AMD Athlon

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 16:14, 18 января 2019.
Athlon
AMD Athlon Processor Logo.svg
Производство: С июнь 1999 по 2018
Производители:
  • AMD
Частота CPU: 500 МГц — 4 ГГц
Частота FSB: 100 МГц — 133 МГц
Технология производства: 250-нм — 28-нм
ISA: x86
Разъемы:
Предшественник K6-III
Ядра:
  • Argon
  • Pluto/Orion
  • Thunderbird
  • Zen

Athlon – представляет собой торговое название серии x86-совместимых процессоров, спроектированных и выпускаемых компанией AMD. На момент появления, 23 июня 1999 года, построенный на ядре K7, Athlon являлся самым производительным решением для ПК, превосходя всех конкурентов, включая главного – Pentium III от Intel. [Источники 1] Благодаря огромному успеху процессора, название Athlon используется в последующих сериях процессоров от AMD, таких как Athlon XP, Athlon 64, Athlon II и другие.

История

Так как процессор K6-III уже не представлялось возможным модернизировать, AMD решила выпустить новый процессор седьмого поколения K7. Стараясь усилить свое влияние на рынке микропроцессоров, AMD в 1998 заключает партнерское соглашение с полупроводниковым гигантом Motorola. Целью соглашения являлась совместная разработка новой технологии производства интегральных схем(copper-based semiconductor technology). Позднее его переименовали в Athlon.

В этом процессоре были устранены все недостатки предыдущих версий. В связи с этим процессор превосходил процессоры линейки Intel. В народе этот процессор сразу был назван «Убийца Intel». На тот момент процессор Athlon был самым быстрым процессором x86. Но ни один из чипсетов AMD и VIA не мог конкурировать с чипсетами Intel. Это побудило компанию AMD в августе 1999 года выпустить первые процессоры Athlon на микроархитектуре K7.

Сотрудничество с Motorola позволило AMD довести новую технологию до стадии массового производства, а также первыми преодолеть барьер в 1 ГГц на год раньше Intel.

К концу 1999 года как процессоры Intel Pentium III, так и AMD Athlon выпускались по 180-нм техпроцессу. Решения от Intel имели интегрированный L2 кэш, работающий на частоте ядра. Из-за этого на частоте 1 ГГц кэш работал крайне нестабильно. AMD решила эту проблему, использовав внешний L2 кэш, который работал на частоте в 2-3 раза меньшей частоты ядра, что позволило повысить тактовую частоту до отметки в 1 ГГц.

Так как с процессором K7 пользовался большим спросом, то компания AMD решила его улучшать. В следующих версиях процессоров была увеличена частота и был совершен переход на более тонкие техпроцессы. Важно упомянуть, что AMD так же делала процессоры для серверов и ноутбуков.

Чтобы конкурировать с процессорами Intel, Celeron AMD выпустила два бюджетных процессора. Они были менее продуктивны, чем процессоры Athlon, но составляли конкуренцию Celeron. Процессор восьмого поколения AMD K8, разработанный в 2003 году, стал первым процессором x86, который поддерживал 64 - битную адресацию. У процессора так же было много модификаций, как и у предыдущего процессора. Продавался он вплоть до 2008 года,но позже потерял свою актуальность.

В 2007 году был разработан процессор AMD Phenom: K10 и Quad-Core. С выходом процессора K10 AMD столкнулнулась с рядом проблем. Процессор работал недостаточно быстро. Далее процессор Phenom был доработан до 4 ядер и стал называться Phenom X4. Но появлению 4-го ядра сопутствовала проблема, связанная с его дефектом. После чего появился 3-ядерный процессор Phenom X3.

К середине 2008 года компания AMD уже с трудом могла конкурировать с Intel. Для того чтобы выйти из кризисной ситуации, нужно было предлагать новые решения.

