Процессоры Intel Pentium 4 для Socket 478 (со штырьками) и LGA 775 (без штырьков)
Процессорные войны: Intel против AMD. Часть I — Как все начиналось (2000 – 2006 гг.)
Эта статья открывает серию статей о соперничестве двух процессорных гигантов Intel и AMD. В первой части вы узнаете о происхождении таких известных брендов, как Pentium, Athlon, Celeron, Sempron и других. Вы также найдете описание и сравнение серий процессоров на базе архитектур Intel NetBurst, AMD K7 и K8.
Оглавление
- Введение
- Как все начиналось
- Микроархитектура Intel NetBurst
- Микроархитектура AMD K7
- Микроархитектура AMD K8
- Заключение
Для многих из вас не секрет, что вычислительным центром любого компьютера является микропроцессор (Central Processing Unit или CPU), функции и возможности которого напрямую влияют на производительность компьютера. Так сложилось, что на протяжении многих лет, начиная с первых «персональных компьютеров», основными производителями процессоров для настольных компьютеров были две известные компании — Intel и AMD (Advanced Micro Devices).
Думаю, не будет ошибкой сказать, что даже самые неопытные пользователи знают о конфликте между этими процессорными гигантами, а вечные споры на тему, чьи решения выгоднее для покупки компьютера, не прекращаются ни на минуту. И поскольку мы не могли обойти эту тему стороной, мы решили посвятить ей отдельный материал и рассказать вам о том, как развивался и развивается рынок микропроцессоров для настольных компьютеров.
В первой статье этой серии мы кратко рассмотрим зарождение, а затем сосредоточимся на процессорах, которые доминировали в первые пять лет нового века. Вы можете подумать: для чего они нам нужны, если их производство давно прекращено, а многие процессоры той эпохи сейчас стоят только на полках коллекционеров? Но именно в это время родились такие известные бренды, как Pentium, Celeron, Athlon и другие устройства: Pentium, Celeron, Athlon и Sempron, которые до сих пор используются в названиях современных процессоров.
Как все начиналось
Первоначально это не было конкуренцией между двумя производителями, поскольку AMD создавала чипы, которые были функциональными аналогами процессоров 80×86 (семейства 286, 386 и 486), лицензированных Intel. Кстати, в то время Intel не владела торговыми марками x86, поэтому другие производители могли использовать их для своих продуктов. Как правило, они были почти точными копиями оригинальных процессоров Intel, но предлагались по более низкой цене.
В 1993 году произошло важное событие, которое повлияло на весь рынок микропроцессоров. Чтобы предотвратить дальнейшее клонирование своей продукции, Intel выпустила первые чипы с официальным брендом Pentium. С этого момента пути двух компаний разошлись, поскольку AMD пришлось заниматься собственными разработками для производства новых процессоров.
Долгое время AMD не удавалось разработать процессор с производительностью, аналогичной Pentium. Первый чип K5, разработанный собственными силами и выпущенный в 1996 году, оказался неудачным из-за плохой технической реализации и отсутствия совместимости с некоторыми приложениями. AMD поняла, что в ближайшем будущем невозможно будет самостоятельно разработать конкурентоспособный процессор, и приобрела компанию NexGen, которая уже разработала чип с производительностью, аналогичной решениям Intel.
Результатом совместной разработки стал новый процессор AMD K6, который был выпущен в 1997 году. Компания представила его как аналогичный Pentium, но по гораздо более низкой цене. Следующие процессоры, K6-II и K6-III, были предназначены для конкуренции с Pentium II и Pentium III. И, несмотря на некоторые интересные технические инновации, они не смогли сделать это в полной мере, поскольку Intel выпускала более производительные решения. Тем не менее, AMD удалось выжить на рынке недорогих компьютеров, где ее дешевая продукция пользовалась большим спросом.
Обзор
Компания Advanced Micro Devices была основана 1 мая 1969 года Джерри Сондерсом. До этого он восемь лет работал в Кремниевой долине и собрал деньги на свой стартап с друзьями. Восьмерым молодым людям удалось собрать около ста тысяч долларов, которые они вложили в производство своей первой продукции. Первый офис находился в квартире друга Сандерса, но вскоре они арендовали новое помещение в Саннивейле, Калифорния. Кстати, штаб-квартира AMD все еще находится там.
