AMD PROCESSZOROK KÉSZÍTETTE: NAGY ZOLTÁN MÁRK EHA KÓD: NAZKABF.SZE I. ÉVES PROGRAMTERVEZŐ-INFORMATIKUS,BSC

Átírás

1 AMD PROCESSZOROK KÉSZÍTETTE: NAGY ZOLTÁN MÁRK EHA KÓD: NAZKABF.SZE I. ÉVES PROGRAMTERVEZŐ-INFORMATIKUS,BSC

2 Az Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) egy félvezetőgyártó vállalat, központja a kaliforniai Sunnyvale-ben található. Ez a cég az x86-os mikroprocesszorok második legnagyobb gyártója, és emellett jelentős flashmemória-gyártó is. A vállalatot 1969-ben alapították az alapítók mindegyike a Fairchild Semiconductor alkalmazottja volt korábban. Jelenleg a vállalat igazgatótanácsának elnöke és vezérigazgatója Dr. Hector Ruiz. Az AMD elsősorban a PC-kompatibilis Athlon, Duron, Opteron, Turion és Sempron processzorairól ismert, de az általa kifejlesztett chipek és technológiák megtalálhatók számos más elektronikai készülékben is. Az AMD logikai chipekkel kezdte tevékenységét 1969-ben, majd 1975-ben belépett a RAM-üzletágba. Még ugyanebben az évben visszafejtéssel (reverse-engineering) elkészítette az Intel 8080 mikroprocesszorának klónját. Az Intellel kötött szerződése alapján az AMD alvállalkozóvá lép elő az 8086 és 8088 processzorok gyártásánál. Az IBM szerette volna felhasználni az 8088 processzorait az IBM PC-kben, de irányelvei szerint legalább két forrásból kellett beszereznie a mikroprocesszorokat. Az AMD később megalkotta az 80286, vagy ismertebb nevén, a 286-ot egy korábban az Intellel kötött egyezség alapján erre lehetősége volt ám az Intel 1986-ban ezt a jogot visszavonta. A PC klónok növekvő népszerűsége azt jelentette, az Intel úgy gyárthat CPU-kat, hogy nem követi az IBM feltételeit. Az AMD emiatt beperelte, a per csak 1991-ben ért véget, amikor a kaliforniai legfelsőbb bíróság szerződésszegés miatt 1 milliárd dollár jóvátétel fizetésére kötelezte az Intelt ben kiadta az Am386-t, az Intel processzor klónját. Kevesebb, mint egy év alatt egymillió egységet adtak el. Az AMD következő processzora az 1993-as Am486 volt. Mindkét processzort jóval alacsonyabb áron adta el, mint az Intel a saját verzióit. Az AMD 386DX-40 nagyon népszerű volt kicsiny méretével, független klóngyárával, így az Am486 processzort nagyon sok OEM partner használta, beleértve a Compaq-ot is. Az Intel termékeinek klónozása azonban egyre kevésbé bizonyult életképes stratégiának, mert ez azt jelentette, technológia terén az AMD mindig az Intel mögött fog járni december 30- án a kaliforniai Legfelsőbb Bíróság úgy döntött, az AMD-nek nincs joga használni az i386-os mikrokódot. Az AMD és az Intel ezek után egyezséget kötöttek, melynek részletei nagyrészt titkosak. Az egyezség biztosította az AMD-nek azt a jogot, hogy processzorokat gyártson az Intel 286-os, 386-os és 486-os mikrokódját használva. Az egyezmény alapján mind a két versenyző rendelkezik keresztlicensz (cross-license) szerződéssel a nagyon alapvető szabadalmakra, szerzői jogokra (copyrights) vonatkozóan. Ezek lehetőséget teremtenek, hogy mindketten használhatják egymás technológiai újításait jogdíj nélkül. Az AMD megpróbálta megszerezni a RISC technológiát saját AMD 29K processzorába és megpróbált nyilvánossá tenni grafikai és audioeszközöket, valamint flashmemória-gyártóként is fellépett. Az AMD ezen erőfeszítései nem voltak nyereségesek, így a cég úgy döntött, hogy az Intel-kompatibilis processzorokra és a flashmemóriákra fog koncentrálni, mely egyet jelentett egy nyílt verseny meghirdetésével az Intellel. Az AMD alvállalkozóként továbbra is bedolgozott az Intelnek.

