AMD Athlon 4
AMD Athlon 4
AMD не является самым большим производителем x86 процессоров в мире, но в настоящее время компания определенно стала фаворитом на рынке. Недавний взрывной рост популярности процессоров AMD достоин всяческих похвал. Но архитектура Pentium III устарела, и изначальный конкурент Athlon постепенно сходит со сцены, уступая место новому процессору Intel Pentium 4. Это уже куда более серьезный соперник для процессоров AMD.
С архитектурной точки зрения, Pentium 4 впечатляет. Но в реальных приложениях производительность не слишком велика. Если смотреть в будущее, то с дальнейшей оптимизацией софта и увеличением тактовой частоты Pentium 4 может стать реально интересным и высокопроизводительным решением. Сегодня Athlon еще может соревноваться с Pentium 4, но уже скоро ситуация может измениться. Платформа Pentium 4 поддерживает более высокопроизводительную память и может работать на больших тактовых частотах по сравнению с ядром Athlon Thunderbird.
AMD не собирается упускать свою улучшившуюся за последние годы позицию, и для замены Thunderbird разработала три новых ядра. Одно из них компания объявила буквально на днях. Palomino будет использоваться в последней итерации процессоров Athlon — Athlon 4. В Сети уже давно обсуждались возможные улучшения и нововведения по сравнению с Thunderbird, которые должны были появиться в этом ядре.
Что в имени тебе моем?
Давайте посмотрим на название с технической точки зрения. Ядро Palomino является именно четвертым ядром AMD Athlon, если за первое ядро брать K7 в 1999 году. Затем был выпущен 0,18 мкм Athlon на основе ядра K75, а после него — 0,18 мкм Thunderbird с L2 кэшем на чипе. И, наконец, вышло четвертое ядро — 0,18 мкм Palomino. Конечно, AMD не называла свои ранние чипы "Athlon 2" и "Athlon 3", поэтому не будем лукавить. Все понимают, для какой цели AMD выбрала такое название для ядра Palomino.
Intel вложила миллионы долларов в маркетинговую кампанию Pentium 4, утверждая, что процессор является самой большой их гордостью в истории. Как предполагает Intel, Pentium 4 полностью вытеснит Pentium III с рынка к концу года. Последнее снижение цен только подтверждает это. Впрочем, есть и спорные моменты, однако рассматривать их в этой статье мы не станем.
Для подобного вытеснения они должны создать четко различающуюся торговую марку, и именно поэтому AMD пытается использовать Athlon 4 для разрушения агрессивного Intel-овского маркетинга. Ситуация очень похожа на ту, что произошла с процессором K6-III. С самого начала выпуска линейка процессоров K6-X использовала арабские цифры после номера для обозначения серии процессора, например первый K6 просто назывался K6, а второе поколение было названо K6-2. До выпуска третьего поколения K6, на рынок вышла Intel со своим последним процессором Pentium III, поэтому AMD схитрила и назвала свое третье поколение K6-III. Но реально конкурирующим с Pentium III все же стал Athlon.
В результате мы получаем вывод, что выбор имени для новейшего процессора AMD — чисто маркетинговый шаг. Мы не будем обсуждать, почему так надо было или не надо было поступать. Это не имеет никакого значения, если принимать во внимание производительность. AMD решила назвать Palomino Athlon 4, и давайте на этом закроем тему.
Что нового?
Первоначально, в ядре Palomino планировались незначительные изменения по сравнению с ядром Thunderbird, касающиеся снижения на 20% энергопотребления и выделения тепла. Однако планы стали динамично изменяться, и AMD отодвинула дату выпуска Palomino на несколько месяцев. В результате в ядре были сделаны дополнительные изменения, включая и 20% уменьшение тепловыделения. Учитывая, что последние Athlon были очень горячими процессорами, это далеко не лишний шаг.
Athlon 4 является основой четырехсторонней линии продуктов, полное производство которой развернется в следующие несколько месяцев. Рано или поздно Athlon 4 заменит нынешнее поколение Athlon/Thunderbird в обычных, настольных компьютерах. Но это произойдет не раньше августа, так что кроме 1,4 ГГц процессора на старом ядре, мы ничего до этого срока не увидим. Как мы могли наблюдать в Roadmap 2001 года, первый вариант ядра Athlon 4 для обычных компьютеров будет выпущен на частоте 1,5 ГГц. Athlon весьма популярен на рынке настольных ПК, а Athlon 4 должен продолжить этот успех и повысить конкурентоспособность с Pentium 4, который довольно агрессивно будет увеличивать тактовую частоту в этом году.
Второе применение процессор Athlon 4 находит в мобильных компьютерах (только там он сегодня, фактически, и используется). До сих пор мобильная линия процессоров AMD разочаровывала. Она базировалась на процессорах K6-II+ и K6-III+, что и ограничивало позиции AMD на мобильном рынке. Хотя оба процессора были хороши для своего времени, они не могли конкурировать с мобильным Intel Pentium III и Celeron, особенно в самых маленьких ноутбуках.
Athlon 4 должен исправить положение AMD на мобильном рынке. Не секрет, что ядро Athlon отличается более высокой производительностью по сравнению c Pentium III. И это позволяет нам ожидать подобных результатов от Athlon 4 и на мобильном рынке (к производительности мы перейдем немного позже).
Третье применение Athlon 4 найдет в первых высокопроизводительных рабочих станциях на процессоре AMD. В следующем месяце будет анонсирована платформа AMD 760MP, и Athlon 4 станет первым процессором Athlon, официально поддерживающим двухпроцессорность. Версия Athlon 4 для рабочих станций будет выпущена совместно с этой платформой.
И, наконец, последнее применение Athlon 4 заключается в пробивании пути на рынок многопроцессорных серверов. Этот рынок очень выгоден и позволит AMD поднять прибыль. Если посмотреть на продажи Pentium II Xeon и Athlon, то становятся понятны потенциальные возможности AMD. Хотя Athlon 4 будет только пробным шаром на этом рынке, 64-битное решение должно действительно вывести компанию в лидеры.
Теперь мы знаем четыре основные роли Athlon 4, и перейдем к очень интересному факту. Ядро Athlon 4 во всех этих четырех применениях будет одинаковым. Фактически, один и тот же интерфейс будет использоваться во всех процессорах. Это означает, что тот Athlon 4, который сейчас используется в ноутбуках, будет использоваться и в рабочих станциях/серверах в июле. Отличие же будет состоять лишь в тактовой частоте. Версии же Athlon 4 с еще более высокой частотой будут использоваться для обычных компьютеров в августе.
Технология
Итак, сегодня мы будет рассматривать тот же Athlon 4, который будет применяться в обычных компьютерах через три месяца. Посмотрим, что же в нем нового. AMD достаточно много поработала над ядром Athlon 4, использовав свой большой опыт и знания, полученные от оптимизации предыдущего ядра Thunderbird.
При разработке микропроцессора используются различные типы транзисторов. В ядре Athlon Thunderbird находятся 37 миллионов различных транзисторов, но такое число явилось результатом переноса L2 кэша на кристалл процессора. В основе Athlon 4 лежит то же самое ядро Thunderbird, подвергшееся дальнейшему улучшению с использованием оптимизированных транзисторов для различных частей ядра. Когда вы имеете дело с 37,5 миллионами транзисторов, а именно столько их в Athlon 4, такая оптимизация может привести к ощутимой экономии энергии. По данным AMD, оптимизация Athlon 4 позволила уменьшить потребляемую мощность на 20% по сравнению с Athlon Thunderbird, работающим на той же частоте. Размер кристалла изменился незначительно, чуть увеличившись с 120 кв. мм до 128 кв. мм.
