Các phép tính này được sử dụng trong tất cả các ứng dụng máy tính, từ các tác vụ đơn giản như duyệt web đến các tác vụ phức tạp như chỉnh sửa video

Quản lý bộ nhớ: Vi xử lý AMD quản lý bộ nhớ máy tính, bao gồm việc cấp phát và giải phóng bộ nhớ cho các ứng dụng và chương trình khác nhau Vi xử lý cũng thực hiện các phép tính liên quan đến bộ nhớ, chẳng hạn như chuyển đổi địa chỉ bộ nhớ và truy cập dữ liệu từ bộ nhớ

Kiểm soát các thiết bị ngoại vi: Vi xử lý AMD kiểm soát các thiết bị ngoại vi của máy tính, chẳng hạn như bàn phím, chuột, màn hình, v.v Vi xử lý gửi các tín hiệu đến các thiết bị ngoại vi để điều khiển hoạt động của chúng

Thực thi các chương trình: Vi xử lý AMD thực thi các chương trình máy tính, bao gồm việc đọc mã chương trình và thực hiện các hướng dẫn Vi xử lý cũng quản lý các tài nguyên hệ thống khác, chẳng hạn như bộ xử lý đồ họa (GPU) và bộ xử lý tín hiệu số (DSP).

1.2 Công nghệ nổi bật của vi xử lý AMD

Công nghệ Zen: Công nghệ Zen là nền tảng kiến trúc vi xử lý mới nhất của AMD, được ra mắt lần đầu tiên vào năm 2017 Zen mang lại nhiều cải tiến về hiệu năng, tiết kiệm điện năng và khả năng mở rộng cho vi xử lý AMD Cụ thể, công nghệ Zen sử dụng các lõi xử lý nhỏ hơn, tiết kiệm điện năng hơn so với các thế hệ vi xử lý trước của AMD Đồng thời, Zen cũng sử dụng các kỹ thuật tối ưu hóa mới giúp tăng hiệu năng của vi xử lý Ví dụ, một vi xử lý 6 nhân với công nghệ Zen sẽ có thể thực thi 12 luồng xử lý cùng lúc Điều này giúp vi xử lý có thể xử lý nhiều tác vụ cùng lúc một cách hiệu quả hơn

Công nghệ SMT (Simultaneous Multi-Threading): Công nghệ SMT cho phép mỗi nhân vật lý có thể thực thi hai luồng xử lý cùng lúc, giúp tăng khả năng đa nhiệm của vi xử lý.

Công nghệ Precision Boost: cho phép vi xử lý tự động ép xung lên tốc độ cao nhất có thể, tùy thuộc vào nhiệt độ và mức tiêu thụ điện năng Precision Boost sử dụng các thuật toán học máy để theo dõi hiệu suất của vi xử lý và điều chỉnh tốc độ xung nhịp cho phù hợp Điều này giúp vi xử lý có thể đạt được hiệu năng tối đa mà không làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hoặc

mức tiêu thụ điện năng Ví dụ, một vi xử lý Ryzen 7 5800X với công nghệ Precision Boost có thể đạt tốc độ xung nhịp lên đến 4.7 GHz, cao hơn tốc độ xung nhịp cơ bản là 3.8 GHz Điều này giúp vi xử lý có thể xử lý các tác vụ đòi hỏi nhiều sức mạnh xử lý một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Công nghệ AMD SmartShift: cho phép vi xử lý tự động điều chỉnh phân bổ điện năng giữa CPU và GPU, giúp tối ưu hóa hiệu năng tổng thể của hệ thống AMD SmartShift sử dụng các thuật toán học máy để theo dõi hiệu suất của CPU và GPU và điều chỉnh phân bổ điện năng cho phù hợp Điều này giúp hệ thống có thể đạt được hiệu năng tối đa trong các tác vụ đa nhiệm Ví dụ, trong một hệ thống chơi game, AMD SmartShift sẽ phân bổ nhiều điện năng hơn cho GPU khi chơi các game đòi hỏi nhiều đồ họa Điều này giúp cải thiện hiệu suất đồ họa và mang lại trải nghiệm chơi game tốt hơn.

