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

Во второй части «Процессорных войн» мы познакомимся с первым поколением микроархитектуры Intel Core, давшей жизнь таким процессорам как Core 2 Duo, Core 2 Quad, обновленным Pentium и Celeron, а так же архитектурой AMD K10, легшей в основу чипов Phenom и Athlon X2.

Оглавление

• Вступление
• Микроархитектура Intel Core
• Закат микроархитектуры AMD K8
• Микроархитектура AMD K10
• Заключение

Вступление

В первой части цикла материалов «Процессорные войны: Intelпротив AMD», посвящённому противостоянию двух процессорных гигантов, мы вспоминали о том, с чего все началось и как в дальнейшем эволюционировали решения конкурирующих лагерей до середины 2006 года. Напомним, что в тот момент на вооружении Intel находилась архитектура NetBurst и построенные на ее базе процессоры Pentium 4, Pentium D и их младший брат Celeron. AMD в своем арсенале имела чипы Athlon XP, Athlon 64, Athlon 64 X2 и бюджетный Sempron, построенные на микроархитектурах K7 и К8.

Не очень удачная архитектура Intel NetBurst впервые позволила AMD не только догнать своего основного конкурента, но и предлагать пользователям более производительные решения. Так двухъядерный Athlon 64 X2 4800+ (2.4 ГГц) в процессорном тесте PassMark CPU Benchmark, опережал флагманский Pentium D 3.6 ГГц, имевшим тоже количество ядер, почти вдвое. Так же не лучшим образом у Intel обстояли дела и с одноядерными чипами - Pentium 4 не только не имел какого-либо превосходства на Athlon XP и Athlon 64, но и во многих распространенных домашних приложения, включая игры, им проигрывал. Такой же расклад сил был и в бюджетном секторе.

Конечно, такое положение вещей ни в коем случае не устраивало лидера мирового рынка микропроцессоров, чему стал подтверждением анонс в середине 2006 года чипов на базе новой архитектуры Intel Core, запустившей новый виток противостояния двух конкурентов.

Микроархитектура Intel Core (техпроцесс 65-нм – 45-нм)

Намаявшись со злосчастной NetBurst, в корпорации Intel было принято судьбоносное решение вернуться к архитектуре P6, на базе которой были построены чипы предыдущих и уже вроде забытых поколений: Pentium Pro, Pentium II и Pentium III. В итоге в середине 2006 года свет увидело новое поколение процессоров Intel x86-64 под названием Core 2, основанное на микроархитектуре Core, являвшейся потомком P6.

Изначально могло показаться, что возврат к старым наработкам ни к чему хорошему не приведет, но результат превзошел все пользовательские ожидания. Первые двухъядерные процессоры Core 2 Duo под кодовым именем Conroe обеспечивали на 40% большую производительность по сравнению с Pentium D, при этом имея сниженные в полтора раза тактовые частоты. В новой архитектуре разработчики отказались от гонки за мегагерцами и сделали ставку на улучшение внутренних параметров процессора и повышение эффективности вычислений. Так, новые чипы обладали на 40% меньшим энергопотреблением, чем их предшественники и имели наименьшую рассеиваемую мощность (TDP) среди всех доступных процессоров для настольных компьютеров на тот момент.

Первые чипы Core 2 создавались с использованием 65-нанометрового технологического процесса, но уже в 2007 Intel представила новую микроархитектуру под кодовым названием Penryn, ставшей модернизированным вариантом архитектуры Core производимой по 45-нм техпроцессу.

Все процессоры для настольных ПК поколения Core 2 устанавливались в разъем Socket LGA775 (PGA479 для мобильных ПК) и разделялись на две основные группы – двухъядерные (семейство EXXX) и четырехъядерные (семейство QXXX). При этом во главе каждой из групп стояли модели версии Extreme (с разблокированным множителем), выпускаемые для разгона и рассчитанные на энтузиастов.