Многие знают, что AMD выпустила первый двухъядерный процессор, но компания прошла долгий путь до этого. Предположительно, важную роль сыграл маркетинговый опыт Сандерса. Основатели Intel были в первую очередь инженерами, и именно на этом они сосредоточились, а Джерри Сондерс смог сформулировать отличную бизнес-идею, основанную на этом. Он также действительно умел продавать, что важно на любом рынке, включая ИТ. Под четким руководством своего основателя компания AMD использовала успешные маркетинговые уловки, такие как стратегия торговли в убыток. По сути, речь шла о продаже высокотехнологичной продукции по низким ценам: Компания завоевала рынок, хотя и с убытками, в то время как инженеры работали над удешевлением производства. Такая же система использовалась, когда компания AMD представила первый двухъядерный процессор.
Лицензия от Intel
Интересный факт: в первые годы AMD не только работала над собственными продуктами, но и выпускала лицензионные процессоры. В 1975 году компания подписала соглашение с Intel и решила вывести на рынок свой первый процессор для персональных компьютеров. Процессор, о котором идет речь, Intel 8080, имел полностью совместимый набор инструкций, но был на 40% быстрее оригинала.
Компания быстро приняла оригинальный продукт и вложила значительные средства в его развитие. В том же году были выпущены первая карта оперативной памяти Am1902 и серия микропроцессоров Am2900. Передовые технологии, использованные при его разработке, обеспечили чипу коммерческий успех. Он отличался от своих аналогов скоростью работы, программируемыми инструкциями и меньшим тепловыделением. Но больше покупателей привлекла его низкая цена.
Развитие компании
Последнее десятилетие прошлого века ознаменовалось активным вхождением персонального компьютера в повседневную жизнь. В то время AMD еще производила микропроцессоры по лицензии Intel, которая конкурировала с молодой компанией за долю рынка и рекордные прибыли в перспективной области компьютерных технологий. Однако все попытки вывести AMD с рынка оказались безуспешными. Важную роль сыграла перекрестная лицензия, подписанная двумя компаниями, которая предоставляла каждой стороне право на использование интеллектуальной собственности другой.
Когда устранение конкурента не удалось, Intel решила, что в данном случае лучше продолжить партнерство, и поэтому в 1982 году соглашение о перекрестном лицензировании было продлено, и AMD получила право на производство всех процессоров x86. Хотя Intel удалось вырваться вперед, настоящий шаг вперед был сделан, когда AMD представила первый двухъядерный процессор.
Двухъядерные процессоры Intel
Первые двухъядерные процессоры Intel были основаны на ядре Smithfield, которое представляет собой два ядра Prescott класса E0, объединенных на одном кристалле. Ядра взаимодействуют друг с другом через системную шину с помощью специального арбитра. В результате размер чипа вырос до 206 квадратных миллиметров, а количество транзисторов — до 230 миллионов.
Интересно посмотреть, как технология HyperThreading применяется в двухъядерных процессорах Smithfield. Процессоры Pentium D, например, вообще не поддерживают эту технологию. Маркетологи Intel решили, что для большинства пользователей достаточно двух «настоящих» ядер. Вместо этого он включен в Pentium Extreme Edition 840, чтобы процессор мог выполнять 4 потока инструкций одновременно. Кстати, поддержка HyperThreading — это единственное отличие процессора Pentium Extreme Edition от Pentium D. Все остальные функции и технологии абсолютно идентичны. К ним относятся поддержка набора инструкций EM64T, технологии энергосбережения EIST, C1E и TM2, а также функция защиты битовой информации NX. Следовательно, разница между процессорами Pentium D и Pentium EE является полностью искусственной.
Ниже приведен список моделей процессоров Smithfield core. Это Pentium D с индексами 820, 830 и 840 и Pentium Extreme Edition 840. Все они работают на частоте системной шины 200 МГц (800QPB), производятся по техпроцессу 90 нм, имеют стандартное напряжение питания (Vcore) 1,25-1,388 В, максимальное тепловыделение ~130 Вт (хотя по некоторым оценкам тепловыделение EE 840 составляет 180 Вт).
Честно говоря, я не нашел ничего положительного в основных процессорах Smithfield. Основной проблемой является уровень производительности, поскольку во многих приложениях (которые не оптимизированы для многопоточности) двухъядерные процессоры Smithfield проигрывают одноядерным процессорам Prescott, работающим на той же тактовой частоте. Это не относится к процессорам AMD. Проблема, очевидно, заключается в соединении ядер через процессорную шину (когда разрабатывалось ядро Prescott, не было предусмотрено масштабирование производительности по мере увеличения количества ядер). Возможно, именно по этой причине Intel решила компенсировать недостатки снижением цены. В частности, цена на младший Pentium D 820 была снижена до. ~260$ (более дешевый Athlon X2 стоит 340$).