В 2010 году AMD разрабатывает абсолютно новую архитектуру и называет новый процессор кодовым именем «Bulldozer». Имя, скорее всего, было выбрано не случайно. Этот процессор должен был снести с рынка процессоры Intel как бульдозер сносит все на своем пути.Данный процессор делится на две ветви: Opteron (серверная версия) и FX (для ПК). Теперь этот процессор был способным конкурировать с процессорами Intel Core. Они и по сей день не потеряли своей актуальности.

В сентябре 2018 года компания AMD заявила о начале продаж бюджетного процессора AMD Athlon 200GE с встроенной графикой Radeon Vega 3. Его рекомендованный ценник для рынка США составляет всего $55, что ставит его между Intel Celeron G4920 (2 / 2 x 3,2 ГГц; $52) и Intel Pentium G4560 (2/4 x 3,5 ГГц; $64) / Intel Pentium Gold G5400 (2/4 x 3,7 ГГц; $64). [Источники 2]

Архитектура процессора

Новшества архитектуры K7

  • Новое АЛУ для целочисленных вычислений: три конвейера глубиной 10 стадий позволили процессору выполнять до трех инструкций за такт.
  • Новый блок вещественночисленных вычислений: отсутствие конвейера в предыдущих процессорах AMD не позволяло начать выполнение новой команды, пока не закончится выполнение предыдущей. Теперь же блок содержал три конвейера глубиной 15 стадий, что позволило выполнять инструкции параллельно.
  • Системная шина EV6, лицензированная у компании DEC: передача данных по обоим фронтам тактового сигнала резко увеличила пропускную способность.
  • L1 кэш объемом 128 Кбайт (64 Кбайт кэш инструкций и 64 Кбайт кэш данных).
  • Новый набор инструкций Extended 3DNow!, расширивший функционал 3DNow!.

Новшества архитектуры K8

  • Главным улучшением процессора стал интегрированный контроллер памяти.
  • После этого AMD выпустила огромное количество процессоров, сделанных на основе процессора K8. Например, процессор Opteron (серверная версия), Turion 64 (для ноутбуков) и Athlon 64 FX (High-end процессор).

Процессор AMD Athlon 64 X2 (2005 год) был создан из двух ядер процессора K8, став первым двухъядерным процессором AMD. Благодаря архитектуре с интерфейсом Hyper Transport значительно увеличилась производительность. На тот момент он значительно опередил процессоры Intel.


