AMD Athlon

Athlon

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:	Slot A Socket A AM4
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.

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]}

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.

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.

Процессоры с архитектурой K10.5

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).

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)

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.