Кстати, Pentium D 820 совместим не со всеми материнскими платами на базе чипсета nForce4 SLI Intel Edition (операционная система не видит второе ядро). Проблема кроется в самом чипсете, и nVidia официально признала этот факт. Кроме того, есть сообщения о несовместимости между старшими моделями (но это единичные случаи с индивидуальными конфигурациями). Здесь отметим, что новый чипсет nForce4 SLI X16 Intel Edition не имеет этой проблемы.
Возможности разгона процессора Smithfield были не очень высоки. Система оставалась стабильной только при тактовых частотах ниже 3,25 ГГц.
Справедливости ради следует отметить, что этот процессор работает на частоте 3,8 ГГц, и стабильной работы можно было бы добиться при использовании более эффективной системы охлаждения.
Забегая вперед, отметим, что это ничто по сравнению с разгонными возможностями 65-нм процессоров.
Что касается совместимости, процессоры Smithfield потенциально могут быть установлены на любую материнскую плату LGA775. Однако эти процессоры предъявляют повышенные требования к модулю питания платы. В целом, процессоры Smithfield являются разочаровывающим продуктом. Однако мы не заканчиваем обсуждение двухъядерных процессоров Intel, поскольку компания успешно перешла на новейшую 65-нм технологию обработки в конце 2005 года, а первые процессоры Presler и Cedar Mill появились на прилавках магазинов (традиционно сначала в Японии) в начале 2006 года.
Производительность
Поэтому мы использовали следующие компоненты:
| Процессор | Процессор AMD Athlon64 3500+ Socket939 2,2 ГГц (ядро NewCastle CG) Процессор AMD Athlon X2 4800+ Socket939 2,4 ГГц (ядро Toledo E6) Процессор Intel Pentium4 660 Socket LGA775 3. 6 ГГц (Prescott-2M Stepping Stone N0) Процессор Intel Pentium D 820 Socket LGA775 2. 8 ГГц (Smithfield Stepping Stone A0) Процессор Intel Pentium EE 955 Socket LGA775 3.46 ГГц (Presler Stepping Stone ) |
| Материнская плата | Asus A8N-SLI Deluxe на базе чипсета nForce4 SLI Asus P5WD2 Premium на базе чипсета Intel 955X |
| Кулер | Gigabyte G-Power |
| Графическая карта | Версия драйвера ASUS EN6600 GT (GeForce 6600GT ; PCI Express x16): 77.72 |
| Звуковая карта | — |
| HDD | IBM DTLA 307030 30Gb |
| Память | 2×256 Мбайт PC3200 400512ELDCPER2-K Platinum rev 2.0, производства OCZ 2×512 Мбайт Corsair DDR2 TWIN2X1024-8000UL1 |
| Тематическое исследование | Inwin506 с блоком питания PowerMan 300 Вт |
| OS | Windows XP SP1 |
Поэтому в наших тестах мы использовали обычные приложения. Давайте сначала посмотрим на результаты синтетических тестов.
Перед нами чисто синтетические приложения, демонстрирующие теоретическую производительность.
Теперь тесты игровых приложений.
Некоторые комментарии по результатам тестирования.
Во-первых, мы включили в список результатов процессоры с разгоном, чтобы оценить масштабирование производительности с увеличением тактовой частоты. Кроме того, наши читатели должны ориентироваться в том, на что они могут рассчитывать при покупке того или иного процессора.
Теперь обратимся к игре Quake4 (основанной на движке Doom3). При использовании одноядерного процессора процессоры AMD убедительно побеждают в этом тесте. Однако некоторое время назад ID выпустила патч, поддерживающий многопоточные компьютеры. Однако этот патч оказался несколько «грубым». В частности, при активации опции «r_useSMP 1» производительность на процессорах AMD значительно падала. Вторая проблема заключалась в том, что на процессорах Intel с активированной технологией HyperThreading изображение практически отсутствовало. Однако на процессоре P4 820 (который не поддерживает HT) и на процессоре Presler с отключенным HT (с помощью соответствующей опции в биосе материнской платы) производительность значительно возросла (на 50-60%).