Процессор Ядро Особенности Opteron
Opteron Sledgehammer Первая модель процессоров Opteron (130 нм)
Venus Одноядерные процессоры Opteron 1хх (90 нм)
Troy Одноядерные процессоры Opteron 2хх (90 нм).
Athens Одноядерные процессоры Opteron 8хх (90 нм)
Denmark Двухъядерные процессоры Opteron 1хх (90 нм)
Italy Двухъядерные процессоры Opteron 2хх (90 нм)
Egypt Двухъядерные процессоры Opteron 8хх (90 нм)
Santa Ana Двухъядерные процессоры Opteron (90 нм, Socket AM2)
Santa Rosa Двухъядерные процессоры Opteron (90 нм, Socket F)
Clawhammer Первая модель процессоров Athlon 64 (130 нм, 1 МБ кэша второго уровня)
Newcastle Ядро Clawhammer с частично отключённым кэшем второго уровня (512 КБ)
Winchester Процессоры Athlon 64, произведённые по обновлённому (90 нм) техпроцессу
Athlon 64 Venice Ревизия ядра Winchester
San Diego Ревизия ядра Venice
Orleans Процессоры Athlon 64 для Socket AM2
Lima Одноядерные процессоры на базе ядра Brisbane
Athlon 64 FX Sledgehammer Первая модель процессоров Athlon 64 FX (130 нм)
San Diego Процессоры Athlon 64 FX, произведённые по обновлённому техпроцессу (90 нм)
Toledo Двухъядерные процессоры Athlon FX (90 нм)
Manchester Двухъядерные процессоры на базе ядра Venice (512 КБ кэша второго уровня, Socket 939)
Toledo Двухъядерные процессоры на базе ядра Venice (1 МБ кэша второго уровня, Socket 939)
Athlon 64 X2 Windsor Двухъядерные процессоры на базе ядра Orleans (1 МБ кэша второго уровня, Socket AM2)
Athlon X2 Brisbane Двухъядерные процессоры, произведённые по обновлённому (65 нм) техпроцессу. Переименованные процессоры Athlon 64 X2 с новой системой обозначения моделей.
Sempron Paris Первая модель процессоров Sempron K8. Ядро Newcastle с частично отключённым кэшем второго уровня (256 КБ). Инструкции AMD64 заблокированы.
Palermo Ядро Winchester с частично отключённым кэшем второго уровня (128 или 256 КБ).
Manila Ядро Orleans с частично отключённым кэшем второго уровня (256 КБ).
Sparta Ядро Lima с частично отключённым кэшем второго уровня (512 КБ).
Athlon XP-M Dublin Мобильные процессоры. Инструкции AMD64 заблокированы.
Newcastle Мобильный вариант ядра Newcastle.
Mobile Athlon 64 Odessa Процессоры Mobile Athlon 64, произведённые по обновлённому техпроцессу (90 нм).
Oakville Процессоры Mobile Athlon 64 LV (их наследнимками стали Turion 64), произведённые по обновлённому техпроцессу (90 нм) с пониженным энергопотреблением.
Newark Процессоры Mobile Athlon 64, пришли на смену Odessa с Socket 754 и поддержкой SSE3.
Trinidad Двухъядерные процессоры Mobile Athlon 64 X2 (90 нм техпроцесс, арх. K8 rev.F, 512 КБ кэша второго уровня).
Turion 64 Lancaster Первая модель процессоров Turion 64 (90 нм).
Sherman Процессоры Turion 64, произведённые по обновлённому техпроцессу (65 нм).
Turion 64 X2 Taylor Двухъядерные процессоры Turion 64 X2 (90 нм техпроцесс, 256 КБ кэша второго уровня). Socket S1.
Tyler Процессоры Turion 64 X2, произведённые по обновлённому техпроцессу (65 нм). Socket S1.
Mobile Sempron Georgetown Первая модель процессоров Mobile Sempron (90 нм техпроцесс, Socket 754).
Albany Пришел на смену Georgetown, отличается поддержкой SSE3
Richmond Пришел на смену Albany, отличается двухканальным контроллером памяти DDR2 и разъемом Socket AM2 (арх. K8 rev.F)

Новшества архитектуры K8+

  • Процессоры AMD K8+, представленные 4 июня 2008 года, базируются на усовершенствованной архитектуре K8, дополненной рядом технологий, применяющихся в процессорах архитектуры K10, такими как усовершенствованный контроллер памяти, раздельное управление частотами ядер, поддержка шины Hyper-Transport 3.0.

Процессоры с архитектурой K9

  • Предполагалось, что следующее после K8 семейство процессоров AMD будет носить кодовое имя К9, но компания предпочла не использовать это название (предположительно из-за созвучности с «canine» — англ. «собачий»).