Ngoài ra còn các công nghệ khác như: AMD SeneseMI, AMD Ryzen Master.

1.3 Ưu và Nhược điểm của vi xử lý AMD1.3.1 Ưu điểm

Giá thành rẻ: một trong những điểm nổi bật nhất của vi xử lý AMD Trong cùng phân khúc, vi xử lý AMD thường có giá rẻ hơn so với vi xử lý của Intel Khiến dòng vi xử lý của AMD là một lựa chọn phù hợp cho những người có ngân sách hạn chế.

Hiệu năng đa luồng mạnh mẽ: vi xử lý AMD thường có hiệu năng đa luồng mạnh mẽ Điều này có nghĩa là chúng có thể xử lý nhiều tác vụ cùng lúc hiệu quả hơn Hiệu năng đa luồng mạnh mẽ của vi xử lý AMD là do AMD sử dụng kiến trúc chip hiện đại hơn, giúp tăng số nhân và số luồng của vi xử lý.

Khả năng xử lý đồ hoạ tốt: với card đồ hoạ tích hợp AMD Radeon Graphics mang lại cho vi xử lý AMD khả năng xử lý đồ hoạ đủ tốt cho các tác vụ làm việc hay chơi game.

Tiết kiệm điện năng: Vi xử lý AMD hiện đại được thiết kế để tiết kiệm điện năng hơn so với các thế hệ trước Điều này giúp giảm chi phí sử dụng điện và kéo dài tuổi thọ pin cho các thiết bị di động.

1.3.2 Nhược điểm

Hiệu năng đơn nhân thấp: hiệu suất của vi xử lý AMD tương đối thấp trong các ứng dụng đơn luồng Đối với các tác vụ đơn luồng, tốc độ xung

nhịp là yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu năng.

Ít nổi tiếng hơn Intel: AMD là một nhà sản xuất chip mới hơn so với Intel Do đó, vi xử lý AMD có thể kém nổi tiếng hơn so với vi xử lý Intel.

PHẦN 2: PHÂN TÍCH VI XỬ LÝ AMD

2.1 Phân biệt các dòng vi xử lý của AMD.

Dưới đây là các dòng vi xử lý AMD đang được sử dụng nhiều trên thị trường.

2.1.1 AMD FX.

Đây là

được xây dựng trên kiến trúc Piledriver và sử dụng socket AM3+ Dòng FX bao gồm các vi xử lý từ 4 đến 8 lõi, với tốc độ xung nhịp từ 3,8 GHz đến 5,0 GHz Hiệu năng mà chip AMD FX mang lại khá ổn định ở phân khúc giá rẻ Dòng AMD FX là một dòng vi xử lý mạnh mẽ, có thể đáp ứng tốt nhu cầu chơi game và làm việc chuyên nghiệp Tuy nhiên, dòng FX cũng gặp phải một số hạn chế, bao gồm hiệu năng đơn nhân thấp và tiêu thụ điện năng cao Hiện tại, dòng AMD FX đã bị AMD ngừng sản xuất AMD đã thay thế dòng FX bằng dòng Ryzen, sử dụng kiến trúc Zen và socket AM.

dòng vi xử lý phổ biến nhất trên thị trường Dòng AMD RYZEN được thiết kế dựa trên kiến trúc Zen và được sản xuất trên tiến trình từ 14nm đến 7nm Dòng sản phẩm này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các dòng vi xử lý khác, bao gồm:

+Số nhân và luồng cao: Dòng AMD RYZEN có thể có tới 16 lõi và 32 luồng, mang lại khả năng xử lý mạnh mẽ cho các tác vụ đa nhiệm.

