История процессоров AMD

Предыстория

AMD, а точнее Advanced Micro Devices Inc. была основана 1 мая 1969. Тогда штаб-квартира компании, что особо не удивит всех, кто знаком со спецификой технологической индустрии, находилась в Саннивейле, штат Калифорния - одном из городов, которые породили ныне известную Кремниевую долину. Учредители AMD были Джерри Сандерс, Эдвин Терни, Джон Кэри и Джек Гиффорд, как и в случае с Intel, они были бывшими сотрудниками компании Fairchild Semiconductor. Первым проектом компании был 4-битный чип-регистр - Am9300. Его продажи начались в 1970 году. К тому времени ничего не предвещало жесткой борьбы между AMD и Intel, что развернулась позже.

А конфликт был... и он был связан с копированием, а точнее процессом обратной инженерии. Официально AMD выпустила свой первый процессор в 1975 году под названием Am9080. Но на практике это была точная копия 8-битного блока Intel 8080, представленного годом ранее. В конце концов, компаниям удалось договориться, и AMD получила возможность продолжать разработку этого процессора.
 

Эра систем x86

В начале 1980-х персональные компьютеры вступили в совершенно новую фазу. Благодаря инновационным 16-битным процессорам 8086 компания Intel начала захватывать рынок. Также, компьютеры постепенно стали появляться не только у крупных корпораций. В то время компанией, что имела огромное влияние на рынке была - IBM, которая заставила Intel подписать лицензионное соглашение с другим производителем, который мог бы производить идентичные системы. