Очевидное-вероятное или «Звезда и Смерть Атлона Торобреда»

Эта статья была прислана на наш второй конкурс.

1. О бедном атлоне замолвите слово.

Компьютерный рынок состоит из двух частей – рынок готовых компьютеров и рынок комплектующих для самостоятельной сборки или модернизации компьютеров. Сегодня ситуация в первой доле рынке такова, что Атлоны покупают только из-за низких цен. Многие покупатели до сих пор знают только одну марку процессора – Pentium – и сильно удивляются, услышав о существовании компьютеров "не пентиум". Продавцы, которым по долгу службы приходится знать про Athlon и Duron, по неким малообъективным причинам предпочитают продукцию Intel, категорически рекомендуя покупателям Celeron и Pentium4. Естественно, ни о каком серьёзном уровне продаж продукции AMD речь в таком случае идти не может.

В энтузиастском секторе тоже есть проблемы. Даже если человек желает, оценив возможности и цену, купить себе Athlon, его попытаются десять раз отговорить "начитанные" друзья и нерадивые продавцы, запугивая возможностью расколоть кристалл во время сборки, обещая страшный нагрев и, как следствие, неожиданный выход компьютера из строя от перегрева, в сопровождении уймы других ужасов. Если энтузиаст непреклонен, то его практически заставят купить турбореактивный кулер типа Volcano 6CU+, который будет в дальнейшем омрачать радость покупки и может таки заставить человека переметнуться в стан атлононенавистников.

Вот такая безрадостная ситуация сложилась у AMD на нашем рынке и ей необходимо принимать серьёзные меры по её улучшению. Потому что никто не купит Athlon, если его цена примерно равна цене Pentium4 аналогичного рейтинга. Не так давно AMD выпустила Athlon XP 2800+ и 3000+, основанные на ядре Barton. Данное ядро является давно ожидаемым наследником архитектуры Palomino и, по-моему, будет постепенно вытеснять из "производительного" сектора рынка ядро Thoroughbred. Так, модель Athlon XP 2800+, массовый выпуск которой на ядре Thoroughbred AMD наладить не сумела, теперь будет выпускаться на ядре Barton. И всё бы хорошо, но на старшие модели установили настолько высокие цены, что их выпуск пока является лишь маркетинговым ходом, призванным прекратить падение курса акций AMD, но не способным приносить реальную прибыль.

2. Дела минувших дней.

Появление Athlon XP вернуло к жизни практиковавшуюся некоторое время назад манеру маркировать процессоры рейтингом производительности вместо реальной частоты. К слову, официальная расшифровка суффикса XP звучит как eXtra Performance, что означает "дополнительная производительность". Так вот, рейтинг в новых Athlon с ядром Palomino, по заявлениям AMD, вычислялся относительно предыдущего ядра – Thunderbird – однако всем было ясно, что AMD пришлось идти на такие непопулярные меры из-за необходимости соблюдать паритет в "длине удавов" с Intel Pentium4.

В самом деле, самым значительным изменением в новом ядре стала поддержка инструкций SSE, а в задачах, не использующих эти инструкции, старый и новый Атлоны оказывались равны. Тем не менее, Palomino с частотой 1400 МГц маркировался как 1600+, т.е. нас уверяли в том, что он на 14% быстрее Thunderbird аналогичной частоты. Конечно же, это было не так, но "продвинутая" часть покупателей при выборе процессора ориентировалась не по маркировке, а по результатам тестов, в то время как остальные покупатели – по соотношению "попугаи/цена". Как первый, так и второй критерии в сравнении с Pentium4 на ядре Willamette были на высоте, поэтому никто не был в обиде и рынок быстро привык к тому, что частота Athlon XP не совпадает с маркировкой.

Однако когда Intel освоила выпуск Pentium4 с ядром Northwood, за счет более тонкого техпроцесса производства получивший в два раза больше кэш-памяти второго уровня, а за счет медных соединений (которые AMD использовала уже немалое время) ещё и 50%-ную прибавку в максимальной частоте, дела AMD пошли наперекос. Вовремя перейти на техпроцесс 0,13 микрон она не смогла, в связи с чем начала стремительно терять авторитет в глазах покупателей. Когда же Intel перевела свои процессоры на частоту шины 133 МГц, также давно практикуемую AMD, Атлоны растеряли все свои преимущества кроме самого главного – цены. Это был буквально последний гвоздь в крышку гроба Palomino.