3 K5 Az első teljesen belső fejlesztésű processzoruk a K5 volt, melyet nagyon későn, 1995-ben dobtak piacra. A K a kriptonitra utal, ami a képregényekben az egyetlen dolog, ami árthat Supermannek - nyílvánvaló célzás az Intelre -. A K5 igyekezett a már 1993-ban kiadott Intel CPU-k közvetlen versenytársa lenni, de architekturálisan több hasonlóságot mutatott az újonnan kiadott Pentium Proval, mint a Pentiummal vagy a Cyrix 6x86-ával. Számos probléma volt azonban vele: bonyolult nevezési rendszert alkalmaztak, így néhány chipnél a valódi mag-sebességüket reprezentálták, máshol pedig ez csupán egy PR szám volt. Sokatmondó, hogy a K5 nem tudott versenyre kelni az 6x86-osok egészszámvégrehajtásával (integer performance), sem a Pentiumok FPU teljesítményével. Ezek, valamint a nagy méret és az a tény, hogy a tervezés rossz volt, a K5-öt halálra ítélte a piacon. Akár hogy is, de jó pont, hogy a K5-nek nem voltak kompatibilitási problémái a 6x86-ossal ellentétben, valamint nem forrósodott fel, mint a Cyrix chipek. K ban az AMD felvásárolta a NexGen-t, az x86-kompatibilis Nx sorozathoz fűződő jogaik miatt. Ez mintegy a beismerése volt annak, hogy a K5 bebizonyította, hogy az AMD nem képes olyan saját processzor-architektúrát kiadni, ami versenyezhet az Intellel. A felvásárlás valószínűleg megmentette az AMD-t, ami némileg ironikus, tekintve, hogy a NexGen-t volt Intel-alkalmazottak alapították. A NexGen egy év alatt átdolgozta az Nx686-os mikroarchitektúrát és az K6 nevet adták neki. Az újratervezés magában foglalta a visszacsatolt, dinamikus utasítás-átrendezési mechanizmust és az MMX utasításokat. Az AMD legfontosabb megoldása a lábkompatibilitás az Intel Pentiummal. Ezáltal képessé vált a rendkívül széles körben elterjedt Socket 7 alapú alaplapokba való integrálása. Hasonlóan az Nx686 és Nx586 előtt, a K6 le is fordította a Pentiumkompatibilis x86-os utasításkészletet RISC-szerű mikroutasításokra. A következő évben az AMD kiadta a K6-2-t, amihez már hozzáadta a lebegőpontos multimédia-utasításkészletét, azaz a 3DNow!-t, valamint az új foglalatszabványát, melyet Super Socket 7 -nek nevezett el. Mindkettő fokozott teljesítménnyel járt januárjában a K6-x széria befejezett változata, a 450 MHz K6-III nagymértékben versenyképes volt az Intel legjobb processzoraival. Ez a chip alapvetően a K6-2-n alapult, mely 256 kilobájtos második szintű gyorsítótárral és jobb elágazás-előrejelző egységgel rendelkezett. Bár az AMD versenyzett a Pentium II/III processzorokkal, és egészszám-műveletek terén gyakorlatilag jobb is volt nála, addig az FPU-ja egy non-pipelined tervezési széria volt és nem tudott versenyezni az Intel sokkal fejlettebb FPU architektúrájával. Habár a 3DNow! elméletileg kompenzálta ezt a gyengeséget, kevés játék fejlesztője használta. Pályafutása során a K6 processzor teljesítmény terén sohasem tűnt egészen egyenlőnek az Intel processzoraival. Az alaplapok változó minőséggel dolgoztak a K6-tal és az AMD processzorgyárainak problémái érintették a szállítást is. Az AMD kétes hírnevet szerzett, melyet azzal érdemelt ki, hogy csak némiképp lassabb és kevésbé megbízható x86-os klónokat tudott készíteni.

