AMD Athlon (в русском языке «
Атлон») — торговое название высокопроизводительного x86-совместимого
процессора с микроархитектурой K7, выпущенного компанией
AMD.
Дебют архитектуры AMD K7 и процессоров Athlon пришелся на август 1999 года. Американская компания ставила перед собой всё более и более серьезные задачи, поэтому ожидания пользователей от новой разработки были довольно высоки, особенно учитывая просачивающуюся в прессу информацию о технических характеристиках.
Еще задолго до того, как компания выпустила платформу K7, AMD и
Motorola заключили партнерское соглашение, в рамках которого для производства новых процессоров могли использоваться фабрики Motorola. Результатом их сотрудничества стала технология производства кристаллов с применением медных соединений.
За разработку архитектуры K7 отвечал новичок AMD —
Дирк Мейер. На то время будущий CEO AMD лишь недавно присоединился к компании. До этого он работал в компании
DEC и непосредственно участвовал в разработке процессоров
Alpha.
Дирк Мейер — будущий CEO AMD
Влияние DEC’овских процессоров на K7 чувствовалось сразу. Архитектура была разработана с прицелом на работу с высокой тактовой
частотой. Для этого использовалась суперконвейерная суперскалярная модель. Платформу назвали суперконвейерной, поскольку число стадий
конвейера увеличилось. Например, конвейер целочисленных операций состоял из 10 стадий, а модуль операций с плавающей запятой — из 17. Суперскалярность же заключалась в том, что Athlon умел обрабатывать до трех инструкций параллельно.
Ахиллесовой пятой архитектуры предыдущего поколения — K6 — была низкая производительность модуля вычислений с плавающей запятой (FPU). Так, процессоры AMD значительно уступали «Пентиумам». Не помогла тем «камням» и поддержка инструкций 3DNow!. Поэтому в K7 блок FPU был полностью переработан. Он стал трехконвейерным и содержал модули FMUL, FADD и FSTORE, которые могли работать как по отдельности, так и вместе. Блоки FMUL и FADD отвечали за выполнение инструкций MMX и 3DNow!. Первый модуль специализировался на операциях умножения, деления и вычисления квадратного корня из числа, а второй — на сложении и вычитании. Третий блок — FSTORE — обеспечивал доступ к оперативной памяти.
Раз уж мы упомянули инструкции 3DNow!, то стоит отметить, что в «Атлонах» этот набор команд был расширен. Новая версия 3DNow! получила 19 новых инструкций, предназначенных для обработки видеоданных и речи.
Еще одним нововведением в K7 стало использование шины данных EV6. Данный интерфейс являлся еще одной прямой отсылкой к процессорам компании DEC, поскольку он использовался в моделях Alpha. По сравнению с шиной GTL+, которая использовалась в архитектуре Intel P6, EV6 обладала несколькими преимуществами. Во-первых, использование технологии DDR (Double Data Rate) позволило передавать данные по обоим фронтам тактового сигнала. То есть при реальной частоте шины 100 МГц на выходе получалась вдвое большая эффективная частота — 200 МГц. Это позволило лучше использовать потенциал оперативной памяти. Во-вторых, благодаря поддержке протокола «точка-точка» EV6 идеально подходила для построения многопроцессорных систем.
Кэш-память «Атлонов» также претерпела определенные изменения. Прежде всего, нужно заметить, что процессорный кэш состоял из двух уровней. «Мозги» 1-го уровня подразделялась на блоки инструкций и данных. Объем каждого модуля составлял 64 Кбайт, что в сумме давало 128 Кбайт. Например, у
Pentium III ёмкость кэша первого уровня составляла всего 32 Кбайт. Количество кэш-памяти 2-го уровня в архитектуре K7 равнялось 512 Кбайт, но он работал на вдвое или втрое меньшей частоте, нежели сам процессор. Это объяснялось тем, что SRAM-память была вынесена за пределы кристалла.