Частью процесса оптимизации явилось изменение раскладки ядра, поэтому вид ядра Athlon 4 отличается от старого Athlon (Thunderbird). Но изменение это не только косметическое, оно улучшило производительность и потребление энергии. Cледует также сразу отметить, что в Athlon 4 нет улучшенного модуля предсказаний переходов, о котором долго ходили слухи.
Первое преимущество Athlon 4 заключается в увеличении числа строк в буфере быстрого преобразования адреса (Translation Lookaside Buffer, TLB) для кэша первого уровня. Когда процессор обращается к основной памяти, он не использует непосредственных физических адресов. Вместо этого у него есть ряд виртуальных адресов, которые соответствуют физическим адресам в памяти. Процесс преобразования виртуального адреса в физический необходим для получения данных из основной памяти. К сожалению, CPU очень не любит обращаться к основной памяти. Причина этого заключается в том, что при таком обращении запрос пройдет через FSB, далее через северный мост запрос перейдет на шину памяти и только потом достигнет главной памяти. Для сокращения этого пути применяется кэширование.
Все знают о двух основных уровнях кэша процессора — L1 и L2. Они содержат часто используемые данные. Кроме них существует еще один тип кэша, называемый буфером быстрого преобразования адреса (TLB). Он сохраняет преобразованные адреса, которые получились в результате трансляции виртуального адреса в физический. Вероятность нахождения адреса в буфере близка к 99%. Такая буферизация очень выгодна, так как если центральный процессор не найдет адрес в TLB, то ему придется вычислять этот адрес. Для разрешения одного адреса процессор должен выполнить три такта. Умножьте три такта на число адресов, к которым процессор должен обратиться, и вы поймете, почему вычисление адресов существенно замедляет процессор. Если же адрес будет существовать в TLB, то он будет разрешен за один такт. Таким образом, использование буфера увеличивает производительность на 200%.
В L1 TLB на Athlon 4 было увеличено количество строк, что повышает степень успешного попадания в буфер при разрешении адреса. В Thunderbird используется только 24-строчный L1 TLB по сравнению с 32-строчным L1 TLB в Pentium III для кэша инструкций и 32-строчный L1 TLB по сравнению с 72-строчным L1 TLB в Pentium III для кэша данных. К сожалению, AMD не анонсировала точное число строк L1 LTB для Athlon 4. Как мы считаем, они просто увеличили их число.
Это увеличение, на самом деле, приводит только к росту граничной производительности Athlon 4 по сравнению с Athlon (Thunderbird), так что не следует слишком уж принимать его во внимание.
Размеры L1 и L2 кэшей и схема их работы (mapping) не изменились в Polomino по сравнению с Thunderbird. Athlon 4 имеет 2-канальный множественно-ассоциативный кэш инструкций L1 размером 64 Кб и такой же ассоциативный 64 Кб L1 кэш для данных. Кэш второго уровня является исключающим 16-канальным множественно-ассоциативным кэшем размером 256 Кб. Исключающая архитектура означает, что адреса L1 не дублируются в L2. Это позволяет AMD объявлять о наличии 384 Кб кэша на кристалле Athlon 4. Работа с кэшем не изменилась, но некоторые усовершенствования коснулись механизма упреждающей выборки данных, который работает совместно с кэшем.
Механизм похож на аппаратную упреждающую выборку в Pentium 4, которая предсказывает, какие данные необходимы перед запросом и затем извлекает их из основной памяти в кэш. Этот процесс явно нагружает FSB и пропускную способность памяти, поэтому он лучше всего подходит для FSB и памяти с большей частотой и большей пропускной способностью. По этой причине DDR SDRAM память будет намного более заметна и полезна в Athlon 4, нежели чем в Athlon (Thunderbird).
Упреждающая выборка данных, которая сейчас является частью ядра Athlon 4, уже довольно давно используется в микропроцессорах для обычных, настольных компьютеров. И упреждающая выборка в Athlon 4 просто является дальнейшим совершенствованием предыдущих дизайнов. Функции упреждающей выборки могут также реализовываться по запросу программы, тогда они имеют приоритет над аппаратным процессом выборки в Athlon 4.
Собственно, из-за упреждающей выборки данных и появится прирост производительности Athlon 4. Хотя он и не будет умопомрачительным, он все же достоин внимания.
Если вспомнить выпуск первого микропроцессора Athlon, то у него появилось 19 новых инструкций, которые AMD назвала Enhanced 3DNow! Они принадлежат к инструкциям SIMD (Single Instruction Multiple Data, одна инструкция — много данных), и все это очень напоминает частичное задействование SSE. Athlon 4 идет еще дальше и добавляет 52 новых инструкции, которые теперь уже называются 3DNow! Professional. На самом же деле они являются теми же SSE инструкциями, которые вышли в Pentium III больше двух лет назад.
И хотя оптимизация под SSE не принесет Athlon 4 ощутимой производительности в большинстве приложений, она поможет процессору лучше выполнять те приложения, которые лучше оптимизированы под SSE, чем под 3DNow!
Если вы не знакомы с инструкциями SIMD, то, говоря кратко, они позволяют одну и ту же инструкцию применять к нескольким наборам данных. Такая функция бывает полезна при просчете 3D операций, типа трансформации координат из математического пространства в 3D векторное пространство. Трансформация задействует довольно много повторяющихся вычислений, включая множество операций по сложению, вычитанию, умножению и делению. При использовании же SIMD, к примеру, одна команда сложения может быть применена для расчета нескольких точек одновременно, что экономит процессорное время.
Линейка процессоров AMD x86-64 должна получить полный набор инструкций SSE2, но Athlon 4 совместим только с первыми SSE инструкциями. Не очень-то рассчитывайте на большой прирост производительности из-за использования SSE. Но, может быть, сей факт успокоит тех, кто с пеной у рта показывает на результаты "SSE оптимизированных" тестов.
Так как Athlon 4 в первой своей итерации выпускается как мобильный процессор, он несет в себе несколько решений, предназначенных для мобильных компьютеров. Для начала, 1 ГГц версия Athlon 4 работает на 1,4 В в отличие от 1,75 В у 1 ГГц Athlon (Thunderbird). Такое низкое напряжение стало возможным благодаря оптимизации транзисторов и схемы расположения узлов процессора, о чем уже упоминалось выше.
Athlon 4 использует технологию AMD PowerNow! Эта технология позволяет процессору динамически менять тактовую частоту и рабочее напряжение в зависимости от требований приложения. Например, мобильному 1 ГГц Athlon 4 не нужно функционировать на 1 ГГц/1,4 В для работы с MS Word. Поэтому, он может уменьшить частоту до 500 МГц/1,2 В и автоматически увеличить ее до 750 МГц, если вы пожелаете проиграть DVD.
Применяемая в Athlon 4 технология PowerNow! практически не изменилась по сравнению с процессорами K6-II+ и K6-III+. Единственное отличие состоит в том, что для приемлемого быстродействия оба K6 процессора должны были большую часть времени работать в высокопроизводительных режимах, в то время как Athlon 4 в основном будет использовать низкопроизводительные режимы. Используемая в Athlon 4 PowerNow! позволяет выставить любой режим частоты/напряжения из 32 доступных, начиная с 500 МГц/1,2 В и заканчивая максимальной тактовой частотой процессора. Конечно, вряд ли будет использоваться больше 4 или 8 шагов при использовании технологии.