Раз уж мы затронули тему HyperThreading, мы хотели бы еще раз подчеркнуть, что производительность системы значительно выше для большинства приложений, когда технология HT отключена. Исключением являются программы, оптимизированные для многопоточности. В нашем списке это 3DMax и CineBench. В целом, он соответствует соотношению между приложениями с поддержкой и без поддержки многопоточности. Но в ближайшем будущем ситуация может кардинально измениться. Факт, что ATI и nVidia планируют внедрить поддержку многопоточности в драйверы видеокарт. Более того, nVidia уже выпустила первую версию ForceWare, но, как и любой первый блин, драйверы оказались нерабочими. Однако общая тенденция такова, что в 2006 году двухъядерные процессоры будут более востребованы, чем одноядерные (последние, вероятно, перейдут в финансовый сектор). Однако в настоящее время трудно сказать, является ли тот или иной процессор победителем или нет из-за небольшого количества оптимизированных приложений.
Выводы
Первый процессор Intel, вышедший на рынок по 65-нм техпроцессу, произвел очень благоприятное впечатление. Использование более тонкого процессора позволило немного снизить энергопотребление и увеличить тактовую частоту. Будет ли этого достаточно, чтобы сделать процессоры Pentium более привлекательными, чем их конкуренты? Месяц или три назад мы бы ответили однозначным «нет». Но сейчас это очень сложный вопрос, потому что цены на процессоры AMD на российском рынке в последнее время резко выросли, особенно на младшие модели. Поэтому мы пока не будем делать выводы об одноядерных процессорах (давайте подождем, пока процессоры CedarMill появятся на рынке и посмотрим на их цены).
Среди двухъядерных процессоров процессор Intel Extreme Edition 955, благодаря возможности одновременного выполнения 4 потоков инструкций, показывает лучшие результаты в задачах, оптимизированных для многопоточности. Следует также отметить легкость, с которой этот процессор разгоняется: 4 ГГц при родном напряжении и 4,26 при небольшом увеличении Vcore. Другие 65-нм процессоры — CedarMill и Presler — будут иметь такие же возможности разгона, с той лишь разницей, что множитель будет заблокирован.
Интересно, что компания Dell воспользовалась преимуществами новых процессоров и выпустила XPS Renegade 600 с «официально» разогнанным (видимо, с благословения Intel) процессором Extreme Edition с частотой 4,26 ГГц.
Когда пользователь проводит большую часть времени, работая с оптимизированными приложениями, здесь невозможно дать четкий совет, поскольку в ответ на выпуск Intel Extreme Edition 955 компания AMD выпустила двухъядерный процессор Athlon64 FX-60 с тактовой частотой 2,6 ГГц. Более того, баланс производительности между этими двумя процессорами отличается в разных приложениях (в зависимости от типа и степени оптимизации).
Есть несколько советов для среднего пользователя «домашнего» компьютера. Если у пользователя уже установлена платформа Intel, он может перейти на двухъядерный процессор с минимальными затратами. Если пользователь использует платформу AMD socket 939, мы пока не рекомендуем переходить на двухъядерные процессоры. Например, «апгрейд» с 3500+ до X2 3800+ приведет к более медленной системе, если вы потратите более 100 долларов. В любом случае, мы рекомендуем переходить на двухъядерные процессоры только в том случае, если графические драйверы успешно(!) поддерживают многопоточность.
И, наконец, по сегодняшним ценам AMD Athlon 64 3500+ является лучшим выбором, если планируется приобрести только «домашний компьютер», поскольку он более чем в два раза дешевле Pentium4 660.
Если же пользователь «домашнего компьютера» решит приобрести двухъядерный процессор, то однозначный ответ дать невозможно, поскольку существует слишком много различных неизвестных (или частично неизвестных) факторов, связанных с темпами внедрения многопоточности в графические драйверы, а также с общей тенденцией оптимизации программного обеспечения для многоядерных систем.
Я бы посоветовал вам не выбирать вариант «в коробке» при покупке одного из процессоров. К самим кулерам придраться не к чему, кроме цены, которая составляет около $30 как для Intel, так и для AMD. За эти деньги можно легко купить хороший кулер с тепловыми трубками, который работает тише и обеспечивает лучшую производительность охлаждения.
История компании AMD
История AMD полна резких взлетов и падений. Однако руководство компании всегда придерживалось курса, что позволило ей в конечном итоге достичь своих целей. AMD начала производить полупроводники по патентам Intel, но позже приобрела необходимый капитал для разработки собственных разработок и проведения обширных исследований.
