Процессорные войны: Intel против AMD. Часть I - Как все начиналось (2000 – 2006 гг.)

Этот материал открывает цикл статей, посвященный противостоянию двух процессорных гигантов Intel и AMD. В первой части вы узнаете о зарождении таких известных марок, как Pentium, Athlon, Celeron, Sempron и других. Так же вас ждет описание и сравнение производительности линеек процессоров на архитектурах Intel NetBurst, AMD К7 и K8.

Оглавление

• Вступление
• Как все начиналось
• Микроархитектура Intel NetBurst
• Микроархитектура AMD К7
• Микроархитектура AMD К8
• Заключение

Вступление

Наверняка для многих из вас не секрет, что вычислительным центром любого компьютера является микропроцессор (центральный процессор или ЦПУ), от характеристик и возможностей которого напрямую зависит производительность ПК.  Так сложилось, что на протяжении многих лет, начиная с самых первых «персоналок», основными производителями процессоров для настольных компьютеров являются две хорошо известные компании – Intel и AMD (Advanced Micro Devices).

Думаю, не ошибусь, если скажу, что о противостоянии этих процессорных гигантов известно даже самым неискушенным пользователям, а извечные споры, на базе чьих решений выгоднее покупать компьютер не утихают ни на минуту. Вот и мы не смогли обойти эту тему стороной, решив посветить несколько материалов данному вопросу и рассказать вам о том как же развивался и развивается рынок микропроцессоров для настольных ПК.

В первой части цикла мы коротко поговорим о том как все начиналось, и более подробно о процессорах, которые правили балом первую пятилетку нового века. Казалось бы, а зачем это нужно, ведь они уже давно сняты с производства и многим экземплярам ЦПУ тех времен место только на полках коллекционеров? Но именно в это время появились на свет такие известнейшие торговые марки как: Pentium, Celeron, Athlon и Sempron, которые используются и по сей день в названиях современных процессоров.

Как все начиналось

Изначально речи о какой-либо конкуренции между двумя производителями не шло, так как AMD выпускала чипы, сделанные по лицензии Intel, которые являлись функциональными аналогами их процессоров семейств 80x86 (286, 386 и 486). К слову сказать, в то время Intelне имела каких-либо прав собственности на товарные знаки x86, что давало возможность другим производителям использовать их в собственной продукции. Как правило, это были почти точные копии оригинальных процессоров Intel, но предлагавшиеся за меньшую цену.

В 1993 году произошло знаковое событие, которое впоследствии повлияло на весь рынок микропроцессоров. Дабы избежать возможности в дальнейшем клонирования своей продукции, компания Intel выпустила первые чипы под официально зарегистрированной собственной торговой маркой Pentium. С того момента дороги обеих компаний разошлись, так как AMD пришлось заняться собственными разработками для производства новых процессоров.

Довольно долгое время AMD не удавалось создать процессор, аналогичный по производительности Pentium. Выпущенный в 1996 году первый чип собственной разработки К5 оказался провальным из-за слабой инженерной реализации и плохой совместимости с некоторыми программами. Поняв, что создать самостоятельно в ближайшие сроки конкурентоспособный процессор не получиться, AMD приобрела компанию NexGen, уже имевшую в своем арсенале разработанный ею же чип, сходный по производительности с решениями Intel.

Результатом совместной разработки стал новый процессор AMD K6, выпущенный в 1997 году. Компания позиционировала его как аналогичный Pentium, но с существенно меньшей стоимостью. Последующие процессоры К6-II и K6-III должны были составить конкуренцию Pentium II и Pentium III. И все же не смотря на некоторые интересные технические инновации, в полной мере им это сделать не удалось, так как Intel выпускала более производительные решения. Тем не менее AMD удалось удержаться на плаву за счет бюджетного рынка компьютеров, где ее недорогие продукты пользовались высоким спросом.

