Trh s x86 procesory: posledních 20 let
28.6.2010, Vojtěch Kubiš, článek
V dnešním článku se podíváme do nedávné historie, zaměříme se na souboj dvou nesmiřitelných křemíkových gigantů na jednom z nejrychleji se rozvíjejících trhů vůbec. Probereme, jak moc doba za poslední roky pokročila, co nového nám přinesla a co vzala.
Kapitoly článku:
- Trh s x86 procesory: posledních 20 let
- Pán P přichází (1993 - 1997)
- Každý svou cestou (1997 - 2001)
- Sen o 10 GHz zvaný NetBurst (2001 - 2003)
- 64 bitů útočí (2003 - 2006)
S příchodem další generace procesorů se AMD rozhodlo, že se nebude dále svazovat používáním stejných socketů jako Intel. Vzniká tedy vlastní patice, Slot A, mechanicky sice stejná jako Slot 1 od Intelu, nicméně elektronicky nekompatibilní. Použití fyzicky stejného konektoru umožnilo výrobcům základních desek používat stávající součástky. Pro znemožnění vložení procesoru pro Slot 1 se Sloty A otáčely o 180°. S vlastním slotem vznikla i první vlastní čipová sada. Instrukční sada zůstala stejná.
Oba výrobci si byli vědomi značného přínosu velké L2 cache, z cenových duvodů byla ale implementace přímo do CPU, tak jako tomu bylo u Pentia Pro, nevhodná, proto vzniklo zapojení, kdy je CPU propojeno s L2 cache přes rychlou sběrnici na jednom plošném spoji. Na obrázku je příklad v podobě procesoru Pentium II.
První Pentium II (rok 1997) kódově označované Klamath zdědilo dále instrukční sadu MMX, běželo na frekvencích 233 a 266 MHz se 66MHz sběrnicí a bylo vyráběno 350nm procesem. O rok později přichází na řadu jádro Deschutes, které v pozdějších provedeních disponuje 100MHz sběrnicí a takty 266 až 450 MHz, díky čemu je výrazně rychlejší.
Ve stejném roce Intel rozšiřuje svou nabídku o řady Celeron a Xeon. Celerony měly zmenšenou cache (většinou byla fyzicky přítomna, pouze zablokovaná) a 66MHz FSB, díky tomu byly levnější, takže své uplatnění nachází velmi snadno a mezi overclockery ještě snadněji. Xeony byly od počátku určeny pro profesionální a serverovou oblast, o čemž svědčí i zavedení vlastního Slotu 2 a podpora pro SMP (Symmetric multiprocessing, použití více než jednoho procesoru na jedné základní desce).
Pro představu, takhle vypadal chladič pro Slot 1/Slot A
Se zmenšujícím se výrobním procesem (z 350 nm na 250 nm) se Intel odhodlává k důležitému kroku. Uvádí mobilní Pentium II Tonga a Dixon, z nichž druhý byl svou konstrukcí velmi podobný Pentiu Pro. Měl integrovanou on-die L2 cache, díky které překonal i nejrychlejší Pentia II Xeon. Svým způsobem tak předpověděl návrat ke koncepci s integrovanou L2 cache u Pentia III.
To se na trh dostalo v květnu 1999 v podobě jádra Katmai, jeho takty dosahovaly 450 až 600 MHz a bylo vyráběno 250nm výrobním procesem. Mezi největsí změny patří přidání instrukcí SSE, které byly odpovědí na 3DNow! - instrukce konkurenční AMD, které debutovaly o rok dříve. Katmai nepatřilo mezi nejůspěšnější procesory od Intelu, mělo problémy s přehříváním a jeho výkon takt na takt nebyl o moc vyšší než u předchozích Pentium II, možná taky proto, že L2 cache byla pořád na externích čipech a stále se využívalo Slotu 1.
