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)
Koncem roku 2000 Intel představuje Pentium 4 s architekturou NetBurst a ačkoli první modely s jádrem Willamette (180 nm, Socket 423, později Socket 478, 256 kB L2) dosahovaly frekvencí pouze 1,5 Ghz, Intel si troufá mluvit o frekvencích blížících se 10 GHz.
Samotná architektura NetBurst je první úplný redesign procesoru od doby Pentia Pro. Obsahuje velmi hlubokou instrukční pipeline pro dosažení velmi vysokých frekvencí. Architektura implementuje několik nových funkcí jako je např. jednotka „Out of Order“, která umí přeuspořádat provádění instrukcí tak, aby neutrpěla logika programu, tedy pokud nemůže být některá mikrooperace provedena, protože nemá data, provede se jiná mikrooperace. Tímto způsobem je možné odstranit zpoždění, ke kterým dochází v důsledku nedostupnosti dat. Na konci tohoto procesu se vše sestaví do původního pořadí. Přibylo také celkem 144 instrukcí v rámci SSE2, což se nesetkalo s kladným ohlasem vývojářů kvůli potřebné optimalizaci.
Na papíře to všechno mohlo vypadat krásně, ale jak první testy ukázaly, Pentium 4 bylo schopno s pečlivě optimalizovaným kódem porazit stejně taktované Pentium III, v reálných aplikacích se mu ale sotva vyrovnalo. Ve srovnání s AMD byla situace ještě horší, Athlonům se poměřovat nemohlo a v některých aplikacích prohrávalo i s levnými Durony. Dalším problémem byla vysoká spotřeba a s tím spojená nutnost alespoň 300W zdroje a také nevhodnost pro použití v mobilní sféře.
Intel to sice zkusil a uvedl Mobile Pentium 4, ale jeho spotřeba dosahovala až 88 W, což se naprosto nemohlo rovnat pozdějším Pentium M, které byly založené na architektuře Pentia III, měly vyšší výkon v šikorém pásmu aplikací a podstatně nižší spotřebu. Mobilní platforma Centrino byla pro Intel obrovský úspěch a částečně vynahradila nesplněné představy o Pentiu 4.
Pentium 4 Willamette, 217 mm2
Situace Intelu na desktopovém trhu se ještě zhoršila s nástupem Athlonů XP (jádro Palomino, 256kB L2). Intel ztrácí marketingovou výhodu vyšších taktů, protože AMD zavádí PR (Performance Rating, občas chybně chápáno jako Pentium Rating) systém, v praxi byl procesor označen jedinou hodnotou, číslem odpovídajícím taktu přibližně stejně výkonného procesoru od Intelu.
Přídomek XP bývá interpterován jako eXtreme Performance, ale AMD se také mohlo chtít svézt na vlně reklam okolo Windows XP, které vycházejí ve stejné době. V porovnání s původním Athlonem je kromě dosahování vyšších kmitočtů také asi o 10% lepší v disciplíně takt na takt. Důležitou inovací je i teplotní čidlo měřící teplotu uvnitř jádra. Původně bylo jádro Palomino vydáno jako mobilní verze zvaná Mobile Athlon 4 (jádro Corvette), proto bylo při návrhu čipu myšleno na spotřebu a s tím související odpadní teplo. Procesory běžely na taktech až 1733 MHz (2100+), což na první generaci Pentia 4 s jistým přehledem stačilo. Na druhou už s tak jistým ne.
Nové jádro Northwood bylo obdařeno dvojnásobnou cache (512 kB, L2) a nižším výrobním procesem, s tím přišly i vyšší takty, a tak byla poprvé překonána hranice 3 GHz a Intelu se podařilo si udržet výkonnostní korunu. V pozdějších verzích Northwoodu se objevuje technologie Hyper-Threading, která umožňuje zpracování více vláken procesu najednou.