Микроархитектура Intel NetBurst (180-нм – 65-нм)

Казалось, что установившейся расклад сил на процессорном рынке уже не изменить. Intel со своим могучим опытом и производственными ресурсами неслась вперед, а AMD находилась в состоянии вечно догоняющего. Но на рубеже веков оба производителя с разницей в полгода представили на суд пользователей новые семейства процессоров, которые и положили начало самой настоящей конкуренции на рынке ЦП.

В основе новой линейки Intel Pentium 4 была положена архитектура NetBurst, которая разрабатывалась компанией, в первую очередь, с целью достижения чипами высоких тактовых частот за счет длинного конвейера вычислений (у старших моделей ее значение достигало 3,8 ГГц). Надо сказать, что NetBurst не стала развитием предыдущей технологии P6, лежавшей в основе Pentium Pro, Pentium II и Pentium III, а являлась принципиально новой разработкой.

Процессоры Intel Pentium 4 для разъемов Socket 478 (со штырьками) и LGA 775 (без штырьков)

К тому времени процессоры компании Intel для настольных ПК разделялись на две большие группы. Первая из них была рассчитана на производительные системы и в ее основе лежали одноядерные 32 и 64-битные микропроцессоры Pentium 4. Вторая базировалась на чипах Celeron, которые являлись, по сути, урезанным вариантом старшего брата и были рассчитаны на применение в бюджетных и офисных компьютерах.

В общей сложности различные модификации процессоров на базе микроархитектуры NetBurst выпускались 8 лет, с 2000 по 2008 годы. Конечно, за это время инженеры старались развивать свое детище, постоянно совершенствуя семейство Pentium 4, что в итоге привело к четырем знаковым событиям:

• Смена процессорного разъема Socket 478 (Pentium III) с микроотверствиями для процессорных ножек на Socket 775 с микроштырьками для контактных площадок.
• Переход от 180-нанометрового технологического процесса производства процессорных ядер к 65-нанометровому, позволивший значительно уменьшить тепловыделение и увеличить тактовые частоты (кодовые названия ядер: Willamette - 180-нм, Northwood - 130-нм, Prescott - 90-нм, Smithfield - 90-нм и Presler - 65-нм).
• Выпуск первых 64-битных процессоров с технологией EM64T (Intel Extended Memory 64 Technology) для настольных ПК весной 2004 года.
• Выпуск первых в мире двухъядерных процессоров Pentium D для настольных ПК в мае 2005 года.

Тем не менее появление первых чипов с двумя ядрами под кодовым названием Smithfield ознаменовалось неудачей. Из-за очень большого тепловыделения, разработчиками было решено ограничить максимальную частоту до 3,2 ГГц. Но ведь сама архитектура NetBurst была очень зависима от частоты, поэтому ее снижение неминуемо отрицательно сказалось на скорости вычислений. В итоге, первые топовые модели двухъядерных процессоров Intel не только отставали по производительности от своих одноядерных собратьев, но и от конкурирующих с ними AMD Athlon 64 X2.

Немного сгладить неблагоприятную ситуацию в середине 2006 года помог выход новых процессоров Pentium D на ядре Presler, сделанных с использованием более тонкого 65-нанометрового технологического процесса, что позволило снизить тепловыделение и поднять тактовую частоту. Но микроархитектура NetBurst уже доживала свои последние дни, так что уже в 2007 году процессоры Pentium D были полностью сняты с производства.

К сожалению новая архитектура для Intel оказалось тупиковым путем. Именно в это время процессорный гигант стал стремительно терять свои позиции на рынке домашних ПК из-за того, что решения от компании AMD на тот момент зачастую не только не проигрывали, но и в большинстве распространенных приложениях стали выигрывать в производительности, при этом имея гораздо меньшее энергопотребление и более привлекательную стоимость.

Микроархитектура AMD К7 (250-нм – 180-нм)

В середине 1999 года компанией AMD были представлены первые процессоры серии K7 под известным теперь уже на весь мир названием - Athlon. Изначально данные чипы были призваны конкурировать с Pentium III и надо сказать, что на момент анонса, новые решения от AMD действительно являлись самыми производительными процессорами архитектуры x86.