Надо заметить, что в подобной ситуации AMD уже случалось бывать во времена первых моделей Athlon, которые оказались не у дел после выпуска Pentium III Coppermine с интегрированным полноскоростным кэшем L2. Тогда AMD, затянув пояса, ждала завершения внедрения техпроцесса 0,18 микрон, который позволил ей вздохнуть полной грудью и отвоевать приличную долю рынка. История повторилась, за одним исключением: AMD допустила серьёзную ошибку при проектировании ядра процессора, не позволявшую новому Thoroughbred заметно превысить максимальные частоты Palomino (хотя всё относительно, и ревизия A способна достигать частот выше 2ГГц). Повторное проектирование, естественно, заняло немалое время, в течение которого AMD всё также стремительно сдавала позиции. Но, в конце концов, свет увидела ревизия B ядра Thoroughbred и дела вроде бы пошли на лад.

А между тем Intel также не сидела сложа руки и совершенствовала процессы производства, в результате чего Pentium4 достиг частоты 3 ГГц. Но коварной Intel и этого показалось мало, и в старшей модели Pentium4 3.06 она выпустила давно дремавшего джинна – технологию Hyper Threading, позволяющую повысить КПД процессора за счет исполнения команд "за двоих". Тем не менее, в активе AMD по-прежнему оставалась меньшая себестоимость процессоров, обусловленная меньшей площадью кристалла ядра, а частоты второй ревизии Thoroughbred могли достигать 2.2 ГГц. Произведя давно напрашивавшийся переход на частоту системной шины 166 МГц, AMD анонсировала Атлоны с рейтингами 2700 и даже 2800. Но последний, в связи с крайне низким процентом выхода годных к работе на столь высокой частоте кристаллов, так и не смог появиться в широкой продаже.

Последним шансом AMD потягаться с Pentium4 оставался выпуск ядра Barton, также имевшего вдвое больший кэш второго уровня, что и было проделано. Так появились Athlon XP 2500+, 2800+ и 3000+ и формально это восстановило паритет с Intel. Однако Intel придерживает в рукаве ещё один козырь – системную шину 800MHz Quad Pumped, которая позволит ещё поднять производительность Pentium4. Разумеется, AMD может сделать то же самое, но с уверенностью говорить об этом пока рановато. Частоту FSB 200 МГц на данный момент поддерживает только один серийно выпускаемый чипсет – nForce2 – да и то полуофициально.

Как я уже упомянул, Barton должен сменить Thoroughbred в старших моделях, а для младших готовят замену в лице Thornton. Таким образом, Торобреду Славному, восстановившему реноме AMD и давшему людям, не обременённым излишними деньгами, возможность приобрести больше производительности за меньшие деньги, предстоит уйти на покой. Однако это дело явно не завтрашнего дня и пока "торик" (как его окрестили в народе) жив и способен повоевать.

3. А причем тут оверклокинг?

Если у вас уже возник такой вопрос, спешу успокоить: лирическая часть закончилась, наступила пора практики. А именно, разгона Athlon XP для изучения его ближайших перспектив. Итак, приобретённый мною Athlon AXDA1700DU подвергся пусть не экстремальному, но весьма интенсивному разгону, после чего, собственно, и родилась эта статья. Попутного я раскрою некоторые технические детали, "всплывшие" по ходу процесса.

Как обычно выясняют разгонный потенциал процессора? Монтируют на процессор самый мощный из доступных кулер, задирают до неприличия напряжение на ядре и начинают штурмовать высоты частот. Однако этот способ как минимум не оптимален, он небезопасен для процессора (дружно вспоминаем нашумевший недавно NSDS – Northwood Sudden Death Syndrome :-) и имеет сомнительную ценность в теоретическом плане. Узнать на что способен ваш процессор можно и другим способом, который я разрабатывал и проверял на протяжении нескольких лет, но впервые выношу на публику.