4 Athlon / K7 Világossá vált, hogy az AMD-nek a túlélés érdekében változtatnia kell a stratégiáján. Jerry Saunder felismerte ezt, és kidolgozta a híres Virtuális gorilla stratégiát. Ennek jegyében stratégiai iparági szövetségeket kötöttek és használtak ki, hogy az Intellel egyenlőbb technológiai háttérrel tudjon versenyezni. Ennek az első gyümölcsei 1999 augusztusában értek be, amikor az AMD megjelentette az Athlon (K7) processzort. A tervezőcsapat főnöke Dirk Meyer volt, a DEC Alpha projekt egyik vezetője. Jerry Sandersnek a DEC csapat számos mérnökét sikerült átcsábítania, ahogy a DEC lassan leépítette az Alpha projektet, így sikerült meglehetősen olcsón hozzájutnia egy első osztályú processzortervező csapathoz. Megjegyzendő, hogy az Athlon tervezőcsapatában azok is részt vettek, akik a K5 és a K6 processzorokon dolgoztak. Az Athlon fejlett mikroarchitektúrája az általános jó teljesítményre lett kihegyezve, egy meglehetősen fejlett lebegőpontos egységgel (FPU). Az Intel P6-hoz hasonlítva az Athlon fejlettebb volt; számos problémát és szűk keresztmetszetet sikerült orvosolniuk, így az Athlonnak nagyobb lett az utasítás-átbocsátó képessége (execution per clock throughput). A fejlődés oka részben az volt, hogy az eredeti Intel P6 ugyanis korábbi tranzisztorgyártási processzel készült, mint az Athlonok. Az első Athlonoknak voltak kezdeti problémáik az utasításelágazáselőrejelzéssel, valamint az alacsony órajelekkel, de mire a végleges változat megjelent egy lenyűgöző 650 MHz-es órajellel működő processzort kapott a világ. Az Intel azonnal reagálni kényszerült, a P6 magjának gyors újratervezésével, amivel kijavították az utasítás-futószalag (pipeline) számos megakadását, amik a P6 teljesítményét rontották. Az eredmény a Coppermine processzorverzió lett. Mindenesetre, a kapkodás nagyon igénybe vette az Intel gyártósorait, és a bejelentés után még sokáig nehezen volt beszerezhető a Coppermine. Ezzel ellentétben, az AMD processzorok gyártása a várakozásokon felül alakult. Így az AMD március elején bejelentette a 900 MHz-es és 1 GHz-es Athlon processzorait, és még ugyanabban a hónapban tömegesen szállítani is tudta őket, ismét meglepve ezzel az iparágat. Az Intel néhány nappal az AMD után bejelentette 1 GHz-es Pentium processzorát, de hónapokon keresztül képtelen volt tömeggyártani őket. A Motorolával együttműködve a Virtuális gorilla stratégia részeként, az AMD egy évvel az Intel előtt be tudta vezetni alkatrészeiben a réz összeköttetéseket, amivel egyértelmű előnyt szerzett a gyártási technológiában, és így az órajelekben is. Az AMD nagy súlyt fektetett az Athlonok számára készült alaplapok teljesítményére és megbízhatóságára, egy minőségbiztosítási program keretében. Miután magabiztosan kézben tartotta a piac felső, teljesítményigényes végét, az AMD kibocsátott egy olcsóbb árkategóriájú processzorcsaládot, az Athlon magján alapuló Duront. Ezek a technológiai és marketingsikerek sokat tettek az AMD hírnevének újra megalapozása érdekében, és az AMD processzoraiból gúnyt űző viccek lassan feledésbe merültek. Az AMD K6-osának áraival továbbra is alávágott az Intel árainak a piac alsó szegmensében, és amíg az Intelnek gyártási problémákkal és alkatrészhiánnyal kellett szembenéznie, az AMD piaci részesedése szép lassan 23%-ra kúszott fel. Marketingszempontból az AMD-nak sikerült a lehető legtöbbet kihoznia teljesítményelőnyéből, a szállítás megbízhatóságából és a nagyobb stabilitásból. A marketingstratégia technikai oldalon a könnyen megismételhető, az alkalmazások széles körén alapuló