PowerNow! не слишком полезна в обычных, настольных компьютерах, а вот на мобильном рынке ее полезность куда выше. Для успешной работы технология должна поддерживаться BIOS'ом и чипсетом.
И еще одной особенностью Athlon4 является термодиод, который располагается на кристалле процессора и измеряет внутреннюю температуру процессора, точно так же, как и в Pentium III, и Pentium 4. Эта функция очень важна, так как процессор сейчас может не только измерять свою внутреннюю температуру, но и снижать частоту или даже выключаться при экстремальном значении температуры (конечно, если эта функция будет корректно реализована).
По поводу использования этой возможности в Pentium 4 возникло много споров, но все же крайне полезна. Она позволяет избегать "поджаривания" процессора. Мы пока не знаем, задействована ли в Athlon 4 подобная защита от перегрева или нет, но, как видите, никакой проблемы в реализации такой защиты у AMD нет.
Материнская плата должна знать о существовании термодиода, размещенного на кристалле. Термодиод должен быть подключен к чипу мониторинга за состоянием "железа", такие функции реализует, например, южный мост в серии VIA 686. Плюс BIOS также должен поддерживать работу с термодиодом.
Чипсеты для мобильного Athlon 4
Сейчас с мобильным Athlon 4 используются только два чипсета: ALi MAGiK1 и VIA KT133A. MAGiK1 здесь не является фаворитом, несмотря на поддержку DDR SDRAM. Как вы, наверное, знаете, MAGiK1 показывает очень низкую производительность на 200 МГц FSB. При использовании DDR SDRAM он оказывается даже медленнее VIA KT133A с PC133 SDRAM. Но, что самое интересное, AMD выбрала MAGiK1 для своих официальных тестов на время работы батарей (и официальные цифры приводятся именно для этого чипсета. Интересно, почему?). Так что, скорее всего, у MAGiK1 энергопотребление меньше, чем у KT133A. Несмотря на различие чипсетов, тесты как по времени работы батарей, так и по производительности проводились на одинаковых системах.
MAGiK1 поддерживает PC100/133 SDRAM и DDR SDRAM, в то время как KT133A поддерживает только PC100/133 SDRAM по причине отсутствия контроллера памяти DDR. Оба этих чипа довольно велики, и занимают много места на тесных мобильных материнских платах.
Упаковка мобильного Athlon 4 ничем не отличается от последующих вариантов для рабочих станций, что означает сходство по размерам с существующим поколением Athlon (Thunderbird). Если связать это с фактом, что производителям материнских плат нужно будет оставить место еще и для чипсета, то мы приходим к печальному выводу: Athlon 4 не будет применяться в тонких и легких ноутбуках.
Таким образом, Athlon 4 найдет свое применение в ноутбуках со стандартным размером. Конечно, они занимают сейчас 40% рынка, однако популярность тонких и легких ноутбуков неуклонно растет, и AMD придется выбрать другую упаковку процессора, если она желает соответствовать потребностям этого сегмента рынка. Скорее всего, AMD будет исследовать возможность паковки чипа в BGA или micro BGA для будущих версий мобильного Athlon 4.
У большинства ноутбуков на Athlon 4 продолжительность работы батарей составляет 3-3,5 часа в соответствии с Ziff Davis Battery Mark по данным AMD.
Производительность Athlon 4
Мы хотели бы рассмотреть производительность версии Athlon 4 для домашних систем, но пока что мы не можем этого сделать, так как AMD анонсировала только мобильный Athlon 4 (даже если они и не будут ничем различаться). К счастью, так как процессоры одинаковые, результаты производительности мобильного процессора будут аналогичны результатам процессора для обычных компьютеров и рабочих станций (конечно, исключая разницу по частотам).
Мы не покажем наших тестов Athlon 4 до официального выпуска процессора для рабочих станций, но если вам интересно, по данным AMD у Athlon 4 производительность на 2-15% выше, чем у Thunderbird той же частоты. Среди тестов, проведенных AMD, наиболее любопытно отметить 6% прирост под Quake III Arena, 5% рост Business Winstone 2001 и 10% рост SYSMark 2000. В основном такой рост объясняется упреждающей выборкой данных в Athlon 4.
Если рассматривать производительность ноутбуков, то мобильный Athlon 4 должен обеспечить весомое превосходство над мобильным Pentium III по производительности. Однако Pentium III все еще имеет такое преимущество, как доступность в более мелкой упаковке, что позволяет использовать его в ноутбуках с маленькими форм-факторами.
Пару слов о Duron'e
Вместе с запуском мобильного Athlon 4 был анонсирован и мобильный Duron. Он базируется на ядре Morgan, которое будет также использоваться в Duron-ах для рабочих станций в этом году. Ядро Morgan идентично ядру Palomino, используемому в Athlon 4, за исключением уменьшенного L2 кэша (64 Кб), собственно такой его размер всегда и был у Duron.
Ноутбуки на мобильном Athlon 4 будут иметь цену $1800 и выше, в то время как мобильный Duron будет применяться в высокопроизводительных недорогих ноутбуках дешевле $1800. Вы должны учитывать тот факт, что некоторые вышедшие ноутбуки базируются на desktop-версии процессора Duron с ядром Spitfire. Так что при покупке убедитесь, что ноутбук использует именно мобильный Duron, а не его desktop-версию.
Обновленный план выпуска (roadmap)
AMD обновила свой план выпуска процессоров, и, скорее всего, это дополнение будет не последним по мере приближения к 2002 году.
Как мы упоминали раньше, версия Athlon 4 для рабочих станций (ядро Palomino) будет выпущена в следующем месяце. Тактовая частота этого процессора будет начинаться с намного меньшего 1,5 ГГц значения, но явно большего, чем 1 ГГц у мобильного Athlon 4. Таким образом, AMD идет по следам Intel, выпуская разные версии Athlon 4 для мобильного рынка и рынка рабочих станций, причем все эти версии имеют небольшой объем продаж по сравнению с процессорами для обычных компьютеров. Но таким образом, компания может лучше подготовиться к выпуску процессора для обычных компьютеров.
AMD имеет достаточно много времени для всестороннего тестирования ядра Athlon 4 и увеличения процента выхода годных процессоров, так как версия для обычных компьютеров выйдет лишь в третьем квартале этого года. Скорее всего, запуск произойдет в августе и начнется с 1,5 ГГц версии процессора, в соответствии с планом. Таким образом, выходящий вскоре 1,4 ГГц Athlon будет последним процессором на ядре Thunderbird.
Так как Duron с ядром Morgan не будет выпускаться в варианте для рабочих станций, мы не увидим Duron для обычных компьютеров до выпуска аналогичной версии Athlon 4. Таким образом, Duron на ядре Morgan будет выпущен в конце августа или в сентябре этого года. Процессор нацелен на low-end сегмент рынка, где обычно используется интегрированное видео, поэтому не следует ожидать от Morgan такого же роста производительности, как от Palomino в Athlon 4. Причина этого заключается в зависимости успешной упреждающей выборки данных от высокой пропускной способности FSB и памяти, а платформы на базе Duron наверняка не будут использовать ту же PC2100 DDR SDRAM, что и Athlon.