Tedy v praxi, pokud je funkce HT zapnuta, operační systém vnímá procesor jako vícejádrový. Operační systém však musel být pro tuto funkci optimalizován, což nebyl případ, tehdy pořád dost rozšířených, Windows 2000, proto se doporučovalo nechat HT vypnuté. Intel tvrdí, že výkonový nárůst je až 30% při jen o 5% větším čipu. To byla za vhodných okolností (běh více náročných programů najednou) skutečně pravda, za nevhodných docházelo k malému poklesu výkonu. Stinnou stránkou bylo další zvýšení spotřeby.
Intelův Boxovaný chladič pro jádra Northwood působil na svou dobu skutečně robustním dojmem. Jeho rozměry byly 92 x 69 mm, byl celohliníkový a vážil 400 g. Vzhledem k otáčkám ventilátoru 2750 za minutu byl přiměřeně tichý. Pro srovnání, standardní AMD chladič měl 77 x 68 mm a 380 g.
Situace v tomhle stavu nevydržela dlouho, už o půl roku později reaguje AMD s v pořadí 4. generací Athlonu nazvanou Thoroughbred. Ta se stala prvním 130nm procesorem od AMD, což se neobešlo bez komplikací, vznikly tedy verze A a B. Verze A měla potíže s teplotou, proto se její takty držely zpátky - v nejrychlejší verzi dosahovaly 1800 MHz (2200+), zákazníci na opravu nemuseli čekat dlouho, za 3 měsíce už byla na světě verze B. Chyba byla opravena a takty rázem povyskočily až k 2250 MHz (2800+).
V rychlém sledu následuje Barton a jeho slabší bratr Thorton, vzájemně se liší pouze rozdílným množstvím L2 cache (512 kB Barton, 256 kB Thorton, název Thorton vznikl z Thoroughbred a Barton). Ačkoli nedosahovali o moc vyšších taktů než předchůdce, získali vyšší PR. Vzhledem ke konstrukci cache u AMD nedošlo s jejím zvětšením k výraznému nárůstu v rychlosti, tedy Barton byl jen o málo rychlejší než Thorton. Ten se tak stal velmi výhodnou koupí. AMD si ale dobře uvědomovalo, že s 5. generací dosáhne limitů architektury K7 a už dříve začlo s vývojem její nástupkyně.
Intelův úspěch s mobilní platformou Centrino podnítil AMD k uvedení konkurenčních procesorů označených logicky Athlon XP-M. Byly to nejpovedenější kusy obyčejných Athlonů XP s jádrem Barton a Thoroughbred, bylo sníženo napájecí napětí, což vedlo k nižší spotřebě a produkci tepla. Běžely na nižších frekvencích sběrnice a neměly zamčený násobič, proto byly schopny měnit svůj takt vzhledem k zatížení. To také přispělo k úsporám energie. AMD tuhle technologii nazvalo PowerNow! a později ji přejmenovalo a s K8 znovu představilo i pro desktop jako Cool'n'Quiet. Odemčený násobič a fakt, že se jednalo o nejlepší kusy přilákal mnoho overclockerů, kteří z nich dokázali vymáčknout až takty okolo 3,1 GHz, což bylo, vzhledem k nejvyšším původním taktům 1,8 GHz, minimálně úctyhodné.
I přes to, že Athlony byly pro Pentium 4 velmi těžkým soupeřem, k výraznějším změnám v podílech na trhu nedocházelo. Za to mohl nejen dobrý marketing Intelu, ale také protizákonné dohody s výrobci PC, za které byl Intel v roce 2009 Evropskou komisí potrestán rekordní pokutou 1,06 miliardy Eur. Pro zajímavost, jeho obrat v roce 2009 byl 35 miliard dolarů, pokuta tedy není tak výraznou položkou, jak se může nejprve zdát, zanedbatelná však také není. Souzen byl i v Japonsku, kde byl uznán nevinným a v Jižní Korei, kde dostal pokutu 25,5 milionů dolarů. Soud ve Spojených Státech svůj rozsudek dosud nevyřkl.
Ke grafu na obrázku je nutno dodat, že se jedná o podíl na celém trhu s x86 procesory, zahrnuje tedy maloobchodní prodeje i prodeje výrobcům PC sestav. Na poli maloobchodních prodejů si AMD vedlo podstatně lépe. Např. společnost Current Analysis Inc. uvádí, že v říjnu 2005 byl podíl obou společností 50%, o několik měsíců později AMD dokonce Intel překonalo. Všeobecně platí, že podíl AMD na desktopovém trhu je vyšší než na notebookovém.