5 teljesítménytesztekre összpontosított. Ezt a stratégiát jól alátámasztották a különböző tesztoldalak és magazinok tesztjei, amik megerősítették az AMD teljesítményre vonatkozó állításait, és az Athlon processzor felsőbbrendűségét az Intel ajánlataival szemben, éveken keresztül. Nem lehet eléggé hangsúlyozni, milyen fontos volt ez az AMD hírneve és hitelessége szempontjából. Az Athlon K7 fényes sikere kezdett elhalványodni, ahogy az Intel megjelentette a Pentium 4 processzort. Bár a K7 sokal nagyobb órajeleket tudott elérni, mint a Pentium 3 sorozat, az új Netburst architektúra, ami tervezési célja szerint kizárólag a mély pipeline és a magas órajel segítségével éri el nagy teljesítményét, kezdett túlnőni az Athlon sorozaton. Az AMD ellenlépése erre az Athlon XP volt, ami versenyképes tudott maradni egészen a Pentium 4 Northwood CPU megjelentéséig, ami a korai Pentium 4-eseknél jóval hatékonyabban működött, és jóval nagyobb órajeleken, egészen 3,4 GHz-ig bezárólag. Ez alatt az idő alatt az AMD-nek nem volt más adu a kezében, mint az öregedő K7 architektúra. Bár a K8 már a tervezőasztalon feküdt, még évekig nem volt elérhető, tehát az AMD-nek a K7-est kellett a piacon eladnia. Az Athlon XP-vel kezdve az AMD elkezdett olyan processzorneveket használni, amik az Athlon XP teljesítményét a korai Athlon processzorok teljesítményéhez hasonlítják (például: Athlon XP = Athlon processzor 1800 MHz-en). Ezt a definíciót később nem mindig pontosan így használták. Az AMD folyamatosan veszített piaci részesedéséből, ahogy az Intel egyre jobban növelte processzorainak órajelét. Igazán súlyossá akkor vált számára a helyzet, amikor az Intel bevezette a hyperthreading technológiát. Ez egy második, virtuális processzort nyújtott, és így az Intel egy tényleges, komoly teljesítményelőnyre tett szert a K7-tel szemben. Az AMD visszaszorult az alsóbb piaci szegmensekbe, miközben az Intel a Pentium 4 Northwooddal uralta a piacot. AMD64 / K8 A K8 processzor a K7 architektúra komoly továbbfejlesztése, a következő figyelemreméltó újdonságokkal: az utasításkészlet kiterjesztése az x bites utasításkészletre (AMD64), egy processzorra integrált memóriavezérlő, és egy igen nagyteljesítményű pont-pont összeköttetésű multiprocesszor-képes busz megvalósítása, amit HyperTransportnak hívnak. Az x86 64 bitesre való kibővítése fontos volt az AMD számára, mert ez egy komoly próbálkozás volt a részéről, hogy az x86 szabvány irányítását kiragadja az Intel kezéből. Az AMDnek ez a lépése igen jól lett időzítve ahhoz, hogy kihasználjon egy rést az Intel termékskálájában illetve útitervében (nevén nevezve, hiányzott egy Pentiumkompatibilis CPU, ami elindíthatja az úgyis elkerülhetetlen migrációt a 64 bit irányába). Az AMD-szabványhoz igazodott a Microsoft, a Linux és még a Sun Microsystems is. Ez az Intelt arra kényszerítette, hogy visszafejtsék az AMD specifikációját, és elkészítsék a saját klónozott változatukat (EM64T néven). A K8 jellemzője még a Direct Connect Architecture nevű I/O architektúra. Az AMD64 projekt úgy is tekinthető, mint Jerry Sanders Virtuális gorilla stratégiájának továbbvitele ebben Sanders a vállalat céljaként határozza meg, hogy egy erős, kutatással-fejlesztéssel is foglalkozó cég legyen, ne csak az alacsony hasznot hozó, olcsó klónok gyártója maradjon. Az AMD Opteron a K8 processzor vállalati szerver-változata. Az AMD eredetileg az Intel IA-64 Itanium architektúrája ellen pozicionálta; ám az IA-64 projekt viszonylagos

6 sikertelensége az eladási példányszámokban azt eredményezte, hogy az Opteron immár az Intel Xeon processzorával versenyez. Az AMD technológiai fölénye nagyban megnövelte a hitelüket a vállalati szegmens számára is, így lassanként itt is sikerült megnövelnie piaci részesedését május 31-én az AMD megjelentette első asztali kétmagos (dual core) processzorcsaládját az Athlon 64 X2-t. Az Intel kétmagos designjaival ellentétben az X2 a két magot egyetlen csipen integrálja (a konkurens megoldásban két chip van egy csomagban összekötve). Az Intel megoldásának vannak elméleti előnyei a gyártástechnológiában, de felad néhány teljesítményfokozó lehetőséget (mivel a processzorok közötti kommunikáció külsőleg, tűkön történik, belső tranzisztorok helyett). Az X2 jelentős lépés a skálázhatóság és teljesítmény felé, különösen többszálú szoftverek esetében.