+Hiệu năng vượt trội: Dòng AMD RYZEN được đánh giá có hiệu năng cao hơn so với các dòng vi xử lý Intel cùng phân khúc.

+Tiêu thụ điện năng thấp: Dòng AMD RYZEN có khả năng tiêu thụ điện năng thấp hơn so với các dòng vi xử lý Intel, giúp tiết kiệm chi phí điện năng.

Với mỗi nhu cầu sử dụng, AMD Ryzen lại mang đến các dòng sản phẩm khác nhau Hiệu năng của từng vi xử lý AMD Ryzen sẽ được tăng dần như sau: Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7, Ryzen 9.

Dòng AMD RYZEN đã và đang là một trong những dòng vi xử lý phổ biến nhất trên thị trường Dòng sản phẩm này mang lại hiệu năng vượt trội, tiêu thụ điện năng thấp và giá thành hợp lý, phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau.

Dòng AMD Threadripper là dòng bộ xử lý máy tính để bàn hiệu suất cao được sản xuất bởi AMD Chúng được thiết kế cho các hệ thống trạm làm việc và máy tính để bàn cấp chuyên nghiệp, nơi hiệu suất đa luồng là quan trọng

Dòng Threadripper được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2017, với thế hệ đầu tiên dựa trên kiến trúc Zen của AMD Thế hệ thứ hai, Threadripper 2, được phát hành vào năm 2018 và sử dụng kiến trúc Zen+ của AMD Thế hệ thứ ba, Threadripper 3, được phát hành vào năm 2019 và sử dụng kiến trúc Zen 2 của AMD Thế hệ thứ tư, Threadripper 5, được phát hành vào năm 2022 và sử dụng kiến trúc Zen 3 của AMD

Dòng Threadripper có sẵn với số lượng nhân và luồng khác nhau, từ 12 nhân và 24 luồng đến 64 nhân và 128 luồng Chúng cũng có sẵn với các tốc độ xung nhịp khác nhau, từ 3,6 GHz đến 4,5 GHz Dòng Threadripper được hỗ trợ bởi các bo mạch chủ Socket TRX40 Chúng cũng hỗ trợ bộ nhớ DDR4-3200 MHz và PCIe 4.0.

Dòng Threadripper được thiết kế cho các tác vụ đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán, chẳng hạn như: Render và dựng hình 3D, mô phỏng và mô hình hóa, biên dịch mã, trò chơi điện tử, khoa học dữ liệu

Dòng Threadripper là một lựa chọn tuyệt vời cho các chuyên gia trong các lĩnh vực này Chúng cung cấp hiệu suất đa luồng vượt trội, cho phép họ thực hiện các tác vụ phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả.

2.1.4.AMDAthlon.

Dòng vi xử lý AMD Athlon là dòng vi xử lý máy tính để bàn giá rẻ của AMD Chúng được thiết kế cho các tác vụ cơ bản như duyệt web, soạn thảo văn bản, xem video và chơi game nhẹ

Dòng Athlon được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1999 với kiến trúc K7 Kể từ đó, AMD đã phát hành nhiều thế hệ Athlon với các kiến trúc khác nhau, bao gồm K8, K10, Bulldozer, Piledriver, Steamroller, Excavator, Zen, Zen+, Zen 2, và Zen 3 Thế hệ Athlon mới nhất là Athlon 3000 series, được phát hành vào năm 2022 Athlon 3000 series được sản xuất trên tiến trình 7nm và sử dụng kiến trúc Zen 3

Các vi xử lý Athlon thường có số nhân và số luồng thấp hơn so với các vi xử lý Ryzen cao cấp hơn Điều đó đáp ứng được các nhu cầu xử lý công việc cơ bản và chơi game cấu hình nhẹ.