Процессоры с архитектурой K10

  • Представлены в 2007 году. До официального анонса данное семейство имело неофициальное название K8L, однако официально оно именуется K10.
  • Процессоры серии K10 имеют два интегрированных контроллера памяти DDR2 (которые могут работать как один двухканальный), разделяемый кэш третьего уровня (L3), поддерживают набор инструкций AMD64 и SSE4a.
Процессор Ядро Особенности
Phenom Agena (B2) Первая модель настольных процессоров серии Phenom X4 9х00 (65 нм). Содержит ошибку буфера трансляции адресов, известную как «TLB bug»
Agena (B3) Новая ревизия настольных процессоров серии Phenom X4 9х50 (65 нм). Характеризуется повышенными частотами и исправленной ошибкой буфера трансляции адресов
Toliman (B2) Трёхъядерные процессоры серии Phenom X3 8x00 (65 нм) кроме 8600B с маркировкой HD860BWCJ3BGD. Содержит ошибку буфера трансляции адресов, известную как «TLB bug»
Toliman (B3) Трёхъядерные процессоры серии Phenom X3 8x50 (65 нм) и 8600B с маркировкой HD860BWCJ3BGD. Характеризуется повышенными частотами и исправленной ошибкой буфера трансляции адресов
Athlon X2 Kuma Двухъядерные процессоры серии Athlon X2 7x50 и модель Athlon X2 6500 (65 нм)
Opteron Barcelona Четырёхъядерные процессоры Opteron 2344 HE - 2360 SE и 8346 HE - 8360 SE (65 нм, socket F)

Процессоры с архитектурой K10.5

Процессор Ядро ОсобенностиOpteron
Phenom II Thuban Шестиядерные процессоры Phenom II X6 1xxxT (45 нм)
Zosma Четырёхъядерные процессоры Phenom II X4 9xxT/8xxT/6xxT и Phenom II X4 970 BE с маркировкой HDZ970FBK4DGR (45 нм)
Deneb Четырёхъядерные процессоры Phenom II X4 9xx/8xx (45 нм)
Heka Трёхъядерные процессоры серии Phenom II X3 7xx (45 нм)
Callisto Двухъядерные процессоры Phenom II X2 5xx (45 нм)
Athlon II Propus Четырёхъядерные процессоры Athlon II X4 6xx (45 нм) кроме Athlon II X4 640 ADX640WFK42GR
Zosma Четырёхъядерный процессор Athlon II X4 640 (45 нм) с маркировкой ADX640WFK42GR
Rana Трёхъядерные процессоры Athlon II X3 4xx (45 нм)
Regor Двухъядерные процессоры Athlon II X2 2xx (45 нм)
Sargas Одноядерные процессоры Athlon II 1xx (45 нм)
Athlon X2 Двухъядерные процессоры серии Athlon X2 5x00+ (45 нм)
Sempron Sargas Одно- и двухъядерные процессоры Sempron 1xx (45 нм)
Opteron Shanghai Четырёхъядерные процессоры Opteron 2372 HE - 2393 SE и 8374 HE - 8393 SE (45 нм, socket F)
Четырёхъядерные процессоры Opteron 138x (Suzuka) (45 нм, socket AM2+/AM3)[1]
Istanbul Шестиядерные процессоры Opteron 24xx и 84xx (45 нм, socket F)
Magny-Cours 8-ми и 12-ти ядерные процессоры Opteron 61xx (45 нм, socket G34)
Lisbon Четырёх- и шестиядерные процессоры Opteron 41xx (45 нм, socket C32)
Phenom II Mobile Champlain Четырёх-, трёх- и двухъядерные процессоры Phenom II Quad-core Mobile, Triple-Core Mobile и Dual-Core Mobile соответственно (45 нм). Несмотря на одинаковое название ядра, серия Dual-Core использует другой кристалл, имеющий всего два ядра и по 1МБ кэша L2 (аналог Regor), тогда как Quad-Core и Triple-Core имеют по 512КБ кэша L2 на ядро (аналог Propus)
Athlon II Mobile Caspian Двухъядерные AMD Athlon II Dual-Core M3x0 с поддержкой памяти DDR2 (45 нм, socket S1g3)
Champlain Двухъядерные AMD Athlon II Dual-Core N3x0/P3x0 с поддержкой памяти DDR3 (45 нм, socket S1g4)
Sempron Mobile Caspian Одноядерные AMD Sempron M1x0 с поддержкой памяти DDR2 (45 нм, socket S1g3)
Champlain Одноядерные AMD Sempron N1x0 с поддержкой памяти DDR3 (45 нм, socket S1g4)

Процессоры c микроархитектурой Zen

На микроархитектуре Zen основаны декстопные процессоры Ryzen в трёх линейках: Ryzen 7, Ryzen 5, Ryzen 3. Ryzen 7 предоставляет 8 ядер, Ryzen 5 от 4 до 6 ядер. Ryzen 3 состоит из 4 ядер и не поддерживает SMT-многопоточность. Процессоры Ryzen используют сокет Socket AM4.

