Первая серьезная победа собственной архитектуры AMD: Буревестник (Thunderbird)
реклама
Ссылка на Часть 1. Ссылка на Часть 2.
Это третья и заключительная часть статьи из серии Компьютер мечты 2000 года. Изначально я планировал в этой части сравнить Intel OR840 с двухпроцессорными платами на более дешевых чипсетах в двухпроцессорной конфигурации для Intel Coppermine, однако вторая часть статьи не совсем оправдала ожиданий, поэтому решено было немного поменять концепцию и сравнить Coppermine с прямым конкурентом в те времена – AMD Thunderbird (в простонародье Буревестник). В последнее время на сайте очень много фанатских высказываний как в поддержку AMD, так и в поддержку Intel. Предлагаю вернуться немного назад в XX век, когда только-только разгоралось соперничество между этими корпорациями и как вообще удалось выжить AMD, ведь практически все знают, что законодателем моды x86 архитектуры является Intel. Начнём (некоторая информация взята из открытых источников, кое-что является сугубо личным мнением автора и не претендует на истину).
реклама
AMD была основана 1 мая 1969 года Джерри Сандерсом вместе с семью его коллегами — выходцами из компании Fairchild Semiconductor. Стартовый капитал составлял 100000 долларов США. Компания начала свою деятельность как производитель логических интегральных микросхем.
Несмотря на малый уставной капитал, всего 100000$, для запуска компании AMD, зарегистрированной в Саннивейле (Калифорния), требовалась более внушительная сумма, порядка 1.5 миллионов долларов США, но если сейчас стоящие IT-стартапы быстро находят необходимые суммы, в те времена инвесторы к этой отрасли относились с большой опаской и для сбора необходимой суммы пришлось обойти далеко ни одного инвестора.
Любопытный факт заключается еще в том, что одним из первых инвесторов для AMD стал Роберт Нойс, который на тот момент уже был главой компании Intel. Основная же сумма инвестиций была собрана частными инвесторами компании Capital Group Companies.
реклама
Первым продуктом AMD стал 4-х битный регистровый чип Am9300, а в 1970 году компания выпустила первый чип полностью собственной разработки и представлял он собой двоичный/шестнадцатеричный логический счетчик Am2501 и благодаря уникальности решения и доступности он стал коммерчески успешен для компании.
Разработчиком архитектуры х86 и одноимённого набора команд являлась компания Intel. Название образовано от двух цифр, которыми заканчивались названия первого х86 16-битного микропроцессора Intel — 8086, выпущенного 8 июня 1978 года.
Мало кто знает, что появлению первого х86 совместимого процессора от AMD стоит благодарить компанию IBM — крупнейшего производителя компьютеров в мире в то время, заключившей соглашение вначале 80-ых годов XX века с Intel. Когда IBM начинала переговоры с Intel о заключении соглашения на производство чипов, компания рассматривала несколько различных процессоров для применения в будущих продуктах. Контракт сулил Intel огромный заказ на производство чипов для IBM-совместимых компьютеров, однако заказчик (IBM) беспокоился, что производственных мощностей одной Intel будет недостаточно для производства достаточного количества чипов, поэтому был предложен вариант передачи Intel лицензии на свою технологию другим чипмейкерам, для гарантий необходимого объём производства. В 1981 году компания Intel, не желая отдавать контракт с IBM конкурентам, согласилась на её условия.
реклама
В 1982 году, после заключения соглашения, AMD начала производство лицензированных копий (клонов) процессора Intel 8086.
На самом деле это не первый процессор от AMD, выпускаемы по лицензии Intel. В те времена Intel без проблем лицензировала выпуск копий процессоров, и по одной из таких лицензий AMD выпустила AM9080 – перепроектированную копию 8-разрядного микропроцессора Intel 8080. В целом говорить, что Am9080 является полным клоном процессора Intel 8080 некорректно, поскольку инженерам удалось при небольших модификациях значительно повысить производительность, но при этом реализовывать процессор дешевле конкурирующего решения.