Сейчас ALi, SiS и VIA работают над изменением своих планов для выпуска дешевой DDR платформы, которая будет доступна во второй половине года. Если эти планы будут выполнены, то ядро Morgan поднимает "дешевый" сегмент рынка на уровень высокой производительности. AMD это необходимо, так как следующая итерация Celeron, по слухам, будет близка к Pentium III. И у Duron не будет такой легкой конкуренции как раньше.
В первой половине 2002 года AMD выпустит преемника ядра Palomino — Thoroughbred. Thoroughbred будет использовать техпроцесс 0,13 мкм, так что производство его будет еще дешевле и он будет доступен как в мобильной, так и в обычной версиях. Если внутренние планы AMD подобны планам Intel, то в Thoroughbred можно ожидать 512 Кб L2 кэш, но эта информация еще не подтверждена. Причина нашей гипотезы кроется в 0,13 мкм техпроцессе, который позволит сократить площадь кристалла до 52% от площади при 0,18 мкм технологии. AMD, скорее всего, будет использовать освобожденное место для увеличения производительности.
Thoroughbred также будет выпущен и в мобильном варианте с поддержкой PowerNow! примерно в то же время, но, что примечательно, вариантов Thoroughbred для рынка рабочих станций и серверов выпущено не будет. До тех пор, пока AMD официально не запретит многопроцессорность в Thoroughbred (а она пока что этого не делает, Thoroughbred работает в режиме SMP, хотя это официально и не объявлено AMD), будет весьма неплохо использовать пару Thoroughbred на системе 760MP вместо пары Athlon 4 на ядре Palomino. Если же AMD не захочет предоставить пользователям такую возможность, они могут убрать поддержку SMP из Thoroughbred. У нас нет причин сильно уж в это верить, но AMD еще никогда раньше не была в таком положении. Будет интересно посмотреть, что же произойдет в итоге.
Позднее, осенью 2002 года, AMD выпустит версию Duron на ядре Thoroughbred, известную как Appaloosa. Единственное различие между Appaloosa и Thoroughbred будет заключаться в размере кэша и, возможно, в частоте. Appaloosa будет также выпущена и в мобильном варианте примерно в то же время.
Barton
Сейчас пошли весьма интересные слухи. Последний из них касается источника имени следующего за Thoroughbred ядра Athlon. Ядро Barton будет вторым 0,13 мкм ядром Athlon, и оно выйдет в свет во второй половине 2002 года — чуть больше года от настоящего момента, и еще слишком рано говорить о каких-то конкретных спецификациях, так как их еще могут изменить. Имя же Barton происходит от первого победителя на скачках Triple Crown (тройная корона), лошади по имени сэр Бартон (Barton). Если вы вспомните, что остальные кодовые имена для AMD Athlon также имеют отношения к лошадям, тогда вы поймете значение. Вряд ли при выборе такого имени в AMD за ним не подразумевали скрытый смысл.
Настоящее имя для процессора на ядре Barton, скорее всего, останется Athlon. AMD не для того потратила столько усилий на продвижение имени Athlon, чтобы выкинуть его через год. Но, довольно об именах. Что же такого интересного скрывается в Barton?
Любой, кто знаком с устройством центрального процессора, знает, что он состоит из миллионов транзисторов. Если быть точным, то Athlon 4 содержит 37,5 млн транзисторов. Но что такое транзистор?
Транзистор похож на электрический выключатель, который имеет две позиции: вкл. и выкл. В процессорах типа Athlon 4 и Pentium 4 используется тип транзисторов, известный как CMOS (комплементарный металло-оксидный полупроводник).
Сегодняшние CMOS транзисторы состоят из нескольких ключевых деталей: легированный кремний (или любой другой полупроводник), металл и окись, отделяющая металл от кремния. Кремний сам по себе не является проводником, но при добавлении химических включений в него через процесс легирования он может проводить ток при некоторых условиях (поэтому он и называется полупроводником). Условие, при котором транзистор будет пропускать ток, заключается в подаче напряжения на "защелку" внутри транзистора. Если напряжение низкое, то тогда "защелка" замкнута и через транзистор проходит ток. Если напряжение высокое, то "защелка" размыкается и ток не может проходить. Современные "защелки" изготавливаются из поликристаллического кремния.
Переключение "защелки" происходит очень быстро, поэтому чем быстрее наши процессоры, тем более быстрые и "холодные" транзисторы они требуют. Один путь для этого заключается в производстве меньших по размеру транзисторов, что происходит при смене технологии изготовления процессора (например, от 0,18 мкм до 0,13 мкм). К сожалению, такая смена очень дорога, при уменьшении размеров транзисторов их производительность ограничивается проводкой внутри чипа. Немного помогло использование медной проводки вместо алюминиевой. Медная проводка используется в процессорах на ядре Thunderbird с высокими частотами и во всех процессорах Athlon 4.
Еще одним путем для увеличения скорости транзистора является использование более быстрой "защелки". Перед тем, как транзистор сможет проводить ток, он должен подзарядить себя, и освободить заряд, когда его "выключают". Этот процесс занимает определенный квант времени. Те, кто знакомы с этим процессом, знают, что он очень похож на зарядку и разрядку конденсатора или, в нашем случае, внутренней емкости транзистора.
Если уменьшить время зарядки и разрядки транзистора, то общая производительность транзистора возрастет. Как раз для уменьшения этого времени и применяется технология кремний на диэлектрике (SOI).
Использование SOI уменьшает внутреннюю емкость транзистора с помощью прокладки слоя окиси между кремниевой подложкой процессора и крайне тонким слоем кремния. Это значительно уменьшает величину заряда, который может помещаться между легированным кремнием и кремниевой подложкой процессора, следовательно, транзисторы могут переключаться быстрее и поддерживать более высокие тактовые частоты. SOI должна также уменьшить потребление энергии этими транзисторами, так как меньший ток требуется для подзарядки емкости транзистора.
Технология SOI будет использоваться AMD в ядре Barton, хотя IBM уже продемонстрировала эту технологию в своих процессорах.
Hammer и заключение
Как видно из обновленного плана, AMD отодвинула свои x86-64 процессоры — SledgeHammer и ClawHammer — на вторую половину 2002 года. Про эти два процессора очень мало известно, но они нацелены на тот же рынок, что и будущий процессор Intel Itanium.
Сейчас, с выпуском Athlon 4, встает еще один острый вопрос: будет ли работать Athlon с существующими материнскими платами с Socket A? Как заявила AMD, если производители материнских плат четко придерживались рекомендаций AMD, то сегодняшние материнские платы будут работать не только с Athlon 4, но и с Thoroughbred и Barton. Это означает, что оба процессора на ядрах Thoroughbred и Barton будут выпускаться под Socket A.
Но не очень-то радуйтесь. К сожалению, далеко не все производители материнских плат четко придерживались рекомендаций AMD. Для работы с Athlon 4 и будущими Thoroughbred и Barton вам понадобится поддержка со стороны BIOS и обеспечение процессора требуемым напряжением. И даже если ваша текущая материнская плата будет работать с будущим процессором, вы наверняка поменяете ее на более современную, построенную на новом чипсете, который сможет поддерживать больше возможностей и обеспечивать более высокую производительность. Но все же приятно знать, что AMD не собирается менять Socket A для своих процессоров Athlon.