2.1.5 AMD Epyc.

Dòng AMD Epyc là dòng chip máy chủ 64-bit x86 của AMD, được phát triển dựa trên kiến trúc Zen Dòng chip này được ra mắt lần đầu tiên vào năm 2017, và hiện tại đã có 4 thế hệ, bao gồm:

+Thế hệ 1 (Naples): Ra mắt vào năm 2017, có từ 16 đến 64 nhân và

+Thế hệ 4 (Genoa): Ra mắt vào năm 2023, có từ 16 đến 96 nhân và 32 đến 384 luồng

Dòng chip AMD Epyc được thiết kế để cạnh tranh với dòng chip Xeon của Intel, và đã đạt được nhiều thành công trong thị trường máy chủ Dòng chip này được đánh giá cao về hiệu năng, hiệu quả năng lượng và khả năng mở rộng

Tính năng chính của dòng AMD Epyc Hiệu năng cao: Dòng chip AMD Epyc được trang bị nhiều nhân và luồng hơn so với dòng chip Xeon của Intel, giúp mang lại hiệu năng cao hơn cho các tác vụ đa luồng Hiệu quả năng lượng cao: Dòng chip AMD Epyc được thiết kế với hiệu suất năng lượng cao, giúp tiết kiệm chi phí vận hành cho các doanh nghiệp Khả năng mở rộng: Dòng chip AMD Epyc có thể hỗ trợ nhiều socket trên cùng một bo mạch chủ, giúp tăng khả năng mở rộng cho các hệ thống máy chủ.

2.2 Quy tắc đặt tên vi xử lý AMD:

2.2.1 Tên thương hiệu

Để đặt tên cho chip AMD, họ bắt đầu bằng tên của thương hiệu ở đầu tiên Đó là tên của dòng sản phẩm tổng thể của con chip đó được tạo ra.

Ví dụ: AMD FX, AMD Ryzen, AMD Threadripper, AMD Athlon và AMD Epyc.

2.2.2 Dòng sản phẩm

Trong mỗi dòng sản phẩm lớn thì chúng ta sẽ có những chip AMD nhỏ khác nhau bên trong đó Nó sẽ được thiết kế dựa trên những đối tượng người dùng mà hãng hướng tới.

Ví dụ: Vi xử lý AMD Ryzen gồm 4 dòng sản phẩm với hiệu năng từ thấp lên cao: Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7 và Ryzen 9.

2.2.3 Số thứ tự các thế hệ vi xử lý.

Hiện tại, chip AMD Ryzen được phân ra thành 5 đời khác nhau là: Ryzen 1000 Series, Ryzen 2000 Series, Ryzen 3000 Series, Ryzen 4000 Series, Ryzen 5000 Series Trong thời gian sắp tới, dự kiến là hãng sẽ tung ra thêm Ryzen 6000 Series hay là còn nhiều hơn thế nữa.

2.2.4 Sức mạnh vi xử lý.

Chữ số nằm ở phía sau của thế hệ vi xử lý biểu thị cho sức mạnh của vi xử lý AMD Những con số đó được quy định như bên dưới:

1, 2, 3: Vi xử lý được sản xuất cho công việc văn phòng đơn giản, nghe nhạc, xem phim, lướt web là chủ yếu.

4, 5, 6: Những con chip sở hữu sức mạnh khủng, thiết kế được hình ảnh, video và âm thanh, …

7, 8, 9: Được thiết kế riêng cho những người dùng chuyên nghiệp cần một thiết bị có hiệu năng mạnh mẽ.

2.2.5 Hậu tố

2.3 Cấu trúc vi xử lý AMD

AMD sử dụng nhiều kiến trúc khác nhau cho vi xử lý của mình nhưng kiến trúc nổi bật nhất là kiến trúc Zen Đây là tên mã cho một kiến trúc bộ xử lý máy tính của AMD và lần đầu tiên được sử dụng với loạt CPU Ryzen của họ vào tháng 2 năm 2017 Zen sử dụng một tiến trình FinFET 14 nm, được báo cáo là tiết kiệm năng lượng hơn, và có thể thực hiện nhiều hơn đáng kể số chỉ thị trên mỗi chu kỳ.