В основе первых процессоров Athlon находилось ядро Argon, работавшее на тактовых частотах 500 – 700 МГц и изготавливавшееся с применением 250-нм техпроцесса. Довольно скоро на смену ему пришли Pluto, Oreon и Thunderbird. Все эти ядра изготавливались уже с помощью 180-нм технологического процесса, а последнее было наделено кэшем второго уровня и имело максимальную частоту равную 1,4 ГГц.

Ответом Intel на пошатнувшееся лидерство стал выпуск в ноябре двухтысячного года микропроцессоров Pentium 4 с использованием архитектуры NetBurst. Как уже было отмечено ранее, новый процессор при одинаковых тактовых частотах все равно уступал в производительности не только конкурентам, но и Pentium III, однако за счет более высокого частотного потенциала в некоторых задачах оказывался в лидерах.

Процессоры Athlon и Athlon XP для разъема Socket A

В 2001 AMD анонсировала новый процессор Athlon XP, построенный на модернизированной архитектуре K7 с поддержкой инструкций SSE, которая до этого была реализована только в чипах Intel. Первые процессоры были построены на ядре Palomino (180-нм), на смену которому довольно скоро пришли чипы Thoroughbred и Barton, построенные по более тонкому 130-нм техпроцессу.

Одновременно с появлением Athlon XP произошло и еще одно важное событие – введение системы маркировки процессоров с использованием рейтинга производительности (PR). Идея заключалась в том, что различные модели процессоров Athlon XP получали числовые обозначения, показывающие их производительность относительно ядра Thunderbird (самые поздние версии Athlon), а в последствие относительно конкурирующих Pentium 4. Например, индекс в модели Athlon XP 2000+ не означал, что данный процессор имеет тактовую частоту 2 ГГц, а указывал на то, что этот чип имеет одинаковую производительность в наборе офисных, мультимедийных, графических и прочих программ с процессором Intel Pentium  4 - 2ГГц.

Вся модельная линейка процессоров Athlon XP имела индексы производительности в диапазоне от 1500+ до 3400+.

Помимо производительных решений Athlon и Athlon XP, AMD в те времена выпускала и более бюджетные чипы под названием Duron, составлявшие конкуренцию процессорам Intel Celeron и ориентированные на начальный ценовой сегмент рынка компьютеров. Основным отличием ядра Duron от более дорогих собратьев был уменьшенный объем кэша второго уровня (64 Кб против 256 Кб и 512 Кб).

Процессоры, построенные на архитектуре K7, в большинстве своем устанавливались в разъем Socket A, имевшим 462-контакта и ушедшим в историю в 2005 году, вместе с окончанием выпуска этой серии.

Микроархитектура AMD К8 (180-нм – 90-нм)

Еще до окончания производства чипов на базе K7, в 2003 году была представлена новая 64-битная архитектура К8 с поддержкой набора инструкций AMD64. Основным ее отличием от предшественницы, помимо разрядности, стала изменённая система обмена данными между процессором и оперативной памятью.

Впервые контроллер памяти (одноканальный или двухканальный) был перенесен из чипсета (точнее из его северного моста) в ядро ЦПУ. По идее это должно было существенно уменьшить задержки при обращении к ОЗУ за счет того, что контроллер теперь работал на частоте ядра процессора. Забегая вперед, скажем, что данное новаторство AMD оказалось очень перспективным и все современные процессоры, включая продукцию Intel, используют это решение.

Процессор Athlon 64 для разъема Socket 754

Первым 64-битным процессором компании AMD для домашних ПК стал Athlon 64, выпущенный на полгода раньше конкурирующих решений Intel той же разрядности, появившихся на рынке только весной 2004 года. Изначально существовало три версии данного чипа: одноядерный Athlon 64, двухъядерный Athlon 64 X2 и Athlon 64 FX – продукт, ориентированный на энтузиастов с разблокированным множителем для облегчения повышения тактовой частоты (разгона) процессора.