Сейчас, когда мобильная версия Athlon 4 уже вышла, пришло время начать отсчет дней до выпуска версии процессора для рабочих станций. Хотя этот процессор и будет иметь большую производительность при равных тактовых частотах в сравнении с Athlon на ядре Thunderbird, у вас будет возможность купить более высокоскоростной Athlon (Thunderbird). Athlon 4 в версии для рабочих станций пока что не выпускается с высокими частотами. Последующая версия Athlon 4 для обычных, настольных компьютеров, будет работать на высоких тактовых частотах и станет идеальным решением для однопроцессорных систем.
До выпуска версии для обычных компьютеров осталось несколько месяцев. В заключение хотелось бы отметить, что AMD все еще имеет нескольких тузов в своем рукаве, а вернее сказать двух.
По материалам AnandTech
Пирожков Дмитрий
pirog@newmail.net
(c) компьютерная газета
С архитектурной точки зрения, Pentium 4 впечатляет. Но в реальных приложениях производительность не слишком велика. Если смотреть в будущее, то с дальнейшей оптимизацией софта и увеличением тактовой частоты Pentium 4 может стать реально интересным и высокопроизводительным решением. Сегодня Athlon еще может соревноваться с Pentium 4, но уже скоро ситуация может измениться. Платформа Pentium 4 поддерживает более высокопроизводительную память и может работать на больших тактовых частотах по сравнению с ядром Athlon Thunderbird.
AMD не собирается упускать свою улучшившуюся за последние годы позицию, и для замены Thunderbird разработала три новых ядра. Одно из них компания объявила буквально на днях. Palomino будет использоваться в последней итерации процессоров Athlon — Athlon 4. В Сети уже давно обсуждались возможные улучшения и нововведения по сравнению с Thunderbird, которые должны были появиться в этом ядре.
Что в имени тебе моем?
Давайте посмотрим на название с технической точки зрения. Ядро Palomino является именно четвертым ядром AMD Athlon, если за первое ядро брать K7 в 1999 году. Затем был выпущен 0,18 мкм Athlon на основе ядра K75, а после него — 0,18 мкм Thunderbird с L2 кэшем на чипе. И, наконец, вышло четвертое ядро — 0,18 мкм Palomino. Конечно, AMD не называла свои ранние чипы "Athlon 2" и "Athlon 3", поэтому не будем лукавить. Все понимают, для какой цели AMD выбрала такое название для ядра Palomino.
Intel вложила миллионы долларов в маркетинговую кампанию Pentium 4, утверждая, что процессор является самой большой их гордостью в истории. Как предполагает Intel, Pentium 4 полностью вытеснит Pentium III с рынка к концу года. Последнее снижение цен только подтверждает это. Впрочем, есть и спорные моменты, однако рассматривать их в этой статье мы не станем.
Для подобного вытеснения они должны создать четко различающуюся торговую марку, и именно поэтому AMD пытается использовать Athlon 4 для разрушения агрессивного Intel-овского маркетинга. Ситуация очень похожа на ту, что произошла с процессором K6-III. С самого начала выпуска линейка процессоров K6-X использовала арабские цифры после номера для обозначения серии процессора, например первый K6 просто назывался K6, а второе поколение было названо K6-2. До выпуска третьего поколения K6, на рынок вышла Intel со своим последним процессором Pentium III, поэтому AMD схитрила и назвала свое третье поколение K6-III. Но реально конкурирующим с Pentium III все же стал Athlon.
В результате мы получаем вывод, что выбор имени для новейшего процессора AMD — чисто маркетинговый шаг. Мы не будем обсуждать, почему так надо было или не надо было поступать. Это не имеет никакого значения, если принимать во внимание производительность. AMD решила назвать Palomino Athlon 4, и давайте на этом закроем тему.
Что нового?
Первоначально, в ядре Palomino планировались незначительные изменения по сравнению с ядром Thunderbird, касающиеся снижения на 20% энергопотребления и выделения тепла. Однако планы стали динамично изменяться, и AMD отодвинула дату выпуска Palomino на несколько месяцев. В результате в ядре были сделаны дополнительные изменения, включая и 20% уменьшение тепловыделения. Учитывая, что последние Athlon были очень горячими процессорами, это далеко не лишний шаг.
Athlon 4 является основой четырехсторонней линии продуктов, полное производство которой развернется в следующие несколько месяцев. Рано или поздно Athlon 4 заменит нынешнее поколение Athlon/Thunderbird в обычных, настольных компьютерах. Но это произойдет не раньше августа, так что кроме 1,4 ГГц процессора на старом ядре, мы ничего до этого срока не увидим. Как мы могли наблюдать в Roadmap 2001 года, первый вариант ядра Athlon 4 для обычных компьютеров будет выпущен на частоте 1,5 ГГц. Athlon весьма популярен на рынке настольных ПК, а Athlon 4 должен продолжить этот успех и повысить конкурентоспособность с Pentium 4, который довольно агрессивно будет увеличивать тактовую частоту в этом году.
Второе применение процессор Athlon 4 находит в мобильных компьютерах (только там он сегодня, фактически, и используется). До сих пор мобильная линия процессоров AMD разочаровывала. Она базировалась на процессорах K6-II+ и K6-III+, что и ограничивало позиции AMD на мобильном рынке. Хотя оба процессора были хороши для своего времени, они не могли конкурировать с мобильным Intel Pentium III и Celeron, особенно в самых маленьких ноутбуках.
Athlon 4 должен исправить положение AMD на мобильном рынке. Не секрет, что ядро Athlon отличается более высокой производительностью по сравнению c Pentium III. И это позволяет нам ожидать подобных результатов от Athlon 4 и на мобильном рынке (к производительности мы перейдем немного позже).
Третье применение Athlon 4 найдет в первых высокопроизводительных рабочих станциях на процессоре AMD. В следующем месяце будет анонсирована платформа AMD 760MP, и Athlon 4 станет первым процессором Athlon, официально поддерживающим двухпроцессорность. Версия Athlon 4 для рабочих станций будет выпущена совместно с этой платформой.
И, наконец, последнее применение Athlon 4 заключается в пробивании пути на рынок многопроцессорных серверов. Этот рынок очень выгоден и позволит AMD поднять прибыль. Если посмотреть на продажи Pentium II Xeon и Athlon, то становятся понятны потенциальные возможности AMD. Хотя Athlon 4 будет только пробным шаром на этом рынке, 64-битное решение должно действительно вывести компанию в лидеры.
Теперь мы знаем четыре основные роли Athlon 4, и перейдем к очень интересному факту. Ядро Athlon 4 во всех этих четырех применениях будет одинаковым. Фактически, один и тот же интерфейс будет использоваться во всех процессорах. Это означает, что тот Athlon 4, который сейчас используется в ноутбуках, будет использоваться и в рабочих станциях/серверах в июле. Отличие же будет состоять лишь в тактовой частоте. Версии же Athlon 4 с еще более высокой частотой будут использоваться для обычных компьютеров в августе.
Технология
Итак, сегодня мы будет рассматривать тот же Athlon 4, который будет применяться в обычных компьютерах через три месяца. Посмотрим, что же в нем нового. AMD достаточно много поработала над ядром Athlon 4, использовав свой большой опыт и знания, полученные от оптимизации предыдущего ядра Thunderbird.