S příchodem jádra Coppermine o necelý půlrok později se to však mění. Díky dalšímu snížení výrobního procesu (na 180 nm) se mohla L2 cache integrovat do CPU, což vedlo k navracení do „klasického“ Socketu, konkrétně Socket 370. Takty se pohybovaly od 533 do 1133 Mhz, nejvyšší model byl však spíše papírovým drakem, než že by se reálně prodával. I přes to bitvu o překonání mýtické 1GHz hranice vyhrálo AMD se svým Athlonem.
Jerry Sanders (narozen 1936) - zakladatel a dlouhou dobu CEO AMD, byl mimořádně charismatický a impulzivní, jeho přístup byl velice neformální, dokázal vybruslit z káždé situace a své nejlepší pracovníky odměňoval částí zisku, jeho heslo bylo:
People first, products and profit will follow – Lidé první, výrobky a zisk se dostaví.
V roce 2002 odchází do důchodu a na jeho místo nastupuje Hector Ruiz, kterého o 6 let později střída současný CEO Dirk Meyer.
Byla to právě AMD K7, která udělala Intelu první větší vrásky na čele. Rozšířeny byly instrukce 3DNow!, a proto byly často nazývány Enhanced 3DNow!. Na sběrnici byla použita technologie z procesoru DEC Alpha EV6, takže byla její rychlost při stejném taktu dvojnásobná v porovnání se sběrnicí u Pentia III. Také skončila dlouho trvající nevýhoda v oblasti her: byla přepracována FPU, takže se operace s desetinnými čísly výrazně zrychlily. Původní Athlon (jádro Argon, později přejmenováno na Athlon Classic) byl vyráběn 250nm procesem, což vedlo k použití 512kB L2 cache oddělené od CPU, byl tedy do Slotu A, tikal v rozmezí od 500 do 700 MHz.
Vyšších taktů dosáhlo až 180nm jádro K75 Pluto a Orion, čipy na taktu 1 GHz s sebou sice přinášely vysoký výkon, ale vše má svou stinnou stránku, v tomhle případě to byla právě spotřeba, K75 vyžadovaly použití 250W zdroje na rozdíl od 200W v případě Pentia III.
Druhá generace Athlonů s kódovým označením Thunderbird debutovala v roce 2000. Hlavním rozdílem bylo umístění cache. Stejně jako to udělal Intel se svým Coppermine, AMD použilo namísto externí 512kB mnohem rychlejší integrovanou 256kB L2 cache. Ruku v ruce s tím se změnil Slot A na klasický Socket A. Došlo také ke změnám v návrhu cache, data uložená v L1 cache už nebyla nadále duplikována v L2. Cache tak disponovala pomalejší oblastí (L2, 256 kB) a velmi rychlou oblastí (L1, 128 kB). To zlepšilo rychlost a efektivitu práce s cache. Pro méně majetné vznikla i řada Duron, která se od obyčejných Athlonů lišila pomalejší sběrnicí a mnohem menší L2 cache – pouhých 64 kB, to ale příliš nevadilo vzhledem k mamutí L1.
Ve světě procesorů platí, že můžete mít sebelepší produkty, ale když nestíháte uspokojovat poptávku, větší podíl na trhu nezaberete. Na to myslelo AMD už dříve, a tak v roce 2000 spouští Fab 30 v německých Drážďanech, aby mohla začít produkovat až 50 milionů Athlonů ročně. O tři roky později je rozhodnuto o rozšíření a vzniku Fab 36. Za celých 24 měsíců stavby je vše připraveno a výroba 90nm čipů může začít. Jen o rok později je továrna modernizována na 65nm výrobní proces. V roce 2008 je dokončena přestavba Fab 30 na Fab 38, která produkuje 300mm wafery s 45nm procesory. S přechodem továren pod GlobalFoundies je celý komplex přejmenován na Fab 1.
Intel si vážnou situaci rychle uvědomil a jen o necelý rok později reaguje s novým jádrem Pentia III – Tualatin. Výrobní proces se opět snížil, z 180 nm na 130 nm, takty poskočily až na 1,4 GHz. Vznikaly dvě provedení, s 256kB a 512kB L2 cache, kdy druhý z nich byl označován Pentium III-S a své uplatnění nacházel i v serverové sféře, zvláště v případech, kde záleželo na spotřebě, například tenké blade servery.