Процессор Athlon, Slot A
Первые процессоры Athlon базировались на ядре Pluto, которое производилось по 250-нм техпроцессу. «Камень» содержал порядка 22 миллиона
транзисторов. «Атлоны» с ядром Pluto устанавливались в разъем Slot A. Несколько позже появились кристаллы, основанные на ядре Orion, которое производилось по 180-нм техпроцессу. И это было его единственным отличием от Pluto.
Интересные изменения процессоры получили после выхода 180-нм ядра Thunderbird. Во-первых, отныне продукты AMD были совместимы с разъемом Socket A. Во-вторых, они претерпели и существенные архитектурные изменения. Кэш-память 2-го уровня была перенесена непосредственно в процессорное ядро и работала на одинаковой с ним частоте. Несмотря на то, что ее объем уменьшился до 256 Кбайт, скорость её работы возросла. Помимо этого, была увеличена тактовая частота системной шины. Теперь она функционировала с частотой 133 МГц, то есть ее эффективный показатель равнялся 266 МГц.
Кстати, AMD’шные процессоры первыми смогли преодолеть гигагерцевый рубеж. 6 марта 2000 года Athlon с ядром Thunderbird стал первым «камнем» в истории с рабочей частотой 1 ГГц. Но и это не стало пределом для архитектуры K7, так как чуть позже появились модели, которые функционировали на частоте 1400 МГц.
Гигагерцевый Athlon для разъема Slot A
Несмотря на коммерческий и технологический успех K7, архитектура была далеко не идеальна. Основной ее проблемой являлся медленный кэш 2-го уровня — даже после того, как он был перемещен в кристалл, его производительность оставляла желать лучшего. Также недостатком первых «Атлонов» считалось отсутствие поддержки «интеловского» набора инструкций SSE. Эти команды были своего рода аналогом инструкций 3DNow!, и подавляющее большинство приложений «затачивалось» именно под SSE. По этой причине процессоры Athlon зачастую уступали в производительности кристаллам
Intel.
Эти недостатки были исправлены в новом ядре
Palomino, на базе которого выпускались решения
Athlon XP (eXtra Performance). Кроме поддержки SSE и более быстрого кэша 2-го уровня, кристаллы наконец-то обзавелись термодатчиком для отслеживания температуры. Ядро Palomino производилось по 180-нм техпроцессу, но в сравнении с предшественниками стало сложнее и содержало почти 38 миллионов транзисторов. Большинство моделей Athlon XP устанавливались в разъем Socket A, хотя существовали и переходные варианты для Slot A. Максимальная тактовая частота Palomino составляла 1733 МГц.
Процессор Athlon XP для Socket A
Отметим, что с выходом Athlon XP компания AMD ввела рейтинговую систему обозначения процессоров. Так, индекс любой модели отныне не отображал реальную тактовую частоту ядра. Например, Athlon XP 2000+ функционировал со скоростью 1667 МГц и был сопоставим по производительности с процессором Pentium 4 с частотой 2000 МГц.
Ядро
Palomino было представлено в октябре 2001 года, и уже спустя 9 месяцев на смену ему пришли процессоры
Thoroughbred (Tbred-A). Это решение представляло собой то же ядро Palomino, но выпущенное по 130-нм технологическим нормам. AMD неожиданно испытала проблемы с наращиванием тактовой частоты в новых процессорах, поэтому через два месяца появилась новая ревизия Thoroughbred — Tbred-B. По архитектурному дизайну Tbred-A немного отличалась от Tbred-B, но это позволило достичь обновленному ядру частоты 2200 МГц. В Thoroughbred также была увеличена до 166 МГц частота системной шины.
Последним пришествием архитектуры K7 стало ядро
Barton, выпущенное в 2003 году. Процессоры отличались от Thoroughbred лишь увеличенным до 512 Кбайт кэшем 2-го уровня. Barton лишь незначительно превосходил в производительности Tbred-B, и компания AMD поспешила вывести на рынок свою новую архитектуру под названием K8.
© Олег Коленченко
для Www.Ferra.Ru.
В начало