Первая продукция
К 1975 году AMD выросла до значительных размеров. Штат сотрудников насчитывал более 1 500 специалистов. Основные производственные мощности находились в США и Малайзии. Оборот достиг $26,5 млн. Ранняя глава истории AMD была отмечена сосредоточением на лицензионном производстве процессоров. Дизайн и производство собственной разработки отошли на второй план.
В 1970-х годах AMD подписала перекрестное лицензионное соглашение на использование разработок Intel. В то же время инженеры компании работали над созданием уникального процессора для компьютера. Благодаря хитроумному процессу обратной разработки компании Advanced Micro Devices удалось создать аналог Intel 8080. Чип AMD был полностью совместим со своим более именитым конкурентом, но имел на 40 процентов более высокую производительность.
Постепенно AMD разрабатывала собственные продукты. В развитие этого направления были вложены огромные средства. AMD использовала лицензионное производство полупроводников, чтобы заработать деньги на внедрение своих инновационных решений. В том же 1975 году была представлена первая в истории AMD плата оперативной памяти — Am1902.
Руководство AMD принимает решение о запуске серии микропроцессоров Am2900. Этот чип оказался очень успешным с коммерческой точки зрения. И все это благодаря внедрению инновационных технологий. Инженеры AMD добились максимальной скорости при снижении тепловыделения и доступной цене. AMD инвестировала всю свою прибыль в расширение производственных центров, увеличение числа сотрудников и научные исследования.
Собственные процессоры
Следующим шагом в истории роста AMD стала разработка технологии обратного проектирования. Именно это послужило основой для разработки новых процессоров, превосходящих по производительности процессоры Intel. Конкуренция была действительно серьезной — 86-битные чипы и выпуск революционного Pentium были неминуемы.
Первый шаг был сделан в 1991 году, когда AMD представила Am386, который послужил прототипом для Intel 80386. Программистам удалось создать прототип структуры, но структура инструкций осталась неизменной. Именно в это время AMD начала разрабатывать микрокод для процессоров.
Это сыграло важную роль в истории AMD, поскольку еще в 1993 году Intel выиграла судебное дело, запрещавшее одновременное использование нескольких микрокодов.
Изображение процессора AMD того времени — 386, который впоследствии станет прототипом для легендарного одноименного чипа Intel.
Несмотря на все препятствия, производство Am486 продолжалось, так как это была личная разработка бренда AMD. Эксперты считают, что это начало самостоятельной истории AMD в ИТ-секторе. Бренд AMD зарекомендовал себя как производитель действительно надежных чипов, которые могут работать на более высоких частотах, чем их аналоги от Intel.
Компания Advanced Micro Devices значительно расширяет свою клиентскую базу, появляются новые корпоративные партнеры. Возможно, самым известным клиентом в это время была компания Compaq. Вооруженные силы США были заинтересованы в продукции под маркой AMD. Обе стороны уже имели опыт подобного сотрудничества, когда AMD производила чипы на своих заводах по лицензии Intel.
Навязывая конкуренцию
В истории AMD был долгий период отставания на рынке процессоров. Чтобы преодолеть кризис раз и навсегда, производитель искал новые технические решения. Результатом этих долгих поисков стали процессорные чипы на базе принципиально новой архитектуры ZEN. Они были введены в 2016 году. Они были выставлены на продажу в 2017 году. Самый мощный процессор в этой серии — AMD Ryzen 7 1800X. Окта-ядерный чип с 16 потоками обеспечивает максимальную производительность.
Окта-ядерный процессор Ryzen 7 1800X 2017 года из новейшей и последней серии чипов от AMD.
В первый год продаж было обнаружено множество проблем с программным обеспечением. Ошибки в микрокоде материнской платы и операционной системы дали о себе знать. В результате устройства AMD не всегда функционировали оптимально. AMD следует похвалить за то, что она очень быстро исправила все ошибки.
Процессоры AMD на базе архитектуры ZEN показали явные преимущества в задачах, требующих большого количества потоков. Конкуренты по-прежнему предлагали четырехъядерные процессоры или платформы HED, которые были намного дороже.
Еще один толчок в истории AMD произошел весной 2017 года, когда была анонсирована первая платформа HEDT. Самой мощной моделью в серии стал AMD Ryzen Threadripper 1950X, процессор с 16 ядрами и 32 потоками.