Корпорация добра лицензировала выпуск «клонов» своих процессоров вплоть до чипов с 486-ой архитектурой. И AMD не отказывала себе в выпуске процессоров по лицензии Intel. В любом случае это было гораздо дешевле, чем разрабатывать архитектуру и платформу для собственных процессоров. Вместе с тем AMD выпускала копии процессоров, но со своими доработками и более производительные, чем решения от конкурентов. За период выпуска чипов по лицензии Intel четко прослеживалась тенденция, что хоть они и являлись лицензированными копиями решений от Intel, но однозначно превосходили конкурирующие решения по соотношению цена/производительность. К примеру микропроцессор Am286 имел максимальную частоту в 20MHz, в то время как аналогичный процессор от Intel 286 работал на максимальной частоте 12.5MHz.
реклама
Но не всё так было гладко в отношениях между AMD и Intel. В 1985 году Intel представила свой первый 32-разрядный процессор x86 386. Чуть позже AMD решила выпустить свою версию под названием AM386, но что-то пошло не так и планам AMD помешал судебный процесс, инициированный Intel. В Intel утверждали, что соглашение об обмене лицензиями разрешало AMD производить только копии процессора 286 и более старых архитектур, но в AMD были уверены, что условия соглашения дают возможность производства лицензированных копий процессоров 386 и будущих х86 решений. После нескольких лет судебных тяжб суд встал на сторону AMD и в 1991 компания смогла выпустить свой процессор AM386 (в это время Intel уже вовсю продавала 486 процессора).
Хоть AM386 и являлся лицензированной копией Intel 386 и вышел аж спустя 5 лет с момента выхода Intel 386, AMD удалось повысить его тактовую частоту до 40MHz, в то время как максимальная частота процессора Intel 386 не превышала 33MHz, точно также обойдя конкурента по частоте, как и с 286-ми процессорами. Данное решение вновь обеспечило AMD преимущество в производительности, а учитывая тот факт, что процессор использовал идентичную с Intel 386 платформу, у пользователей появилась возможность апгрейда своих устаревающих 386-ых систем.
В 1989 году Intel представила свой новый 486 процессор — 32-битный скалярный х86-совместимый процессор четвёртого поколения, построенный на гибридном CISC-RISC-ядре. Этот чип являлся усовершенствованной версией процессора 386. Впервые он был продемонстрирован на выставке Comdex Fall осенью 1989 года. Это был первый процессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU).
486-й процессор от AMD появился же аж в 1994 году, вновь с задержкой почти 5 лет с момента выхода Intel 486 и стал последней лицензированной копией процессора Intel (486). Что же там произошло? Да всё тоже самое, что и с 386-ой архитектурой. Корпорации добра порядком поднадоело, что конкуренты, особенно AMD, составляли серьезную конкуренцию процессорам Intel по соотношению цена/производительность, не смотря на то, что интеллектуальная собственность была в руках Intel. Лишь спустя более года после анонса Pentium на архитектуре P5, устав от юридических баталий по вопросу лицензирования 486 архитектуры, Intel сдалась и AMD с другими производителями смогли выпустить свои «копии» 80486 процессоров. Однако из-за юридических нюансов AMD производила модель 486 в двух разных версиях: одну с микрокодом Intel, а вторую с собственными микрокодами. Для моделей 486 AMD использовала стратегию, опробованную на процессорах AM286 и AM386, то есть она заметно повысила тактовую частоту по сравнению с решением Intеl. Самый быстрый чип Intel 486 DX4 достигал частоты 100MHz, а AMD разогнала свой AM486 DX4 до 120MHz. Но и на этом AMD не остановилась и в 1995 году выпустила свою версию процессора для 486-й платформы - AMD 5x86. Этот процессор использовал микроархитектуру процессоров AM486 и 80486, но тактовая частота была ещё выше. Розничные модели достигали 133MHz, а OEM-производители имели доступ к чипам с частотой 150MHz.