Для сегмента высокопроизводительных десктопов (HEDT) выпущена линейка Ryzen Threadripper, состоящая из моделей 1950X, 1920X, 1920, 1900X. Эти процессоры имеют 8, 12 или 16 ядер. Используют сокет Socket TR4. Серверные процессоры на базе Zen имеют кодовое название Naples и были представлены в июле 2017 года как EPYC 7000, с количеством ядер от 8 до 32 и с поддержкой двухпроцессорных систем. Используют сокет Socket SP3.

В сентябре 2018 года появились в продаже новые решения, предлагаемые компанией AMD: Athlon 200GE, Athlon 220GE и Athlon 240GE. Эти ЦП (архитектура Zen) начального уровня оснащены встроенной графикой Radeon Vega и ориентированы на мультимедийный пользовательский сегмент. Пока известно о технических характеристиках лишь одного ЦП – Athlon 200GE (подробности о двух других моделях появятся в 4 квартале 2018 года).

Ядра

Argon

Рисунок 1 - катридж Athlon Argon 700 МГц

Первый процессор в линейке Athlon, выпуск которого состоялся 23 июня 1999. Был выполнен по 250-нм КМОП-технологии. Помимо новшеств новой архитектуры K7, процессор обладал следующими характеристиками:

  • Наличие внешнего L2 кэша объемом 512 Кбайт, работающего на половине частоты ядра.
  • Разъем Slot A, механически совместимый с популярным разъемом от Intel – Slot 1. Это позволяло упростить производство системных плат для процессоров AMD Athlon и Intel Pentium III.
  • Напряжение питания: 1.6 В, максимальное тепловыделение: 50 Вт.
  • Частота: 500-700 Мгц
  • Частота системной шины: 100 МГц (200 МТ/с)

Pluto/Orion

Рисунок 2 - Athlon Pluto 900 МГц

Эти ядра рассматривают вместе, поскольку оба были выполнены по новой архитектуре K75, которая являлась усовершенствованием K7. Выпуск состоялся 29 ноября 1999. 180-нм технология производства позволила постепенно улучшать частотные характеристики процессора. С приходом версии Orion ядро стало работать на частоте 1 ГГц, однако это осуществлялось в ущерб частоте кэш-памяти:

  • для версий до 550-700 МГц, частота кэша составляла 1/2 частоты ядра
  • для версий 700-900 МГц – 2/5 частоты ядра
  • для версий 900-1000 МГц – 1/3 частоты ядра

Остальные характеристики, кроме электрических и тепловых, изменений не претерпели. Напряжение питания — от 1.6 до 1.8 В, максимальное тепловыделение — 65 Вт (на частоте 1000 МГц).

Сравнение характеристик Argon (K7) и Pluto, Orion (K75) AMD Athlon (K7,K75)

Кодовое название Argon (K7) Pluto, Orion (K75)
Дата выпуска 1999 1999
Архитектура 32 бита 32 бита
Шина адреса 32 бита 32 бита
Max. объем памяти 4096 Мбайт 4096 Мбайт
Кэш L1 64 кбайт + 64 кбайт 64 кбайт + 64 кбайт
Кэш L2 Slot A (1/2 CPU) Slot A (1/2, 2/5 или 1/3 CPU)
Тактовая частота 500 - 700 МГц 550 - 1000 МГц
FSB 100 МГц (DDR) 100 МГц (DDR)
FPU Встроен Встроен
SIMD MMX, ENHANCED 3DNow! MMX, ENHANCED 3DNow!
Техпроцесс 250 нм 18 нм
Чисто транзисторов 22 млн 22 млн
Энергопотребление 42 - 50 Вт 31 - 65 Вт
Напряжение 1,6 В 1,6 - 1,8 В
Площадь кристалла 184 мм(2) 102 мм(2)
Число ножек Slot A Slot A