Частота процессора всегда ограничивается неким потолком, определяемым технологией производства, качеством конкретного кристалла, температурой и, наконец, напряжением питания ядра. Более того, максимальная частота есть функция от напряжения питания, иногда линейная, но чаще степенная. Взгляните на график, полученный с вышеупомянутого Athlon XP 1700+:

Хорошо видно, что на частоте несколько ниже 2000 МГц имеется перелом графика, т.е. после частоты 2 ГГц эффект от повышения напряжения уменьшается. Максимальная рабочая частота моего экземпляра процессора составила 2100 МГц, после чего увеличение напряжения в разумных пределах так и не позволяло загрузить Windows. Собственно, это и есть тот потолок, выше которого данный экземпляр не будет работать ни под каким соусом (криогенные установки не входят в сферу моей компетенции :-). Вот точные цифры результатов разгона (он производился на материнской плате EPoX 8RDA, для удобства коэффициент умножения был понижен до 10, при заданном напряжении регистрировалась максимальная частота, на которой процессор позволял загрузить Windows 98 и заниматься нересурсоёмкими задачами):

Обратите внимание, что запись результатов ведётся от максимальной частоты в сторону уменьшения. Я намеренно изменял частоту и напряжение от максимума к минимуму, чтобы сильнее прогреть кристалл и получить более жизненные цифры. Реальная частота процессора определялась с помощью CPU-Z Фрэнка Делаттры, а напряжение контролировалось при помощи Speedfan Альфредо Компаретти. Опустить напряжение ниже 1.4В материнская плата не позволяла, но, воспользовавшись заложенными в Excel возможностями аппроксимации, мы сможем рассмотреть картину и в инфракрасном, и в ультрафиолетовом диапазоне :)

Обратите внимание, что при достижении напряжения в 2В рост частоты прекращается, так что поднимать напряжение выше 1.9В никакого резону нет. Увеличение напряжения приводит к значительному росту тепловыделения процессора и об этом следует помнить всегда. Если вы применяете обычное воздушное охлаждение, то рост тепловыделения будет приводить к увеличению температуры процессора, что, в свою очередь, приведёт к возрастанию внутреннего сопротивления и, как следствие, к увеличению падения напряжения на элементах схемы. Другими словами, увеличение напряжения провоцирует дальнейшее его увеличение и получается замкнутый круг, разорвать который можно только применением специальных систем охлаждения. Потому увлекаться повышением напряжения не следует, тем более, что для определения потенциала вашего процессора достаточно сделать несколько замеров в щадящих условиях и построить график. Быстро прикинуть, какой из нескольких экземпляров процессора более разгоняемый, можно даже не разгоняя процессор, а всего лишь уменьшая напряжение при неизменной частоте!

Что касается, старших моделей Athlon XP, работающих на частотах выше 2ГГц при стандартном напряжении 1.65В, то их отбирают из тех же кристаллов именно по способности работать на бОльших частотах и график для них будет абсолютно такой же, за исключением значений по оси ординат. Разница в частотах, казалось бы, одних и тех же кристаллов объясняется чистотой полупроводника и микродефектами в структуре кристалла. Чем "чище" получился кристалл, тем на большей частоте он сможет работать при заданном напряжении. Разумеется, увеличение напряжения позволит им показать более высокие результаты, чем младшим, оставшимся после "отсева", кристаллам.

Теперь взгляните ещё раз на приведённый график. Даже такой, отнюдь не выдающийся экземпляр (официальный предел частоты Thoroughbred составляет 2250 МГц) может работать на своей родной частоте 1467 МГц уже при напряжении 1,25В! Разумеется, для достижения стабильности под нагрузкой это напряжение придётся немного увеличить (так, на частоте 2 ГГц стабильность была достигнута при напряжении 1.73В), но и в этом случае процессор при дефолтном напряжении легко преодолевает планку 1800 МГц, что соответствует рейтингу 2200+! Так зачем AMD выпускает модели с меньшим рейтингом? Ответ на этот вопрос вы найдёте чуть ниже.