При разработке микропроцессора используются различные типы транзисторов. В ядре Athlon Thunderbird находятся 37 миллионов различных транзисторов, но такое число явилось результатом переноса L2 кэша на кристалл процессора. В основе Athlon 4 лежит то же самое ядро Thunderbird, подвергшееся дальнейшему улучшению с использованием оптимизированных транзисторов для различных частей ядра. Когда вы имеете дело с 37,5 миллионами транзисторов, а именно столько их в Athlon 4, такая оптимизация может привести к ощутимой экономии энергии. По данным AMD, оптимизация Athlon 4 позволила уменьшить потребляемую мощность на 20% по сравнению с Athlon Thunderbird, работающим на той же частоте. Размер кристалла изменился незначительно, чуть увеличившись с 120 кв. мм до 128 кв. мм.
Частью процесса оптимизации явилось изменение раскладки ядра, поэтому вид ядра Athlon 4 отличается от старого Athlon (Thunderbird). Но изменение это не только косметическое, оно улучшило производительность и потребление энергии. Cледует также сразу отметить, что в Athlon 4 нет улучшенного модуля предсказаний переходов, о котором долго ходили слухи.
Первое преимущество Athlon 4 заключается в увеличении числа строк в буфере быстрого преобразования адреса (Translation Lookaside Buffer, TLB) для кэша первого уровня. Когда процессор обращается к основной памяти, он не использует непосредственных физических адресов. Вместо этого у него есть ряд виртуальных адресов, которые соответствуют физическим адресам в памяти. Процесс преобразования виртуального адреса в физический необходим для получения данных из основной памяти. К сожалению, CPU очень не любит обращаться к основной памяти. Причина этого заключается в том, что при таком обращении запрос пройдет через FSB, далее через северный мост запрос перейдет на шину памяти и только потом достигнет главной памяти. Для сокращения этого пути применяется кэширование.
Все знают о двух основных уровнях кэша процессора — L1 и L2. Они содержат часто используемые данные. Кроме них существует еще один тип кэша, называемый буфером быстрого преобразования адреса (TLB). Он сохраняет преобразованные адреса, которые получились в результате трансляции виртуального адреса в физический. Вероятность нахождения адреса в буфере близка к 99%. Такая буферизация очень выгодна, так как если центральный процессор не найдет адрес в TLB, то ему придется вычислять этот адрес. Для разрешения одного адреса процессор должен выполнить три такта. Умножьте три такта на число адресов, к которым процессор должен обратиться, и вы поймете, почему вычисление адресов существенно замедляет процессор. Если же адрес будет существовать в TLB, то он будет разрешен за один такт. Таким образом, использование буфера увеличивает производительность на 200%.
В L1 TLB на Athlon 4 было увеличено количество строк, что повышает степень успешного попадания в буфер при разрешении адреса. В Thunderbird используется только 24-строчный L1 TLB по сравнению с 32-строчным L1 TLB в Pentium III для кэша инструкций и 32-строчный L1 TLB по сравнению с 72-строчным L1 TLB в Pentium III для кэша данных. К сожалению, AMD не анонсировала точное число строк L1 LTB для Athlon 4. Как мы считаем, они просто увеличили их число.
Это увеличение, на самом деле, приводит только к росту граничной производительности Athlon 4 по сравнению с Athlon (Thunderbird), так что не следует слишком уж принимать его во внимание.
Размеры L1 и L2 кэшей и схема их работы (mapping) не изменились в Polomino по сравнению с Thunderbird. Athlon 4 имеет 2-канальный множественно-ассоциативный кэш инструкций L1 размером 64 Кб и такой же ассоциативный 64 Кб L1 кэш для данных. Кэш второго уровня является исключающим 16-канальным множественно-ассоциативным кэшем размером 256 Кб. Исключающая архитектура означает, что адреса L1 не дублируются в L2. Это позволяет AMD объявлять о наличии 384 Кб кэша на кристалле Athlon 4. Работа с кэшем не изменилась, но некоторые усовершенствования коснулись механизма упреждающей выборки данных, который работает совместно с кэшем.
Механизм похож на аппаратную упреждающую выборку в Pentium 4, которая предсказывает, какие данные необходимы перед запросом и затем извлекает их из основной памяти в кэш. Этот процесс явно нагружает FSB и пропускную способность памяти, поэтому он лучше всего подходит для FSB и памяти с большей частотой и большей пропускной способностью. По этой причине DDR SDRAM память будет намного более заметна и полезна в Athlon 4, нежели чем в Athlon (Thunderbird).
Упреждающая выборка данных, которая сейчас является частью ядра Athlon 4, уже довольно давно используется в микропроцессорах для обычных, настольных компьютеров. И упреждающая выборка в Athlon 4 просто является дальнейшим совершенствованием предыдущих дизайнов. Функции упреждающей выборки могут также реализовываться по запросу программы, тогда они имеют приоритет над аппаратным процессом выборки в Athlon 4.
Собственно, из-за упреждающей выборки данных и появится прирост производительности Athlon 4. Хотя он и не будет умопомрачительным, он все же достоин внимания.
Если вспомнить выпуск первого микропроцессора Athlon, то у него появилось 19 новых инструкций, которые AMD назвала Enhanced 3DNow! Они принадлежат к инструкциям SIMD (Single Instruction Multiple Data, одна инструкция — много данных), и все это очень напоминает частичное задействование SSE. Athlon 4 идет еще дальше и добавляет 52 новых инструкции, которые теперь уже называются 3DNow! Professional. На самом же деле они являются теми же SSE инструкциями, которые вышли в Pentium III больше двух лет назад.
И хотя оптимизация под SSE не принесет Athlon 4 ощутимой производительности в большинстве приложений, она поможет процессору лучше выполнять те приложения, которые лучше оптимизированы под SSE, чем под 3DNow!
Если вы не знакомы с инструкциями SIMD, то, говоря кратко, они позволяют одну и ту же инструкцию применять к нескольким наборам данных. Такая функция бывает полезна при просчете 3D операций, типа трансформации координат из математического пространства в 3D векторное пространство. Трансформация задействует довольно много повторяющихся вычислений, включая множество операций по сложению, вычитанию, умножению и делению. При использовании же SIMD, к примеру, одна команда сложения может быть применена для расчета нескольких точек одновременно, что экономит процессорное время.
Линейка процессоров AMD x86-64 должна получить полный набор инструкций SSE2, но Athlon 4 совместим только с первыми SSE инструкциями. Не очень-то рассчитывайте на большой прирост производительности из-за использования SSE. Но, может быть, сей факт успокоит тех, кто с пеной у рта показывает на результаты "SSE оптимизированных" тестов.
Так как Athlon 4 в первой своей итерации выпускается как мобильный процессор, он несет в себе несколько решений, предназначенных для мобильных компьютеров. Для начала, 1 ГГц версия Athlon 4 работает на 1,4 В в отличие от 1,75 В у 1 ГГц Athlon (Thunderbird). Такое низкое напряжение стало возможным благодаря оптимизации транзисторов и схемы расположения узлов процессора, о чем уже упоминалось выше.
Athlon 4 использует технологию AMD PowerNow! Эта технология позволяет процессору динамически менять тактовую частоту и рабочее напряжение в зависимости от требований приложения. Например, мобильному 1 ГГц Athlon 4 не нужно функционировать на 1 ГГц/1,4 В для работы с MS Word. Поэтому, он может уменьшить частоту до 500 МГц/1,2 В и автоматически увеличить ее до 750 МГц, если вы пожелаете проиграть DVD.