Mezi velmi oblíbené patřil i Celeron Tualatin, protože se od klasických Tualatinů lišil pouze pomalejší FSB, z původních 133 MHz na 100 MHz. Velikost cache zůstala zachována, tedy 256 kB. Byla to výborná volba pro počítačové nadšence a hráče, nejen že podával velmi solidní výkony ve hrách, ale také šel přetaktovat až o 500 MHz. Takhle přetaktovaný se mohl směle porovnávat s Athlony XP 1500+ a v některých aplikacích strčil Pentium 4 1,8 GHz s přehledem do kapsy.
Oba výrobci si byli vědomi značného přínosu velké L2 cache, z cenových duvodů byla ale implementace přímo do CPU, tak jako tomu bylo u Pentia Pro, nevhodná, proto vzniklo zapojení, kdy je CPU propojeno s L2 cache přes rychlou sběrnici na jednom plošném spoji. Na obrázku je příklad v podobě procesoru Pentium II.
První Pentium II (rok 1997) kódově označované Klamath zdědilo dále instrukční sadu MMX, běželo na frekvencích 233 a 266 MHz se 66MHz sběrnicí a bylo vyráběno 350nm procesem. O rok později přichází na řadu jádro Deschutes, které v pozdějších provedeních disponuje 100MHz sběrnicí a takty 266 až 450 MHz, díky čemu je výrazně rychlejší.
Ve stejném roce Intel rozšiřuje svou nabídku o řady Celeron a Xeon. Celerony měly zmenšenou cache (většinou byla fyzicky přítomna, pouze zablokovaná) a 66MHz FSB, díky tomu byly levnější, takže své uplatnění nachází velmi snadno a mezi overclockery ještě snadněji. Xeony byly od počátku určeny pro profesionální a serverovou oblast, o čemž svědčí i zavedení vlastního Slotu 2 a podpora pro SMP (Symmetric multiprocessing, použití více než jednoho procesoru na jedné základní desce).
Pro představu, takhle vypadal chladič pro Slot 1/Slot A
Se zmenšujícím se výrobním procesem (z 350 nm na 250 nm) se Intel odhodlává k důležitému kroku. Uvádí mobilní Pentium II Tonga a Dixon, z nichž druhý byl svou konstrukcí velmi podobný Pentiu Pro. Měl integrovanou on-die L2 cache, díky které překonal i nejrychlejší Pentia II Xeon. Svým způsobem tak předpověděl návrat ke koncepci s integrovanou L2 cache u Pentia III.
To se na trh dostalo v květnu 1999 v podobě jádra Katmai, jeho takty dosahovaly 450 až 600 MHz a bylo vyráběno 250nm výrobním procesem. Mezi největsí změny patří přidání instrukcí SSE, které byly odpovědí na 3DNow! - instrukce konkurenční AMD, které debutovaly o rok dříve. Katmai nepatřilo mezi nejůspěšnější procesory od Intelu, mělo problémy s přehříváním a jeho výkon takt na takt nebyl o moc vyšší než u předchozích Pentium II, možná taky proto, že L2 cache byla pořád na externích čipech a stále se využívalo Slotu 1.
S příchodem jádra Coppermine o necelý půlrok později se to však mění. Díky dalšímu snížení výrobního procesu (na 180 nm) se mohla L2 cache integrovat do CPU, což vedlo k navracení do „klasického“ Socketu, konkrétně Socket 370. Takty se pohybovaly od 533 do 1133 Mhz, nejvyšší model byl však spíše papírovým drakem, než že by se reálně prodával. I přes to bitvu o překonání mýtické 1GHz hranice vyhrálo AMD se svým Athlonem.
Jerry Sanders (narozen 1936) - zakladatel a dlouhou dobu CEO AMD, byl mimořádně charismatický a impulzivní, jeho přístup byl velice neformální, dokázal vybruslit z káždé situace a své nejlepší pracovníky odměňoval částí zisku, jeho heslo bylo:
People first, products and profit will follow – Lidé první, výrobky a zisk se dostaví.