Точно также поступила компания VIA, выпустив свой 5x86 процессор Cyrix для платформы 486 с самой высокой производительностью на мегагерц среди всех 486 процессоров для socket 3 систем (за исключением Pentium Overdrive на архитектуре Р5). Имея самое производительное ядро на мегагерц, процессор от VIA все же уступал по частоте процессорам от AMD, что позволяло последним иметь в итоге чуть более высокую производительность. Появление производительных 5x86 процессоров для Socket 3 от AMD и VIA даже вынудили Intel выпустить пару Pentium Overdrive на архитектуре Р5 для данного сокета (PODP5V63 и PODP5V83) с частотами 63 и 83 MHz соответственно. Но если в операциях с плавающей запятой Pentium Overdrive был быстрее даже на существенно меньшей частоте, то в целочисленных операциях процессоры AMD и VIA не оставляли шансов конкуренту. Опять же благодаря AMD пользователи 486-ых машин получили возможность обновить свои устаревшие системы и получить производительность, сопоставимую с гораздо более дорогими системами на socket 4 с архитектурой Р5 (Pentium 60 и 66 MHz). Кроме того все экземпляры процессора Am5X86-133 спокойно разгонялись до 150 и даже 160 MHz. Также существуют экземпляры, способные работать даже на 200 MHz!! и это в рамках socket 3! К примеру для Pentium частота в 200MHz была максимальной только на socket 5 платформе. Даже Pentium Overdrive socket 4 ограничились частотами 120 и 133 MHz.
Поскольку обязательства Intel по лицензированию архитектуры процессоров завершились на 486 серии, производителям процессоров пришлось разрабатывать процессора с собственной архитектурой для открытой тогда еще платформы socket 5/socket 7. В 1996 году был представлен процессор AMD K5, основанный на собственной RISC-архитектуре и совместимый с инструкциями х86. Процессор выпускался в ранних вариантах по 500нм техпроцессу, а позднее по 350нм техпроцессу. У AMD K5 было две проблемы, которые не позволили стать достаточно популярными решениями. Первая заключалась в проблемах производства и процессоры не могли работать на запланированных частотах, а вторая проблема заключалась непосредственно в собственной архитектуре, поскольку софт уже в то время включал ряд ошибок, которые процессоры Intel могли игнорировать, пропуская такты, а AMD K5 возвращал действие с ошибкой.
В 1996 году AMD приобретает молодую компанию NexGen, которая успешно работала над разработкой микропроцессоров, и в 1997 году выпускает процессор AMD K6. Новый процессор тоже работал на RISC-архитектуре и производился в различных модификациях по техпроцессу начиная от 350нм до 180нм (для модификаций AMD K6-2+ и К6-III+ c L2 кэшем, работающем на частоте процессора). Процессоры AMD K6 составили уже куда более серьезную конкуренцию решениям от Intel, а чуть позже получили собственный набор инструкций 3DNow!.
3DNow! — дополнительное расширение инструкций MMX для процессоров AMD, начиная с AMD K6 3D. Причиной создания 3DNow! послужило стремление завоевать превосходство над процессорами Intel в области обработки мультимедийных данных и 3D приложений.
Технология 3DNow! ввела 21 новую команду процессора и возможность оперировать 32-битными вещественными типами в стандартных MMX-регистрах. Также были добавлены специальные инструкции, оптимизирующие переключение в режим MMX/3DNow! (femms, которая заменяла стандартную инструкцию emms) и работу с кэшем процессора. Таким образом технология 3DNow! расширяла возможности технологии MMX, не требуя введения новых режимов работы процессора и новых регистров.
7 мая 1997 года Intel представила свой новый процессор Pentium II с архитектурой Р6. Впервые данная архитектура была применена в процессорах для корпоративного и серверного сегмента рынка - Pentium Pro. Однако ядро Pentium II претерпело некоторые модификации, основными из которых являлись увеличенный с 16Kb до 32Kb кэш первого уровня, а также появление инструкций MMX. В системах, построенных на базе процессора Pentium II, повсеместное применение нашли память SDRAM и шина AGP. Pentium II получил новую платформу с разъемом Slot 1.