Четырехъядерный процессор IntelCore 2 Quad для разъема LGA 775

Всего компанией Intel на базе архитектуры Core (65 нм) и Pynryn (45 нм) было представлено семь семейств процессоров Core 2 для настольных систем, каждое из которых могло содержать свыше десяти различных моделей. Столь обширная линейка могла запутать (и запутывала) не только начинающих пользователей, но и искушенных в подобных вопросах людей. Еще больше масла в огонь подливал тот факт, что у компании Intel в дополнение к основным моделям существовали и бюджетные решения. В рамках этой микроархитектуры они были представлены еще пятью семействами, сформированными процессорами Celeron, Celeron Dual Core и Pentium Dual Core.

Итак, давайте рассмотрим в хронологическом порядке появление на рынке различных серий микропроцессоров для настольных ПК на базе архитектуры Intel Core и проследим их эволюцию:

Core 2 Duo E6000 (Conroe) – производились с июля 2006 года по 65-нм технологическому процессу, имели тактовые частоты от 1,86 ГГц до 3 ГГц, кэш второго уровня равный 4 Мб (исключением являются младшие модели E6300 и E6400, у которых кэш L2 равен 2 Мб)  и работали на частоте системной шины (FSB) 1066 или 1333 МГц.

Celeron 400 (Conroe-L) – единственные одноядерные процессоры, основанные на данной архитектуре были представленные в июле 2006 года. Выпускавшиеся по нормам 65-нм техпроцесса с частотой системной шины 800 МГц, размером кэша L2 512 Кб и тактовой частотой 1.6 ГГц – 2.2 ГГц, они стали самыми медленными чипами на архитекторе Core.

Core 2 Quad Q6000 (Kentsfield) – анонсированы в декабре 2006 года. Обладали всеми теми же технологиями, что и Conroe, но в отличие от него имели уже 4 ядра. В ассортименте было две базовые модели с частотами ядра 2,4 ГГц и 2,66 ГГц, а так же три варианта в версии Extreme (QX) с тактовыми частотами 2.66 ГГц, 2.93 ГГц и 3 ГГц. Семейство Q6000 оснащалось кэшем второго уровня 8 Мб (2х4 Мб) и имело частоту шины 1066 МГц. Исключением являлся топовый 3-гигагерцовый процессор, работавший на FSB равной 1333 МГц.

Core 2 Duo E4000 (Allendale) – представлены в январе 2007 года. По сути, являлись чипами Conroe с урезанным в два раза кэшем L2 до 2 Мб и сниженной частотой FSB до 800 МГц. Так же семейство E4000 было лишено технологии аппаратной визуализации (Intel Virtualization Technology), а их тактовые частоты варьировались от 1,6 ГГц до 2,6 ГГц.

Pentium Dual Core E2000 (Allendale) – выпускались с начала 2007 года и стали первыми бюджетными процессорами с двумя ядрами. По сравнению с семейством Core 2 Duo E4000, имели еще более урезанный до 1 Мб кэш второго уровня и максимальную тактовую частоту 2.4 ГГц.

Core 2 Duo E8000 (Wolfdale) – будучи анонсированными в январе 2008 года, стали приемниками двухъядерных чипов Conroe и были построены на базе новой микроархитектуры Penryn cиспользованием 45-нм техпроцесса. Тактовые частоты варьировались от 2.66 ГГц до 3.33 ГГц, кэш второго уровня имел величину 6 Мб, а частота системной шины равнялась 1333 МГц.

Celeron Dual Core E1000 (Conroe-L) – первый двухъядерный Celeron, анонсированный в конце января 2008 года. Несмотря на увеличенное количество ядер, имел такой же размер кэша L2, что и его младший одноядерный собрат серии 400 (512 Кб) и практически тот же диапазон тактовых частот (1.6 ГГц – 2.4 ГГц).