Для бюджетного сектора предназначался чип Sempron, пришедший на замену Duron. С технической точки зрения, основными отличиями этого ядра от старших собратьев служили уменьшенный кэш L2 и отсутствие у ранних экземпляров поддержки инструкций AMD64.

В отличие от компании Intel, избравшей для всего семейства Pentium 4 один процессорный разъем LGA 775, в AMD все было гораздо запутанней. Для бюджетной линейки Athlon 64 и чипов Sempron предназначалось гнездо Socket 754. Более быстрые Athlon 64, а так же Athlon 64 FX и Athlon 64 X2 устанавливались в разъем Socket 939. Практически все последние модели четырех видов процессоров AMD на архитектуре K8 (включая Sempron) устанавливались в новое гнедо Socket AM2.

Процессор AMD 64 X2 для разъема Socket 939

Первые процессоры семейства Athlon 64 были основаны на ядре Clawhammer (130-нм) с кэшем второго уровня 1 Мб и его несколько модифицированном варианте Newcastle, с кэшем L2 равным 512 Кб. В сентябре 2004 года были представлены первые модели, изготовленные по 90-нм техпроцессу с кодовым названием Winchester (кэш L2 512 Кб), а в 2005-ом их модификация - San Diego (кэш L2 1 Мб) с обновленным контроллером памяти. В последствии у San Diego появилась и упрощенная модификация Venice с урезанным вдвое кэшем второго уровня.

Чипы двухъядерных процессоров Athlon 64 X2 имели названия Toledo и Manchester, хотя на самом деле по функциональности это были те же San Diego и Venice.

Как и в случае с семейством К7, в маркировке процессоров построенных на архитектуре К8, указывалась не тактовая частота, а PR-рейтинг, присваивавшийся чипам в зависимости от их производительности по сравнению с Pentium 4. Исключение составляла лишь «экстремальная» серия Athlon 64 FX, имевшая двухзначный индекс.

В общей сложности процессоры на архитектуре К8 были выпущены с рейтингами производительности от 2600+ (1,6 ГГц) до 4000+ (2.4 ГГц) для одноядерных решений и от 3800+ (2 ГГц) до 4800+ (2.4 ГГц).

Заключение (Итоги)

Надо сказать, что к началу 2006 года индексы производительности некоторых одноядерных моделей Athlon 64 подошли к отметке 4000+, а двухъядерных и вовсе 4800+ и это при том, что самый быстрый серийный процессор Pentium 4 имел тактовую частоту 3.8 ГГц.

Теперь давайте посмотрим, каковым был расклад сил на процессорном рынке к середине 2006 года. Для этого возьмем самые производительные решения из существовавших тогда актуальных модельных рядов обеих компаний и сведем в итоговую диаграмму.

Как видно из диаграммы, удачные архитектуры K7 и К8 позволили AMD не только догнать основного конкурента, но и перегнать, а будущее их процессоров казалось безоблачным. Ведь они превосходили решения Intel не только по производительности, но еще и предлагали пользователям более привлекательные цены. Лишь двухъядерный Pentium D был быстрее одноядерных Athlon 64 и XP, но при этом с треском проигрывал Athlon 64 X2, который имел такое же количество ядер.

Но самое главное, что ставка Intel на высокую тактовую частоту не сработала, ведь процессоры AMD имея гораздо более низкие частоты были быстрее. Это означало, что вся микроархитектура NetBurst оказалось неэффективной, что и привело к полному отказу от нее и возвращению к развитию, вроде бы забытой P6. Результатом этого стал выход нового поколения чипов Intel Core 2 на базе микроархитектуры Core, запустивший новый виток процессорных войн, но об этом мы поговорим уже в следующем материале.

Читайте также:

Процессорные войны: Intel против AMD. Часть II – Архитектуры Core и К10 (2006 – 2008 гг.)

Процессорные войны: Intel против AMD. Часть III – Архитектуры Nehalem и К10.5 (2009 – 2011 гг.)

Пособие для начинающих: Центральный процессор и его характеристики