AMD при этом продолжала использовать последнюю открытую платформу от Intel – socket 7. Чуть позже вышел Super Socket 7, принесший в данную платформу поддержку AGP и 100MHz шину. При этом AMD понимала, что на Socket 7 далеко не уедешь и принялась разрабатывать собственную платформу и новую архитектуру К7.
Хоть в те времена и было модно копировать решения Intel, но в 1999 году AMD выпускает процессор на собственной архитектуре К7 с названием Athlon. В нем использовалась новая платформа собственной разработки. Архитектура К7 существенно повысила пропускную способность инструкций на такт. Однако AMD не стала заморачиваться и для своих первых Athlon использовала тот же slot, что использовала и Intel для своих Pentium II, Celeron и Pentium III. Платформа получила название Slot A. Физически слот был тем же, что использовался на Slot 1 материнских платах, просто был расположен перевернутым на 180 градусов, чтобы какой-нибудь умелец не смог вставить процессор от Intel. Если физически слоты были одинаковыми, то распиновка полностью отличалась.
Шина EV-6. Чтобы не нарушать всевозможные патенты Intel при разработке своей платформы AMD не могла использовать шину передачи данных Intel GTL+ (и слава богу). В процессорах К7 была применена шина Alpha EV-6. Что это за шина и откуда взялась?
Digital Equipment Corporation (DEC) — американская компьютерная компания, была основана в 1957 году Кеном Олсеном и Харланом Андерсоном. В конце 90-ых компания выпускала микропроцессоры класса RISC на архитектуре Alpha. Шину ввода/вывода EV-6 использовал процессор Alpha 21264. AMD просто лицензировала данную шину у компании DEC, как самую перспективную в то время. И так EV-6 — высокопроизводительная шина, работающая на частоте 100МГц на первых процессорах AMD Slot A, однако в отличие от Интеловской GTL+, передача данных по шине ведется на обоих фронтах сигнала. Потому фактическая частота передачи данных составляет 200МГц. Уже на момент лицензирования данной шины AMD, EV-6 демонстрировала работоспособность вплоть до частоты 166 (333) MHz с пропускной способностью до 2,7 Gb/s, что сулило достаточно неплохие перспективы. Вот тот самый процессор Alpha 21264.
В погоне за частотой в 1GHz в марте 2000 года AMD выпускает свой первый 1000MHz процессор, это произошло на несколько дней раньше, чем главный конкурент в лице Intel смог представить свой «гигагерцовик». Однако этот процессор был основан на ядре Orion в исполнении Slot A. Проблема процессоров на ядрах Argon, Pluto и Orion была в том, что данные процессора использовали в качестве L2 кэша внешние микросхемы памяти (как у Pentium II и Pentium III на ядре Katmai), самые быстрые из которых могли работать на частоте до 350MHz. У Pentium II и Pentium III Katmai было всё честно, микросхемы кэш памяти работали на 1/2 частоты процессорного ядра, однако если у моделей Athlon с частотой до 700MHz кэш работал тоже на 1/2 частоте процессора (до 350MHz), то у более быстрых моделей (750/800/850 MHz) делитель кэша составлял 2/5 и даже 1/3 для моделей 900/950 и 1000 MHz, т.е. 333 MHz у кэша для 1000 мегагерцового монстра – это даже меньше, чем у Athlon 700. При этом Pentium III 1000 на ядре Coppermine был с интегрированным в ядро кэшем L2, работающем на частоте процессора. Для равноценной конкуренции по производительности с Intel Coppermine у AMD не было особого выбора и в свет выходит ядро Thunderbird с интегрированным L2 кэшем, работающем на тактовой частоте процессорного ядра как и у Coppermine.
Помню, с каким интересом и удовольствием читал статью А. Трухачева на ixbt.com «Процессоры с частотой 1000 МГц», в выводах которой звучало следующее: И все же прольем бальзам на души поклонников Intel — в честной бескомпромиссной борьбе он одержал верх, причем основной причиной победы оказались именно SSE-расширения процессора, которые были встречены производителями программного обеспечения с большим энтузиазмом, нежели 3DNow! от AMD.