4. Откуда берётся рейтинг?

Прежде чем перейти к заключениям о перспективах Athlon XP, хочу рассказать вам о системе определения их рейтинга. Когда-то Intel добавила в процессоры команду идентификации CPUID. В первых процессорах (i486DX4, Pentium) эта функция сообщала только коды модели (Family, Model, Stepping) и имя производителя (GenuineIntel). Позже список функций разрастался, включая в себя информацию о кэш-памяти и TLB, а также расширенные функции, специфичные для каждого производителя. Одна из этих функций позволяет спросить у процессора его имя (а не коды, как раньше), в которое, в том числе, входит и модельный номер. Однако, если Pentium4 возвращает имя, "вшитое" в него на заводе (например Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 1.80GHz), то результат, возвращаемый Athlon XP, вычисляется в зависимости от текущей частоты работы процессора.

Когда-то я стал счастливым обладателем нового в то время Athlon XP 1500+ и, разумеется, не мог удержаться от соблазна его подразогнать. И был немало удивлён, увидев, что вышеупомянутая строка идентификации меняется в зависимости от частоты работы процессора. Ещё сильнее меня поразило превращение моего Athlon XP в MP (на первых моделях Athlon XP возможность работы в двухпроцессорных платах была не заблокирована, а материнские платы EPoX умеют это определять). И до недавних пор я был твёрдо убеждён, что процессор сам узнаёт свой режим работы и представляется в зависимости от ситуации. Первые сомнения закрались в мою голову лишь при подготовке этой статьи, когда я увидел вот такие "чудеса":

Читать эту таблицу следует так: начиная с частоты 1270 МГц процессор идентифицирует себя как AMD Athlon(tm) XP 1500+ и продолжает возвращать это имя вплоть до частоты 1380 МГц, когда имя сменяется на AMD Athlon(tm) XP 1600+. На частотах ниже 1270, а также с 1630 до 1690 и с 1840 до 1940 процессор отказался назвать свой рейтинг. Нагляднее всю неординарность вычисления рейтинга вы можете увидеть на следующей диаграмме зависимости рейтинга от частоты:

К сожалению, увидеть надпись AthlonXP 2700+ мне так и не удалось – вплоть до частоты 2160 МГц держалось AthlonXP 2600+, а выше мой экземпляр запускаться отказался. Кстати, выставить необходимый для старших моделей Athlon множитель выше 12.5 мне также не удалось. Может ли быть так, что процессоры 2700+ и 2800+ не совсем идентичны младшим собратьям?

Итак, мы видим поразительнейшее брожение интервалов частот, самыми широкими из которых являются диапазоны рейтинга 2400+, 1500+ и 2600+, а самым узким – 2000+. Подозрения в том, что "что-то тут не так", заставило меня пуститься в поиск. И я обнаружил упоминания о том, что строка идентификации изменяется при разгоне не у всех! Дальнейшее было делом техники: я просто проверил, как поведёт себя аналогичный процессор в другой материнской плате. До рейтинга 1900+ включительно поведение было абсолютно идентичным и я чуть было не прекратил эксперимент. Однако на частоте 1640МГц, где мой процессор "терял" рейтинг, тот назвался 2000+! Значит, всё-таки рейтинг зависит от платы, а не от процессора.

Ещё более убедительным доказательством стал "программный" разгон при помощи Gigabyte Easy Tune. Рейтинг оставался таким, каким его установили при загрузке. Таким образом, имя процессора для функции CPUID программируется BIOS материнских плат на стадии инициализации. Делается это через специальные регистры состояния (MSR). Номера этих регистров мне выяснить не удалось – информация закрыта под соглашение о нераспространении (NDA). Конечно, их можно узнать покопавшись дизассемблером в коде BIOS, но это титанический труд, который пока никто не решился проделать.

5. Модельный ряд и цены.