Еще в июне 2017 года компания AMD совершила блестящее возвращение на серверный рынок, выпустив цепочку поставок EPYC, которая едва не стала самой мощной вычислительной платформой. 2018 год ознаменовался обновлениями старых решений. Серия AMD Ryzen Threadripper была наиболее оптимизированной, с 32-, а позже и 64-ядерными моделями.
AMD сейчас
Акции компании Advanced Micro Devices торгуются на Американской фондовой бирже NASDAQ. Производитель процессоров завершил 2019 год с положительными финансовыми результатами. Чистая прибыль AMD достигла 341 миллиона долларов.
Доля AMD на рынке процессоров всегда была намного меньше, чем у Intel. Однако 2019 год ознаменовался важной вехой в истории AMD — абсолютным лидерством сразу на нескольких ключевых рынках: в Японии, Германии и Нидерландах.
По доле рынка AMD опережает своего ближайшего конкурента, компанию NVIDIA. Однако разница невелика, всего от 1 % до 2 %. Доля рынка встроенной графики оценивается примерно в 25 %. Intel занимает лидирующие позиции. Теперь вы знаете, чья это компания AMD и кем она была в самом начале. Грамотное управление и инвестирование прибыли в новые направления позволили компании стать одним из лидеров в своей отрасли.
История основания AMD очень яркая. Точное знание своего положения и эффективная маркетинговая стратегия почти всегда приводят к 100% результату. Сегодняшняя статья — лишнее тому подтверждение. Абсолютно любой человек способен построить свой собственный бизнес с нуля. Помните, что люди превыше денег и товаров, в конце концов, именно люди создают идеи!
Тарас С. Частный инвестор, предприниматель, блогер. Я инвестирую с 2008 года, зарабатываю деньги в интернете с помощью высокодоходных проектов, криптовалют, IPO, акций и других инвестиций. Совладелец нескольких ресторанов и сети магазинов электроники. Я консультирую партнеров и делюсь своим опытом.
Подписывайтесь на Telegram-канал блога для получения последних новостей. Общайтесь с консультантом в Telegram.
Время смелых решений
Эпохой смелых решений как для AMD, так и для ее главного конкурента Intel стала середина 1990-х годов, когда Pentium уже был на рынке, а AMD полностью завершила разработку собственного процессора. А в 1996 году был представлен процессор AMD K5, основанный на архитектуре RISC и совместимый с инструкциями x86, чтобы превзойти своего конкурента. Процессор был выпущен в ранних вариантах по 500-нм технологическому процессу, а позже — по 350-нм технологическому процессу. У AMD K5 было две проблемы, которые не позволили ему захватить рынок. Первая проблема заключалась в производственных проблемах, и процессоры не могли работать на тех частотах, которые изначально предполагались, а вторая проблема, как ни странно, заключалась в самой архитектуре, поскольку программное обеспечение уже тогда содержало ряд ошибок, которые процессоры Intel могли игнорировать, пропуская тактовые циклы, в то время как K5 от AMD возвращали мощность с ошибкой.
Тем не менее, как первый проприетарный процессор, AMD K5 можно считать успешным, поскольку он работал лучше на более низких тактовых частотах, чем конкурирующие решения, и, что самое главное, был дешевле.
В 1996 году AMD приобрела молодую компанию NexGen, которая успешно занималась разработкой микропроцессоров, и в 1997 году выпустила процессор AMD K6. Новый процессор также был основан на архитектуре RISC и был построен в нескольких модификациях от 350 нм до 180 нм техпроцесса (для более поздних версий AMD K6-III). Процессоры AMD K6 были вполне конкурентоспособны с решениями Intel, имели значительно больше скрытой памяти и в более поздних модификациях получили набор инструкций 3DNow!, что позволило повысить производительность при обработке мультимедиа.
Athlon и «битва за гигагерц»
Возможно, одним из самых важных процессоров для AMD был Athlon, который был представлен в 1999 году с громким лозунгом, что это самый мощный процессор x86. Однако компания не солгала, и Athlon превзошел по производительности любое решение Intel. На фотографии вы можете видеть процессор в конструкции слота А. Помимо архитектурных улучшений, AMD Athlon получил и технические усовершенствования, например, в конструкции процессора впервые вместо алюминия была использована медь.
В 2000 году компания окончательно выиграла «битву за гигагерцы» и представила AMD Athlon 1000, в то время как Intel преодолела этот рубеж годом позже. На фотографии показан процессор в исполнении Socket A, и одной из проблем, как по мне, является его открытый кристалл, который легко может разбиться при неправильной и неаккуратной установке, и неопытные пользователи не раз разбивали кристалл.