В том тестировании использовался Athlon Thunderbird 1000 MHz c частотой системной шины 100 (200) MHz, в паре с материнскими платами на VIA KT133 и AMD 750. Pentium III 1000 был представлен экземпляром с 133 шиной, ну и как говорится «осадочек то остался». Всегда было интересно, но что способно первое К7 ядро Thunderbird с интегрированным L2 кэшем как и у Coppermine, если его не сдерживать 100 (200) MHz шиной, дать ему максимально быстрый чипсет и по максимуму разогнать. Итак встречаем:
Всего было 2 ревизии (степпинга) ядра Thunderbird: А4 и А9. В моей коллекции процессор степпинга А9, что позволяет рассчитывать на неплохой разгон.
В соперники был выбран Pentium III 1000 Coppermine socket 370 степпинга cD0 с частотой системной шины 133MHz. Для избегания проблем с разгоном FSB и частотой шины AGP нужно было подобрать материнскую плату, позволяющую менять делитель частот FSB/PCI/AGP. В коллекции есть несколько классных плат для Socket 370: Abit ST6, ASUS TUSL2-C и т.д., однако ни одна из них не позволяет менять делитель частоты FSB к AGP/PCI. Но все же нашлась одна плата – Gigabyte GA-6OXT. Эта плата начального уровня для процессоров под socket 370, она не умеет ни повышать напряжение на процессор, ни напряжение на AGP, ни напряжение на SDRAM, но чудным образом имеет возможность изменения делителя FSB к AGP/PCI с коэффициентом более чем 1/2/4. В BIOS доступен параметр PCI/AGP Divider:
Без увеличения напряжения Pentium III 1000 смог разогнаться до частоты 1275MHz, впечатляющая цифра для ядра Coppermine с воздушным охлаждением и стоковым напряжением ядра процессора. При частоте системной шины 170MHz частота PCI/AGP при параметре PLL/16 составляла 31/62MHz, что немного ниже номинальных значений, но зато система работала стабильно и без проблем были получены результаты в 3D на Radeon 9800 Pro, чего не удалось получить на BX440 в прошлой части статьи. Оперативная память также была разогнана до 170MHz.
Дабы битва не была однобокой, было решено протестировать Pentium III-S на той же частоте системной шины 170MHz. Предел частот ядра Tualatin, пришедшего на смену Coppermine, является 1500-1600MHz на стоковом напряжении 1,45V. Для получения частот ~1600MHz множитель у процессора должен быть 9.5, что соответствует процессору с частотой 1266 MHz. Кроме всего у Tualatin объем кэша L2 увеличен в 2 раза относительно Coppemine, до 512 Kb. Было перепробовано около 10 экземпляров процессоров Pentium III-S 1266 MHz, и только одному покорилась частота системной шины в 170MHz без увеличения напряжения на ядро процессора:
Также для интереса было решено добавить в тестирование самый быстрый процессор на архитектуре К7 – AMD Athlon XP на ядре Barton, L2 кэш которого составляет те же 512Kb, что и у Tualatin. Многие помнят AMD Athlon XP 2500+, 80% представителей которого разгонялись до частоты системной шины 200 (400) MHz и итоговых 2200 MHz, тем самым получая аналог самого быстрого в линейке Athlon XP 3200+ . В коллекции есть много разных моделей процессоров на ядре Barton, в том числе и Athlon XP-M 2800+, способный работать с воздушным охлаждением на частоте 2600MHz, но почему-то захотелось взять первый попавшийся Barton (считай как лотерея при покупке в магазине). Им оказался Athlon XP 2600+ 17 недели 2004-ого года выпуска, т.е. с заблокированным множителем.
Тем не менее с небольшим увеличением напряжения процессор смог стабильно функционировать на частоте системной шины 200 (400) MHz и итоговой частоте 2300MHz. Вместе с тем Athlon Thunderbird 1000MHz FSB 266MHz смог разогнаться до частоты 1520MHz с воздушным охлаждением и напряжением 1.825V:
С целью изучения максимальной производительности ядра Thunderbird, данный процессор был протестирован в 4-х режимах: стоковые 1000MHz, разгон до 1520MHz на материнской плате Abit KT7A (VIA KT133A) множитель 11 частота системной шины 138 (276) MHz, а также на самом быстром чипсете для платформы socket A (462) Nvidia Nforce 2 Ultra 400 (материнская плата Abit NF7-S) с работой DDR 400 памяти в двухканальном режиме с частотами процессора 1000 и 1520MHz множитель 7.5 частота системной шины 202 (404) MHz . Все остальные конфигурации были протестированы в разгоне.