Thunderbird

Рисунок 3 - Установленный в Socket A Athlon Thuderbird

Данная модель появилась на рынке в 5 июня 2000 года. Контакты процессора были выполнены в формате PGA. По этой причине AMD также был выпущен новый разъем Socket-A. Необходимость в специальной плате для процессора ушла из-за переноса L2 кэша внутрь ядра, а также из-за увеличения производительности. Athlon Thunderbird выпускался в версиях от 600 МГц до 1.4 ГГц. Часть процессоров с частотой 650-1000 МГц продолжали выпускаться в Slot A версии, системная шина работала на частоте 100 МГц. В поздних Socket-A версиях частота системной шины была увеличена до 133 МГц. Таким образом, основным нововведением являлся усовершенствованный формат кэш-памяти.

Внешний L2 кэш размером 512 Кб был заменен интегрированным 256 Кб. Теперь L2 кэш функционировал на частоте ядра, что увеличило производительность процессора в целом. Также претерпела изменения общая логика работы кэш памяти. Инклюзивный формат кэширования, при котором данные в L1 кэш-памяти дублировались в L2 кэше, был заменен на эксклюзивный. Отсутствие необходимости дублировать данные в L2 кэше увеличило общий объем драгоценной кэш-памяти. Также был осуществлен переход от 2-канального множественно-ассоциативного формата кэширования к 16-канальному формату L2 кэш-памяти. Без изменений осталась лишь ширина L2 шины – 64 бит, в то время как Pentium III имел 256-битную шину. Тем не менее, из-за огромного L1 кэша(128 Кб у Athlon против 32 Кб у Pentium III) недостатка в производительности кэш-системы не было.

AMD Athlon Thunderbird стал самым успешным продуктом компании со времен Am386DX-40, выпущенного 10 годами ранее. Конструкция процессора значительно улучшилась, благодаря чему AMD удалось привлечь к производству материнских плат всех крупнейших производителей. А открытие нового завода по производству процессоров в Дрездене увеличило объем производства.

Zen

Zen — представляет собой кодовое название микроархитектуры вычислительных ядер процессоров компании AMD, выполненных по технической норме 14 нанометров. На основе этой микроархитектуры вышли процессоры AMD под торговыми марками Ryzen и EPYC. Чипы на данной микроархитектуре можно разделить на три группы: две группы торговой марки Ryzen — Summit Ridge (настольные процессоры без графических ядер) и Raven Ridge (настольные и мобильные процессоры со встроенными графическими ядрами) и одну группу торговой марки EPYC — Naples (серверные процессоры). [Источники 3]

Выпуск первых процессоров этой архитектуры состоялся 2 марта 2017 года. Разработка велась практически «с нуля». Так одновременная многопоточность (simultaneous multithreading) сменилась кластерной (модульной) многопоточностью. AMD пообещала увеличение количества выполняемых за такт инструкций на 40 % по сравнению с прошлой архитектурой Excavator.

Источники

  1. Athlon // Википедия. [2001—2018]. Дата обновления: 25.08.2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Athlon (дата обращения: 28.12.2018).
  2. Процессоры AMD Athlon™ и AMD серии A для настольных ПК // Официальный сайт компании Advanced Micro Devices [2018]. URL: https://www.amd.com/ru/processors/athlon-and-a-series (дата обращения: 28.12.2018).
  3. Реализация новой архитектуры Zen // habr.com [2012—2019]. Дата обновления: 23.11.2018. URL: https://m.habr.com/ru/company/it-grad/blog/430846/ (дата обращения: 17.01.2019).