Core 2 Quad Q9000 (Yorkfield) - являются приемниками четырехъядерных чипов Kentsfield созданными по 45-нанометровому процессу с тактовыми частотами от 2,5 ГГц до 3 ГГц (3.2 ГГц Extreme) и частотой системной шины 1333 МГц (1600 МГц Extreme). Практически все процессоры этого семейства имели кэш второго уровня равный 12 Мб (2х6 Мб) за исключением двух первых моделей Q9300 и Q9400, у которых его было в два раза меньше (6 Мб). Продажи данной серии стартовали в первом квартале 2008 года.

Core 2 Duo E7000 (Wolfdale). В мае 2008-ого компания Intel начала выпуск усеченных версий процессоров семейства E8000, объединив их в новую линейку. В отличие от старших собратьев они имели уменьшенный в два раза кэш L2 (3 Мб) и сниженную частоту FSB до 1066 МГц, из-за чего минимальная и максимальная тактовые частоты упали до значений 2.53 ГГц и 3.06 ГГц соответственно. Таким образом, разработчики решили проблему сбыта забракованных чипов для восьмитысячной серии.

Core 2 Quad Q8000 (Yorkfield) – стало еще одним семейством, но уже четырехъядерных процессоров, сформированным для организации безотходного производства в августе 2008 года. Являясь фактически урезанным вариантом серии Q9000, они имели уменьшенный до 4 Мб L2-кэш и пониженные тактовые частоты (2.33 ГГц - 2.66 ГГц).

Pentium Dual Core E5000 (Wolfdale) – в самом конце августа 2008 года была представлена новая бюджетная серия, которая была построена уже на новой микроархитектуре Pynryn (45 нм) и имела L2-кэш объемом 2 Мб, а так же тактовые частоты от 2.5 ГГц до 2.7 ГГц.

Pentium Dual Core E6000 (Wolfdale-2M). Летом 2009 года компания Intel решила несколько разбавить 6000-ю серию, состоявшую до этого из процессоров Core 2 Duo тремя моделями семейства  Dual Core, переведя их на частоту системной шины 1066 МГц, вследствие чего тактовые частоты новинок составили 2.8 ГГц, 2.93ГГц и 3.33 ГГц.

Celeron Dual Core E3000 (Wolfdale) – будучи выпущенными в третьем квартале 2009 года, стали последними представителями процессоров, построенных на архитекторе Core. Чипы этой бюджетной серии в целом были аналогичны чипам Pentium Dual Coreсерии E5000, но имели уменьшенный до 1 Мб кэш L2 и минимальную тактовую частоту 2.4 ГГц.

Что бы наглядно увидеть разницу в возможностях вышеперечисленных серий, построим диаграмму, воспользовавшись, опубликованными на специальном ресурсе, результатами тестирования процессоров, проведенных с помощью бенчмарка PassMark Performance Test. Для частоты эксперимента в диаграмме будут участвовать по одной модели процессоров из каждой серии с тактовой частотой 2,66 ГГц. Если в какой-либо линейке не существовало решения с такой частотой, то брался вариант максимально близкий к ней.

В низу, как и ожидалось, оказались самые бюджетные процессоры: Celeron и Pentium Dual-Core начальных серий: 400, E1000 и E2000. А всему виной является низкая частота системной шины, равная 800 МГц и невысокие тактовые частоты, которые для этих линеек были взяты максимальными. Зато их старшие собраться серий E5000 и E3000 не смотря на туже частоту FSB, обошли стразу двух представителей Core 2 Duo линеек E6000 и E4000. И это тоже вполне объяснимо. Ведь и трех- и пятитысячная серии стали самыми последними представителями архитектуры Core, построенные на ее 45-нм модифицированном варианте Pynryn, в то время как шести- и четырехтысячные линейки только открывали это поколение процессоров.

Среди двухъядерных процессоров самой производительной серией можно однозначно назвать E8000, а четырехъядерных – Q9000. Обе линейки имеют максимальное значение FSB для этого поколения чипов, равное 1333 МГц, а так же построены по нормам 45-нанометрового технологического процесса, что вполне объяснимо выводит их в лидеры.