Дальнейшее развитие AMD Athlon в 2001 году перешло в две серии: Athlon MP — процессоры для многосокетных конфигураций и Athlon XP — для домашних компьютеров.
Мне удалось найти AMD Athlon XP 2500+ в полностью восстановимом состоянии, этот процессор стоил 169 долларов на старте распродажи, ровно столько же, сколько AMD Ryzen 5 1500 на старте распродажи, и я решил сравнить производительность этих процессоров в серии старых, но проверенных бенчмарков. Результаты представлены на графиках ниже и говорят сами за себя. Да, за это время процессоры прошли долгий путь.
Время первых
Еще в 2003 году компания AMD представила Athlon 64 и Opteron серверного класса, первые процессоры x86 с поддержкой 64-битных наборов инструкций. Это можно считать еще одной победой AMD, поскольку годом ранее Intel представила процессоры Itanium, которые поддерживали 64-битный набор инструкций, но не были совместимы с набором инструкций x86 и все равно продавались не очень хорошо, а после выхода Athlon 64, Itanium остался только на серверном рынке и только для определенных типов компьютеров.
Следующим большим событием, помимо появления двухъядерных процессоров, стало появление AMD Phenom на архитектуре 10-го поколения в 2007 г. Одним из наиболее важных технических решений в AMD Phenom стало размещение 4 физических ядер на одном кристалле.
Классификация: SMP, NUMA, кластеры…
Очевидно, что «ноги» новых процессоров развиваются из многопроцессорных систем. Существует бесчисленное множество вариантов разработки многопроцессорных систем: даже простое перечисление всех систем, разработанных за последние годы, заняло бы слишком много места. Однако существует общепринятая классификация:
1. SMP-системы (симметричные многопроцессорные системы). В такой системе все процессоры имеют абсолютно равный доступ к общей основной памяти (см. иллюстрацию). Для программистов работа с такими системами — настоящее удовольствие (если вообще можно назвать «удовольствием» создание многопоточного кода), поскольку здесь нет специфических «особенностей», связанных с архитектурой компьютера. Однако, к сожалению, создать такие системы очень сложно: 2-4 процессора — это практический предел для SMP-систем по разумной цене. Конечно, вы можете купить систему с большим количеством процессоров за несколько сотен тысяч долларов….. но при цене в несколько миллионов (!) долларов за SMP с 32 процессорами, экономически более разумным становится использование менее дорогих архитектур.
2. системы NUMA (системы неравномерного доступа к памяти). Память становится «неравномерной»: одна часть «быстрее», другая «медленнее», а ответа от «удаленной» части можно ждать «несколько лет». В этом случае в системе образуются особые «острова» с собственной быстрой «локальной» рабочей памятью, соединенные относительно медленными линиями связи. Доступ к «своей» памяти быстрый, к «чужой» — медленнее, и чем «дальше» находится чужая память, тем медленнее к ней доступ (см. рисунок). Создание NUMA-систем намного проще, чем SMP, но программы писать сложнее — вы не сможете написать эффективную NUMA-программу без учета неоднородности памяти.
Наконец, последний тип многопроцессорной системы — кластеры. Мы просто берем несколько «почти независимых» компьютеров (узлов кластера или «узлов») и соединяем их быстрыми линиями связи. Возможно, здесь нет никакой «общей памяти», но в принципе и здесь несложно создать «очень неоднородную» NUMA-систему. На практике, однако, обычно удобнее работать с кластером в «явном» виде, когда все передачи данных между узлами явно описаны в программе. То есть, вы можете создавать программы для NUMA, не беспокоясь о том, «как это работает» и откуда берутся данные, необходимые для работы с потоками, но при работе с кластерами вам придется очень точно описывать, кто, что и где делает. Это очень раздражает разработчиков, а также значительно ограничивает применимость кластерных систем. Но кластер стоит очень дешево.
В настоящее время Intel предпочитает SMP-системы; AMD, IBM и Sun — ту или иную версию NUMA. Наиболее важной «областью применения» кластеров являются суперкомпьютеры.