Samotná architektura NetBurst je první úplný redesign procesoru od doby Pentia Pro. Obsahuje velmi hlubokou instrukční pipeline pro dosažení velmi vysokých frekvencí. Architektura implementuje několik nových funkcí jako je např. jednotka „Out of Order“, která umí přeuspořádat provádění instrukcí tak, aby neutrpěla logika programu, tedy pokud nemůže být některá mikrooperace provedena, protože nemá data, provede se jiná mikrooperace. Tímto způsobem je možné odstranit zpoždění, ke kterým dochází v důsledku nedostupnosti dat. Na konci tohoto procesu se vše sestaví do původního pořadí. Přibylo také celkem 144 instrukcí v rámci SSE2, což se nesetkalo s kladným ohlasem vývojářů kvůli potřebné optimalizaci.
Na papíře to všechno mohlo vypadat krásně, ale jak první testy ukázaly, Pentium 4 bylo schopno s pečlivě optimalizovaným kódem porazit stejně taktované Pentium III, v reálných aplikacích se mu ale sotva vyrovnalo. Ve srovnání s AMD byla situace ještě horší, Athlonům se poměřovat nemohlo a v některých aplikacích prohrávalo i s levnými Durony. Dalším problémem byla vysoká spotřeba a s tím spojená nutnost alespoň 300W zdroje a také nevhodnost pro použití v mobilní sféře.
Intel to sice zkusil a uvedl Mobile Pentium 4, ale jeho spotřeba dosahovala až 88 W, což se naprosto nemohlo rovnat pozdějším Pentium M, které byly založené na architektuře Pentia III, měly vyšší výkon v šikorém pásmu aplikací a podstatně nižší spotřebu. Mobilní platforma Centrino byla pro Intel obrovský úspěch a částečně vynahradila nesplněné představy o Pentiu 4.
Pentium 4 Willamette, 217 mm2
Situace Intelu na desktopovém trhu se ještě zhoršila s nástupem Athlonů XP (jádro Palomino, 256kB L2). Intel ztrácí marketingovou výhodu vyšších taktů, protože AMD zavádí PR (Performance Rating, občas chybně chápáno jako Pentium Rating) systém, v praxi byl procesor označen jedinou hodnotou, číslem odpovídajícím taktu přibližně stejně výkonného procesoru od Intelu.
Přídomek XP bývá interpterován jako eXtreme Performance, ale AMD se také mohlo chtít svézt na vlně reklam okolo Windows XP, které vycházejí ve stejné době. V porovnání s původním Athlonem je kromě dosahování vyšších kmitočtů také asi o 10% lepší v disciplíně takt na takt. Důležitou inovací je i teplotní čidlo měřící teplotu uvnitř jádra. Původně bylo jádro Palomino vydáno jako mobilní verze zvaná Mobile Athlon 4 (jádro Corvette), proto bylo při návrhu čipu myšleno na spotřebu a s tím související odpadní teplo. Procesory běžely na taktech až 1733 MHz (2100+), což na první generaci Pentia 4 s jistým přehledem stačilo. Na druhou už s tak jistým ne.
Nové jádro Northwood bylo obdařeno dvojnásobnou cache (512 kB, L2) a nižším výrobním procesem, s tím přišly i vyšší takty, a tak byla poprvé překonána hranice 3 GHz a Intelu se podařilo si udržet výkonnostní korunu. V pozdějších verzích Northwoodu se objevuje technologie Hyper-Threading, která umožňuje zpracování více vláken procesu najednou.
Tedy v praxi, pokud je funkce HT zapnuta, operační systém vnímá procesor jako vícejádrový. Operační systém však musel být pro tuto funkci optimalizován, což nebyl případ, tehdy pořád dost rozšířených, Windows 2000, proto se doporučovalo nechat HT vypnuté. Intel tvrdí, že výkonový nárůst je až 30% při jen o 5% větším čipu. To byla za vhodných okolností (běh více náročných programů najednou) skutečně pravda, za nevhodných docházelo k malému poklesu výkonu. Stinnou stránkou bylo další zvýšení spotřeby.