Закат микроархитектуры AMD K8 (техпроцесс 90-нм)

Адекватный ответ AMD на анонс новой линейки процессоров Intel последовал не сразу. Первое время компания продолжала совершенствовать архитектуру К8, выпустив процессоры семейств Athlon 64 и Athlon 64 X2, основанных на новых ядрах Orleans и Windsor соответственно. Модернизированные чипы предназначались для установки в разъем Socket AM2 вместо Socket 939 (940 контактов против бывших 939) и имели повышенные тактовые частоты. Так семейство Athlon 64 возглавил процессор с индексом производительности 4000+ (2.6 ГГц), а Athlon 64 X2 – с индексом 6400+ (3.2 ГГц). Еще одним нововведением стала увеличенная до 333 МГц частота шины Hyper-Transport.

К сожалению все это AMD не помогло. Что бы не быть голословными, давайте посмотрим на сравнительную диаграмму быстродействия конкурирующих процессоров на конец 2006 года построенных на архитектурах AMD K7 и К8, а так же Intel Core:

Как видно из рисунка, преимущество процессоров AMD, которым они обладали к середине 2006 года, разом растворилось. Самый медленный среди линейки Core, одноядерный Celeron 450, положил на лопатки и своего прямого конкурента Sempron, и топовый на тот момент Athlon 64, основанный на ядре Orleans. В сражении двухъядерных чипов победа так же осталась за Intel, ну а четырехъядерный Core 2 Quad и вовсе вне конкуренции, так как семейство К8 в своем арсенале не имела подобных решений.

Стало очевидно, что никакие дальнейшие модернизации архитектуры К8 сложившееся положение дел не спасут и AMD требуются совершенно новые решения для продолжения успешной конкуренции на процессорном рынке.

Микроархитектура AMD K10 (техпроцесс 65-нм)

Ответ от AMD на архитектуру Intel Core пришлось ждать больше года. В конце 2007-ого компания наконец анонсировала новую микроархитектуру К10. Основным ее отличием от предшественницы стало: возможность объединение до четырех модернизированных ядер на одном кристалле, усовершенствованная шина передачи данных между процессором и оперативной памятью (Hyper-Transport 3.0), наличие неразделяемого кэша третьего уровня L3 (процессоры Intel на тот момент его не имели) и поддержка в перспективе стандарта памяти DDR3. Так же стоит отметить, что чипы на базе новой микроархитектуры изготавливались с использованием 65-нанометрового технологического процесса.

Первыми выпущенными процессорами серии К10 стали трех и четырехъядерные Phenom, а так же двухъядерные Athlon X2. Как видите, в отличие от Intel, использовавшей в своих многоядерных решениях только четное количество ядер AMD пошла другим путем. Новые чипы были рассчитаны на установку в разъем Socket AM2+ (940 контактов), который был по виду идентичен и обратно совместим с AM2, только имел поддержку третей версии шины Hyper-Transport.

Процессоры AMD Phenom и Athlon X2 для разъема Socket AM2+

С появлением архитектуры K10 в AMD было принято решение отказаться от использования рейтинга производительности в маркировке процессоров, так как с массовым выходом многоядерных чипов сравнивать их относительное быстродействие по тактовым частотам стало проблематично.

Первыми представителями микроархитектуры AMD K10, изготовленными по 65-нанометровой технологии стали:

Phenom X4 9x00 (Agena) – первые процессоры на архитектуре К10, анонсированные в ноябре 2007 года. Состояли из четырех ядер, работавших на тактовых частотах от 1.8 ГГц до 2.4 ГГц. Каждое ядро Agena имело собственный кэш второго уровня 512 Кб и общий кэш третьего уровня 2 Мб. К сожалению выпуск первых процессоров на новой архитектуре не обошёлся без конфуза, так как они содержали ошибку буфера трансляции адресов (LBA). 