V roce 2002 odchází do důchodu a na jeho místo nastupuje Hector Ruiz, kterého o 6 let později střída současný CEO Dirk Meyer.
Byla to právě AMD K7, která udělala Intelu první větší vrásky na čele. Rozšířeny byly instrukce 3DNow!, a proto byly často nazývány Enhanced 3DNow!. Na sběrnici byla použita technologie z procesoru DEC Alpha EV6, takže byla její rychlost při stejném taktu dvojnásobná v porovnání se sběrnicí u Pentia III. Také skončila dlouho trvající nevýhoda v oblasti her: byla přepracována FPU, takže se operace s desetinnými čísly výrazně zrychlily. Původní Athlon (jádro Argon, později přejmenováno na Athlon Classic) byl vyráběn 250nm procesem, což vedlo k použití 512kB L2 cache oddělené od CPU, byl tedy do Slotu A, tikal v rozmezí od 500 do 700 MHz.
Vyšších taktů dosáhlo až 180nm jádro K75 Pluto a Orion, čipy na taktu 1 GHz s sebou sice přinášely vysoký výkon, ale vše má svou stinnou stránku, v tomhle případě to byla právě spotřeba, K75 vyžadovaly použití 250W zdroje na rozdíl od 200W v případě Pentia III.
Druhá generace Athlonů s kódovým označením Thunderbird debutovala v roce 2000. Hlavním rozdílem bylo umístění cache. Stejně jako to udělal Intel se svým Coppermine, AMD použilo namísto externí 512kB mnohem rychlejší integrovanou 256kB L2 cache. Ruku v ruce s tím se změnil Slot A na klasický Socket A. Došlo také ke změnám v návrhu cache, data uložená v L1 cache už nebyla nadále duplikována v L2. Cache tak disponovala pomalejší oblastí (L2, 256 kB) a velmi rychlou oblastí (L1, 128 kB). To zlepšilo rychlost a efektivitu práce s cache. Pro méně majetné vznikla i řada Duron, která se od obyčejných Athlonů lišila pomalejší sběrnicí a mnohem menší L2 cache – pouhých 64 kB, to ale příliš nevadilo vzhledem k mamutí L1.
Ve světě procesorů platí, že můžete mít sebelepší produkty, ale když nestíháte uspokojovat poptávku, větší podíl na trhu nezaberete. Na to myslelo AMD už dříve, a tak v roce 2000 spouští Fab 30 v německých Drážďanech, aby mohla začít produkovat až 50 milionů Athlonů ročně. O tři roky později je rozhodnuto o rozšíření a vzniku Fab 36. Za celých 24 měsíců stavby je vše připraveno a výroba 90nm čipů může začít. Jen o rok později je továrna modernizována na 65nm výrobní proces. V roce 2008 je dokončena přestavba Fab 30 na Fab 38, která produkuje 300mm wafery s 45nm procesory. S přechodem továren pod GlobalFoundies je celý komplex přejmenován na Fab 1.
Intel si vážnou situaci rychle uvědomil a jen o necelý rok později reaguje s novým jádrem Pentia III – Tualatin. Výrobní proces se opět snížil, z 180 nm na 130 nm, takty poskočily až na 1,4 GHz. Vznikaly dvě provedení, s 256kB a 512kB L2 cache, kdy druhý z nich byl označován Pentium III-S a své uplatnění nacházel i v serverové sféře, zvláště v případech, kde záleželo na spotřebě, například tenké blade servery.
Mezi velmi oblíbené patřil i Celeron Tualatin, protože se od klasických Tualatinů lišil pouze pomalejší FSB, z původních 133 MHz na 100 MHz. Velikost cache zůstala zachována, tedy 256 kB. Byla to výborná volba pro počítačové nadšence a hráče, nejen že podával velmi solidní výkony ve hrách, ale také šel přetaktovat až o 500 MHz. Takhle přetaktovaný se mohl směle porovnávat s Athlony XP 1500+ a v některých aplikacích strčil Pentium 4 1,8 GHz s přehledem do kapsy.