Применяемая в Athlon 4 технология PowerNow! практически не изменилась по сравнению с процессорами K6-II+ и K6-III+. Единственное отличие состоит в том, что для приемлемого быстродействия оба K6 процессора должны были большую часть времени работать в высокопроизводительных режимах, в то время как Athlon 4 в основном будет использовать низкопроизводительные режимы. Используемая в Athlon 4 PowerNow! позволяет выставить любой режим частоты/напряжения из 32 доступных, начиная с 500 МГц/1,2 В и заканчивая максимальной тактовой частотой процессора. Конечно, вряд ли будет использоваться больше 4 или 8 шагов при использовании технологии.
PowerNow! не слишком полезна в обычных, настольных компьютерах, а вот на мобильном рынке ее полезность куда выше. Для успешной работы технология должна поддерживаться BIOS'ом и чипсетом.
И еще одной особенностью Athlon4 является термодиод, который располагается на кристалле процессора и измеряет внутреннюю температуру процессора, точно так же, как и в Pentium III, и Pentium 4. Эта функция очень важна, так как процессор сейчас может не только измерять свою внутреннюю температуру, но и снижать частоту или даже выключаться при экстремальном значении температуры (конечно, если эта функция будет корректно реализована).
По поводу использования этой возможности в Pentium 4 возникло много споров, но все же крайне полезна. Она позволяет избегать "поджаривания" процессора. Мы пока не знаем, задействована ли в Athlon 4 подобная защита от перегрева или нет, но, как видите, никакой проблемы в реализации такой защиты у AMD нет.
Материнская плата должна знать о существовании термодиода, размещенного на кристалле. Термодиод должен быть подключен к чипу мониторинга за состоянием "железа", такие функции реализует, например, южный мост в серии VIA 686. Плюс BIOS также должен поддерживать работу с термодиодом.
Сейчас с мобильным Athlon 4 используются только два чипсета: ALi MAGiK1 и VIA KT133A. MAGiK1 здесь не является фаворитом, несмотря на поддержку DDR SDRAM. Как вы, наверное, знаете, MAGiK1 показывает очень низкую производительность на 200 МГц FSB. При использовании DDR SDRAM он оказывается даже медленнее VIA KT133A с PC133 SDRAM. Но, что самое интересное, AMD выбрала MAGiK1 для своих официальных тестов на время работы батарей (и официальные цифры приводятся именно для этого чипсета. Интересно, почему?). Так что, скорее всего, у MAGiK1 энергопотребление меньше, чем у KT133A. Несмотря на различие чипсетов, тесты как по времени работы батарей, так и по производительности проводились на одинаковых системах.
MAGiK1 поддерживает PC100/133 SDRAM и DDR SDRAM, в то время как KT133A поддерживает только PC100/133 SDRAM по причине отсутствия контроллера памяти DDR. Оба этих чипа довольно велики, и занимают много места на тесных мобильных материнских платах.
Упаковка мобильного Athlon 4 ничем не отличается от последующих вариантов для рабочих станций, что означает сходство по размерам с существующим поколением Athlon (Thunderbird). Если связать это с фактом, что производителям материнских плат нужно будет оставить место еще и для чипсета, то мы приходим к печальному выводу: Athlon 4 не будет применяться в тонких и легких ноутбуках.
Таким образом, Athlon 4 найдет свое применение в ноутбуках со стандартным размером. Конечно, они занимают сейчас 40% рынка, однако популярность тонких и легких ноутбуков неуклонно растет, и AMD придется выбрать другую упаковку процессора, если она желает соответствовать потребностям этого сегмента рынка. Скорее всего, AMD будет исследовать возможность паковки чипа в BGA или micro BGA для будущих версий мобильного Athlon 4.
У большинства ноутбуков на Athlon 4 продолжительность работы батарей составляет 3-3,5 часа в соответствии с Ziff Davis Battery Mark по данным AMD.
Производительность Athlon 4
Мы хотели бы рассмотреть производительность версии Athlon 4 для домашних систем, но пока что мы не можем этого сделать, так как AMD анонсировала только мобильный Athlon 4 (даже если они и не будут ничем различаться). К счастью, так как процессоры одинаковые, результаты производительности мобильного процессора будут аналогичны результатам процессора для обычных компьютеров и рабочих станций (конечно, исключая разницу по частотам).
Мы не покажем наших тестов Athlon 4 до официального выпуска процессора для рабочих станций, но если вам интересно, по данным AMD у Athlon 4 производительность на 2-15% выше, чем у Thunderbird той же частоты. Среди тестов, проведенных AMD, наиболее любопытно отметить 6% прирост под Quake III Arena, 5% рост Business Winstone 2001 и 10% рост SYSMark 2000. В основном такой рост объясняется упреждающей выборкой данных в Athlon 4.
Если рассматривать производительность ноутбуков, то мобильный Athlon 4 должен обеспечить весомое превосходство над мобильным Pentium III по производительности. Однако Pentium III все еще имеет такое преимущество, как доступность в более мелкой упаковке, что позволяет использовать его в ноутбуках с маленькими форм-факторами.
Пару слов о Duron'e
Вместе с запуском мобильного Athlon 4 был анонсирован и мобильный Duron. Он базируется на ядре Morgan, которое будет также использоваться в Duron-ах для рабочих станций в этом году. Ядро Morgan идентично ядру Palomino, используемому в Athlon 4, за исключением уменьшенного L2 кэша (64 Кб), собственно такой его размер всегда и был у Duron.
Ноутбуки на мобильном Athlon 4 будут иметь цену $1800 и выше, в то время как мобильный Duron будет применяться в высокопроизводительных недорогих ноутбуках дешевле $1800. Вы должны учитывать тот факт, что некоторые вышедшие ноутбуки базируются на desktop-версии процессора Duron с ядром Spitfire. Так что при покупке убедитесь, что ноутбук использует именно мобильный Duron, а не его desktop-версию.
AMD обновила свой план выпуска процессоров, и, скорее всего, это дополнение будет не последним по мере приближения к 2002 году.
Как мы упоминали раньше, версия Athlon 4 для рабочих станций (ядро Palomino) будет выпущена в следующем месяце. Тактовая частота этого процессора будет начинаться с намного меньшего 1,5 ГГц значения, но явно большего, чем 1 ГГц у мобильного Athlon 4. Таким образом, AMD идет по следам Intel, выпуская разные версии Athlon 4 для мобильного рынка и рынка рабочих станций, причем все эти версии имеют небольшой объем продаж по сравнению с процессорами для обычных компьютеров. Но таким образом, компания может лучше подготовиться к выпуску процессора для обычных компьютеров.
AMD имеет достаточно много времени для всестороннего тестирования ядра Athlon 4 и увеличения процента выхода годных процессоров, так как версия для обычных компьютеров выйдет лишь в третьем квартале этого года. Скорее всего, запуск произойдет в августе и начнется с 1,5 ГГц версии процессора, в соответствии с планом. Таким образом, выходящий вскоре 1,4 ГГц Athlon будет последним процессором на ядре Thunderbird.
Так как Duron с ядром Morgan не будет выпускаться в варианте для рабочих станций, мы не увидим Duron для обычных компьютеров до выпуска аналогичной версии Athlon 4. Таким образом, Duron на ядре Morgan будет выпущен в конце августа или в сентябре этого года. Процессор нацелен на low-end сегмент рынка, где обычно используется интегрированное видео, поэтому не следует ожидать от Morgan такого же роста производительности, как от Palomino в Athlon 4. Причина этого заключается в зависимости успешной упреждающей выборки данных от высокой пропускной способности FSB и памяти, а платформы на базе Duron наверняка не будут использовать ту же PC2100 DDR SDRAM, что и Athlon.