Phenom X4 9x50 (Agena) – те же процессоры 9000-ой серии но с исправленной ошибкой LBA и увеличенной максимальной тактовой частотой до 2.6 ГГц.

Phenom X3 8x00 (Toliman) – первые в мире трехъядерные процессоры были выпущены в апреле 2008 года. Отличались от 9000-ой серии одним отключенным ядром и уменьшенным диапазоном тактовых частот (2.1 ГГц – 2.3 ГГц). Так же как и старшие собраться, содержали ошибку буфера трансляции адресов.

Phenom X3 8x50 (Toliman) – чипы 8000-ой серии с исправленной ошибкой LBA и расширенным частотным потенциалом от 1.9 ГГц до 2.5 ГГц.

Athlon X2 7x50 (Kuma) – в конце 2008 года увидели свет и бюджетные двухъядерные процессоры. Несмотря на название, чип у новой линейки, был тот же самый что и у Phenom X4 и X3, только в нем активированы всего два ядра. Таким образом, AMD решила проблему сбыта кристаллов с забракованными двумя ядрами. Процессоры 7000-ой серии имели три модели с тактовыми частотами 2.4 ГГц, 2.5 ГГц и 2.7 ГГц (версия Black Edition с разблокированным множителем). Так же стоит отметить, что ядро Kuma вышло сразу с исправленной ошибкой LBA, о чем говорит модельный номер серии, заканчивающийся на 50.

Как видите, новая линейка процессоров AMD K10 получилась немногочисленной, состоящей всего из трех семейств. Все дело в том, что на тот момент в формировании модельного ряда процессоров Intel Core учувствовали уже как 65, так и 45-нанометровые решения. AMD же откровенно запоздала с внедрением более тонкого техпроцесса, и представила чипы нового поколения на обновленной архитектуре К10 лишь спустя год после конкурента - в начале 2009-ого. Стоит отметить, что к этому времени и Intel анонсировала уже новую архитектуру Nehalem, положившую начало многочисленной линейке процессоров Core i. Правда, речь о чипах, построенных на этих архитектурах пойдет уже в следующем материале.

Заключение

В заключении давайте посмотрим на расклад сил, сформировавшийся к концу 2008 года на процессорном рынке. Для этого из каждого актуального семейства чипов обоих производителей (существовавших на тот момент) возьмем самые производительные решения и сведем результаты в единую диаграмму.

На самом верху, как и ожидалось, разместились четырехъядерные процессоры, среди которых пальма первенства безоговорочно принадлежит Intel. Лишь модель Q8400 с урезанным кэшем L2 немного отстала от топового Phenom X4 9850 Black Edition с разблокированным множителем.

Несмотря на то, что трехъядерный чип от AMD оказал серьезную конкуренцию самым производительным двухъядерным решениям Core 2 Duo, имея на одно вычислительное ядро больше все же несколько проиграл модели E8600, изготовленной по более тонкому техпроцессу.

Двухъядерный Athlon X2 оказавшись самым быстрым среди бюджетных решений Intel, вчистую проиграл конкурирующим неурезанным продуктам этой компании с тем же количеством ядер.

Очевидно, что с появлением архитектуры Intel Core расклад на процессорном рынке резко изменился и после прорыва начала 2000-ых годов, AMD вновь оказалась в роли догоняющей. С приходом архитектуры К10, «зеленым» все же удалось несколько сократить отставание от конкурента. Но при этом общий паритет на рынке сохранился - Intel имела в своем арсенале наиболее производительные решения (во многом благодаря 45-нм техпроцессу), а AMD привлекала пользователей за счет невысоких цен на свою продукцию.

Читайте также:

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

Процессорные войны: Intel против AMD. Часть III - Архитектуры Nehalem и K10.5 (2009 – 2011 гг.)

Пособие для начинающих: Центральный процессор и его характеристики