Многоядерные процессоры
1999 — Анонс первого в мире двухъядерного процессора (IBM Power4 для серверов) 2001 — Выпуск двухъядерного процессора IBM Power4 2002 — AMD и Intel анонсируют свои двухъядерные процессоры 2002 — Выпуск процессоров Intel Xeon и Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading, 2004 — Sun (UltraSPARC IV) выпускает собственный двухъядерный процессор 2004 — IBM выпускает второе поколение двухъядерных процессоров (IBM Power5). Каждое ядро процессора Power5 поддерживает аналоговую технологию гиперпоточности 2005, 18 марта — Intel выпускает первый в мире двухъядерный процессор x86 2005, 21 марта — AMD анонсирует полную линейку двухъядерных процессоров Opteron для серверов, анонсирует двухъядерные процессоры Athlon 64 X2 для настольных систем и начинает поставки двухъядерных процессоров Opteron 8xx 2005 20. 25 мая — AMD начинает поставки двухъядерных процессоров Opteron 2xx 2005 26 мая — Intel выпускает двухъядерный Pentium D для обычных ПК 2005 31 мая — AMD начинает поставки Athlon 64 X2
Идея многоядерного процессора кажется довольно тривиальной: просто поместите два или три (или столько, сколько вы можете вместить) процессора в корпус, и компьютер получит возможность выполнять несколько программных потоков одновременно. Это кажется простой стратегией…. но его конкретная реализация в недавно выпущенных настольных процессорах AMD и Intel существенно отличается. Они отличаются настолько сильно, что чисто «количественные» незначительные различия в конечном итоге превращаются в качественные различия между процессорами этих двух компаний. Поэтому прежде чем перейти к тестированию современных двухъядерных процессоров, давайте попробуем понять разницу в подходах между этими микропроцессорными гигантами и «предвосхитить», так сказать, некоторые предположения об их производительности.
Intel Smithfield: «классика жанра»
При разработке многоядерных процессоров для настольных микропроцессоров гиганты микропроцессорной индустрии изначально предпочли пойти по пути «наименьшего сопротивления», продолжив традицию SMP-систем с привычной для них общей шиной. Эта система MP кажется очень простой: чипсет, который соединяет всю память, и процессорная шина, к которой подключены все процессоры:
В новых двухъядерных процессорах Smithfield два обычных ядра Prescott просто установлены рядом на одном кремниевом чипе и электрически соединены через одну (общую) системную шину. Между сердечниками нет общей цепи.
Каждое «ядро» Smithfield имеет свой APIC, свое вычислительное ядро, свой кэш второго уровня и (самое главное) свой интерфейс процессорной шины (Bus I/F). Последнее означает, что с внешней логической точки зрения двухъядерный процессор Intel выглядит точно так же, как два обычных процессора (например, Intel Xeon).
Нынешнее ядро Smithfield является «монолитным» (два ядра образуют единый процессорный чип), но следующее поколение процессоров Intel для настольных ПК (Presler, изготовленный по 65-нм технологии) будет еще более тривиальным — два одинаковых одноядерных процессорных чипа (Cedar Mill) будут просто упакованы в единый корпус (см. рисунок).
Кедровая мельница
То же самое относится и к первому серверному процессору Intel с этой микроархитектурой, известному сейчас как Dempsey. Но если Smithfield имеет 1 МБайт кэша L2 на ядро, то Presler и Dempsey имеют 2 МБайт на ядро.
Между тем, позже Intel предложит другие, более сложные варианты микроархитектуры двухъядерных процессоров, включая Montecito (двухъядерный Itanium), Yonah (двухъядерный аналог Pentium M) и Paxville для многопроцессорных серверов на базе Intel Xeon MP. В марте этого года Патрик Гелсингер сообщил, что в разработке у Intel находится 15 различных многоядерных процессоров, пять из которых компания даже продемонстрировала в работе.
И если в середине 2004 года представители Intel говорили, что многоядерные процессоры — это «не очередная гонка производительности», поскольку программная инфраструктура еще не готова к поддержке таких процессоров оптимизированными приложениями, то сейчас многоядерные процессоры являются основным направлением деятельности Intel во всех основных областях, включая разработку и отладку приложений (за исключением коммуникаций и сенсорных сетей — пока ;)). Это и неудивительно, ведь увеличивать тактовые частоты процессоров становится все труднее, поэтому необходимо найти замену «гонке за мегагерцами». А добавление ядер позволяет значительно увеличить производительность во многих современных приложениях без увеличения частоты. А пресловутый закон Мура (удвоение количества транзисторов на чипе) должен чем-то поддерживаться, и многоядерность — почти самый простой способ добиться этого… 🙂