Intelův Boxovaný chladič pro jádra Northwood působil na svou dobu skutečně robustním dojmem. Jeho rozměry byly 92 x 69 mm, byl celohliníkový a vážil 400 g. Vzhledem k otáčkám ventilátoru 2750 za minutu byl přiměřeně tichý. Pro srovnání, standardní AMD chladič měl 77 x 68 mm a 380 g.
Situace v tomhle stavu nevydržela dlouho, už o půl roku později reaguje AMD s v pořadí 4. generací Athlonu nazvanou Thoroughbred. Ta se stala prvním 130nm procesorem od AMD, což se neobešlo bez komplikací, vznikly tedy verze A a B. Verze A měla potíže s teplotou, proto se její takty držely zpátky - v nejrychlejší verzi dosahovaly 1800 MHz (2200+), zákazníci na opravu nemuseli čekat dlouho, za 3 měsíce už byla na světě verze B. Chyba byla opravena a takty rázem povyskočily až k 2250 MHz (2800+).
V rychlém sledu následuje Barton a jeho slabší bratr Thorton, vzájemně se liší pouze rozdílným množstvím L2 cache (512 kB Barton, 256 kB Thorton, název Thorton vznikl z Thoroughbred a Barton). Ačkoli nedosahovali o moc vyšších taktů než předchůdce, získali vyšší PR. Vzhledem ke konstrukci cache u AMD nedošlo s jejím zvětšením k výraznému nárůstu v rychlosti, tedy Barton byl jen o málo rychlejší než Thorton. Ten se tak stal velmi výhodnou koupí. AMD si ale dobře uvědomovalo, že s 5. generací dosáhne limitů architektury K7 a už dříve začlo s vývojem její nástupkyně.
Intelův úspěch s mobilní platformou Centrino podnítil AMD k uvedení konkurenčních procesorů označených logicky Athlon XP-M. Byly to nejpovedenější kusy obyčejných Athlonů XP s jádrem Barton a Thoroughbred, bylo sníženo napájecí napětí, což vedlo k nižší spotřebě a produkci tepla. Běžely na nižších frekvencích sběrnice a neměly zamčený násobič, proto byly schopny měnit svůj takt vzhledem k zatížení. To také přispělo k úsporám energie. AMD tuhle technologii nazvalo PowerNow! a později ji přejmenovalo a s K8 znovu představilo i pro desktop jako Cool'n'Quiet. Odemčený násobič a fakt, že se jednalo o nejlepší kusy přilákal mnoho overclockerů, kteří z nich dokázali vymáčknout až takty okolo 3,1 GHz, což bylo, vzhledem k nejvyšším původním taktům 1,8 GHz, minimálně úctyhodné.
I přes to, že Athlony byly pro Pentium 4 velmi těžkým soupeřem, k výraznějším změnám v podílech na trhu nedocházelo. Za to mohl nejen dobrý marketing Intelu, ale také protizákonné dohody s výrobci PC, za které byl Intel v roce 2009 Evropskou komisí potrestán rekordní pokutou 1,06 miliardy Eur. Pro zajímavost, jeho obrat v roce 2009 byl 35 miliard dolarů, pokuta tedy není tak výraznou položkou, jak se může nejprve zdát, zanedbatelná však také není. Souzen byl i v Japonsku, kde byl uznán nevinným a v Jižní Korei, kde dostal pokutu 25,5 milionů dolarů. Soud ve Spojených Státech svůj rozsudek dosud nevyřkl.
Ke grafu na obrázku je nutno dodat, že se jedná o podíl na celém trhu s x86 procesory, zahrnuje tedy maloobchodní prodeje i prodeje výrobcům PC sestav. Na poli maloobchodních prodejů si AMD vedlo podstatně lépe. Např. společnost Current Analysis Inc. uvádí, že v říjnu 2005 byl podíl obou společností 50%, o několik měsíců později AMD dokonce Intel překonalo. Všeobecně platí, že podíl AMD na desktopovém trhu je vyšší než na notebookovém.