Тестовые конфигурации:
Платформа AMD:
Материнские платы: Abit KT7A, Abit NF7-S;
Процессоры: Athlon Thunderbird 1000MHz 266MHz FSB, Athlon XP Barton 2600+ @2300 MHz.
Память: SDRAM PC133, DDR 400 MHz.
Платформа Intel:
Материнская плата: Gigabyte GA-6OTX;
Процессоры: Pentium III 1000 Coppermine @ 1275 MHz, Pentium III 1266 Tualatin @ 1615 MHz.
Память: SDRAM PC133 @170MHz.
Видеокарта: ATI Radeon 9800 Pro 128 Mb.
Перейдём к результатам тестов (в те времена AMD имела зеленые цвета, кто не знает):
Everest 4.50
Практически во всех бенчмарках Everest 4.50 ядро Thunderbird показало существенное увеличение производительности при переходе от SDR к DDR памяти, а в CPU PhotoWorkxx просто феноменальный скачок, когда Thunderbird с DDR памятью даже на стоковой частоте в 1000MHz оказался быстрее разогнанного до 1520MHz процессора с SDR памятью. Если же рассматривать результаты PIII 1000, то производительность в среднем сопоставима с Athlon Thunderbird 1000 в конфигурации с DDR памятью.
Даже в нулевые Cinebench отдавал предпочтение процессорам от AMD, а вот предпочтения архиваторов разделились, если в WinRAR безоговорочная победа за Intel, то 7-Zip лучше отреагировал на продукцию от AMD и Thunderbird, разогнанный до 1520MHz в паре с DDR памятью, показал практически такой же результат как OR840 в двухпроцессорной связке Pentium III 1000 Coppermine как и в случае с результатами Cinebench 2003.
В данных тестах AMD Athlon Thunderbird DDR как в стоке, так и в разгоне без проблем разобрался с конкурентами не только в лице Coppermine, но и с разогнанным до 1615MHz Tualatin.
Если абстрагироваться от результатов Barton на 2300MHz, то в целом закономерность прослеживается. Thunderbird на частоте 1520MHz c DDR памятью оказался чуть быстрее Tualatin на частоте 1615MHz, Coppermine против Thunderbird c DDR как в стоке так и в разгоне ничего вразумительного показать не смог. Переход для Thunderbird с SDR к DDR демонстрирует существенный прирост в производительности.
Что в итоге? Архитектура К7 у AMD получилась классная. Во-первых "первый гигагерц" остался за AMD, а Intel, не смотря на удачную архитектуру P6, пришлось считаться с AMD. Уверен, что в Intel даже не предполагали, что вынудив конкурентов разрабатывать собственную архитектуру и платформу, можно отхватить такой подзатыльник. Во-вторых никто кроме AMD не смог выдержать конкурентную борьбу с Intel. Какое-то время VIA выпускала бюджетные процессора собственной разработки (VIA Nano), однако так и не выдержав конкуренции, была вынуждена создать с китайским правительством совместное предприятие Zhaoxin, по сей день выпускающее процессора, изготавливаемые на мощностях TSMC. Если еще для платформы socket 3 по лицензии Intel выпускались процессора такими компаниями как IBM, Texas Instruments, AMD, VIA, UMC и Chips and Technologies, то на сегодняшний день на рынке x86-64 совместимых процессоров осталось только 2 крупных игрока. Дела у них шли с переменным успехом. Сегодня технологическое преимущество на стороне AMD, посмотрим чем сможет ответить Intel. Ясно одно, благодаря здравой конкуренции сегодня у конечного потребителя есть выбор, а выбор - это однозначно хорошо. Всем добра!
реклама
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Комментарии Правила