Сейчас ALi, SiS и VIA работают над изменением своих планов для выпуска дешевой DDR платформы, которая будет доступна во второй половине года. Если эти планы будут выполнены, то ядро Morgan поднимает "дешевый" сегмент рынка на уровень высокой производительности. AMD это необходимо, так как следующая итерация Celeron, по слухам, будет близка к Pentium III. И у Duron не будет такой легкой конкуренции как раньше.
В первой половине 2002 года AMD выпустит преемника ядра Palomino — Thoroughbred. Thoroughbred будет использовать техпроцесс 0,13 мкм, так что производство его будет еще дешевле и он будет доступен как в мобильной, так и в обычной версиях. Если внутренние планы AMD подобны планам Intel, то в Thoroughbred можно ожидать 512 Кб L2 кэш, но эта информация еще не подтверждена. Причина нашей гипотезы кроется в 0,13 мкм техпроцессе, который позволит сократить площадь кристалла до 52% от площади при 0,18 мкм технологии. AMD, скорее всего, будет использовать освобожденное место для увеличения производительности.
Позднее, осенью 2002 года, AMD выпустит версию Duron на ядре Thoroughbred, известную как Appaloosa. Единственное различие между Appaloosa и Thoroughbred будет заключаться в размере кэша и, возможно, в частоте. Appaloosa будет также выпущена и в мобильном варианте примерно в то же время.
Barton
Сейчас пошли весьма интересные слухи. Последний из них касается источника имени следующего за Thoroughbred ядра Athlon. Ядро Barton будет вторым 0,13 мкм ядром Athlon, и оно выйдет в свет во второй половине 2002 года — чуть больше года от настоящего момента, и еще слишком рано говорить о каких-то конкретных спецификациях, так как их еще могут изменить. Имя же Barton происходит от первого победителя на скачках Triple Crown (тройная корона), лошади по имени сэр Бартон (Barton). Если вы вспомните, что остальные кодовые имена для AMD Athlon также имеют отношения к лошадям, тогда вы поймете значение. Вряд ли при выборе такого имени в AMD за ним не подразумевали скрытый смысл.
Настоящее имя для процессора на ядре Barton, скорее всего, останется Athlon. AMD не для того потратила столько усилий на продвижение имени Athlon, чтобы выкинуть его через год. Но, довольно об именах. Что же такого интересного скрывается в Barton?
Любой, кто знаком с устройством центрального процессора, знает, что он состоит из миллионов транзисторов. Если быть точным, то Athlon 4 содержит 37,5 млн транзисторов. Но что такое транзистор?
Транзистор похож на электрический выключатель, который имеет две позиции: вкл. и выкл. В процессорах типа Athlon 4 и Pentium 4 используется тип транзисторов, известный как CMOS (комплементарный металло-оксидный полупроводник).
Сегодняшние CMOS транзисторы состоят из нескольких ключевых деталей: легированный кремний (или любой другой полупроводник), металл и окись, отделяющая металл от кремния. Кремний сам по себе не является проводником, но при добавлении химических включений в него через процесс легирования он может проводить ток при некоторых условиях (поэтому он и называется полупроводником). Условие, при котором транзистор будет пропускать ток, заключается в подаче напряжения на "защелку" внутри транзистора. Если напряжение низкое, то тогда "защелка" замкнута и через транзистор проходит ток. Если напряжение высокое, то "защелка" размыкается и ток не может проходить. Современные "защелки" изготавливаются из поликристаллического кремния.
Переключение "защелки" происходит очень быстро, поэтому чем быстрее наши процессоры, тем более быстрые и "холодные" транзисторы они требуют. Один путь для этого заключается в производстве меньших по размеру транзисторов, что происходит при смене технологии изготовления процессора (например, от 0,18 мкм до 0,13 мкм). К сожалению, такая смена очень дорога, при уменьшении размеров транзисторов их производительность ограничивается проводкой внутри чипа. Немного помогло использование медной проводки вместо алюминиевой. Медная проводка используется в процессорах на ядре Thunderbird с высокими частотами и во всех процессорах Athlon 4.
Еще одним путем для увеличения скорости транзистора является использование более быстрой "защелки". Перед тем, как транзистор сможет проводить ток, он должен подзарядить себя, и освободить заряд, когда его "выключают". Этот процесс занимает определенный квант времени. Те, кто знакомы с этим процессом, знают, что он очень похож на зарядку и разрядку конденсатора или, в нашем случае, внутренней емкости транзистора.
Если уменьшить время зарядки и разрядки транзистора, то общая производительность транзистора возрастет. Как раз для уменьшения этого времени и применяется технология кремний на диэлектрике (SOI).
Использование SOI уменьшает внутреннюю емкость транзистора с помощью прокладки слоя окиси между кремниевой подложкой процессора и крайне тонким слоем кремния. Это значительно уменьшает величину заряда, который может помещаться между легированным кремнием и кремниевой подложкой процессора, следовательно, транзисторы могут переключаться быстрее и поддерживать более высокие тактовые частоты. SOI должна также уменьшить потребление энергии этими транзисторами, так как меньший ток требуется для подзарядки емкости транзистора.
Технология SOI будет использоваться AMD в ядре Barton, хотя IBM уже продемонстрировала эту технологию в своих процессорах.
Hammer и заключение
Как видно из обновленного плана, AMD отодвинула свои x86-64 процессоры — SledgeHammer и ClawHammer — на вторую половину 2002 года. Про эти два процессора очень мало известно, но они нацелены на тот же рынок, что и будущий процессор Intel Itanium.
Сейчас, с выпуском Athlon 4, встает еще один острый вопрос: будет ли работать Athlon с существующими материнскими платами с Socket A? Как заявила AMD, если производители материнских плат четко придерживались рекомендаций AMD, то сегодняшние материнские платы будут работать не только с Athlon 4, но и с Thoroughbred и Barton. Это означает, что оба процессора на ядрах Thoroughbred и Barton будут выпускаться под Socket A.
Но не очень-то радуйтесь. К сожалению, далеко не все производители материнских плат четко придерживались рекомендаций AMD. Для работы с Athlon 4 и будущими Thoroughbred и Barton вам понадобится поддержка со стороны BIOS и обеспечение процессора требуемым напряжением. И даже если ваша текущая материнская плата будет работать с будущим процессором, вы наверняка поменяете ее на более современную, построенную на новом чипсете, который сможет поддерживать больше возможностей и обеспечивать более высокую производительность. Но все же приятно знать, что AMD не собирается менять Socket A для своих процессоров Athlon.
Сейчас, когда мобильная версия Athlon 4 уже вышла, пришло время начать отсчет дней до выпуска версии процессора для рабочих станций. Хотя этот процессор и будет иметь большую производительность при равных тактовых частотах в сравнении с Athlon на ядре Thunderbird, у вас будет возможность купить более высокоскоростной Athlon (Thunderbird). Athlon 4 в версии для рабочих станций пока что не выпускается с высокими частотами. Последующая версия Athlon 4 для обычных, настольных компьютеров, будет работать на высоких тактовых частотах и станет идеальным решением для однопроцессорных систем.
До выпуска версии для обычных компьютеров осталось несколько месяцев. В заключение хотелось бы отметить, что AMD все еще имеет нескольких тузов в своем рукаве, а вернее сказать двух.
По материалам AnandTech
Пирожков Дмитрий
pirog@newmail.net
(c) компьютерная газета
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 21 за 2001 год в рубрике hard :: процессоры