Нестрогие зависимости рейтинга от частоты позволяют AMD подгонять его под различные частоты шины и коэффициенты умножения, что хорошо видно на примере такой модели 2600+, выпущенной как для шины 266, так и 333 МГц. Вот таблица частот и рейтингов Athlon XP с ядром Thoroughbred:

Серым цветом в таблице выделены гипотетические модели. Очевидно, раз уж частота 2250 является труднодостижимой при штатном напряжении, достичь частоты 2267МГц Athlon не сможет, зато младшие варианты с частотой шины 166МГц заслуживают самого серьёзного внимания. В частности, модель 2200+ с частотой 1833 МГц была бы хорошим конкурентом Pentium4 2.26 и, полагаю, вполне может увидеть свет.

Так что же нужно сделать AMD для успеха на рынке, а чего делать как раз не желательно? Основным козырем AMD была и останется цена, однако порой она перегибает палку, то отдавая процессоры практически задаром и теряя возможную прибыль, то выставляя цены, превышающие таковые на Pentium4 и не получая прибыли вовсе. Поэтому, в первую очередь, ей необходимо скорректировать цены на свою продукцию. Так, Pentium4 с частотой 1.80ГГц стоит сегодня около 150 долларов, а Athlon аналогичной частоты (2200+) всего 106, значительно превосходя конкурента по производительности. Обратный пример – Athlon XP 2800+

Недавно произошло обоюдное снижение цен на процессоры, после которого мы можем напрямую сравнить цены на Pentium4 и Athlon XP.

Как видите, Intel ускоренными темпами сворачивает производство младших моделей Pentium4, в то время как AMD продолжает продавать младшие модели по бросовым ценам! И это притом, что выход кристаллов, годных хотя бы для рейтинга 2000+ огромен!!! Это вторая ошибка AMD на сегодняшний день. По-хорошему, AMD надо сделать младшей моделью Athlon XP 2000+, установив на него цену около $100, тогда как сегодняшняя цена на эту модель составляет менее 85 долларов. Если свести в одну таблицу все данные о ценах (розничные цены в основном брались из прайса Ф-Центра), то увидим следующее:

Теперь ясно видно, что цены на Barton 2800+ и 3000+ (пока писалась эта статья, модель 2600+ упала в цене до приемлемого уровня) необходимо снизить хотя бы на 10%, иначе они не будут продаваться совсем. Я конечно понимаю, что выход кристаллов на частоте больше 2ГГц невелик, но он есть и такие процессоры надо продавать. А когда цены на них сопоставимы с Pentium4, по упоминавшимся выше причинам покупатель предпочтёт именно Pentium4. Как гласит народная мудрость, лучше синица в руке... На процессор с рейтингом 2400 AMD установила очень правильную цену, а вот ниже начинается тот самый непорядок: модель 2200+ могла бы прекрасно продаваться по цене порядка $130, однако она стоит всего $106. И причина, по которой AMD так занижает цены – Celeron.

Low-end процессоры Intel, имеющие всего 128КБ кэш-памяти, продаются сегодня совсем неплохо и помогает им в этом исключительно магическое воздействие марки Intel. Athlon XP 2000+, разумеется, легко разделывается с Celeron 2.00GHz в большинстве упражнений, однако, дабы не упустить возможных клиентов, AMD продолжает выпускать младшие модели Athlon XP, устанавливая на них цены соответственно с ценами на Celeron:

Так что низкие цены на младшие Athlon XP имеют под собой довольно веские основания. Учитывая этот факт, я вижу перспективы линейки процессоров AMD следующим образом:

Перевод старшего Barton на шину 200МГц позволит ему "добрать" недостающую до Pentium4 3.06 производительность за счёт более быстрой памяти и немного большей частоты (2200МГц против 2167 при частоте FSB 166 МГц). Снижение цен на 10% для всех моделей старше 2600+ повысит их привлекательность в глазах покупателя, а модель 2200+ с частотой шины 166 МГц будет востребована рынком и может приносить реальную прибыль, в отличие от младших Athlon XP, которые AMD приходится продавать практически по себестоимости.

Вот, собственно, и всё, что я хотел довести до Вас этим длинным и запутанным повествованием :).

Эта статья была прислана на наш второй конкурс.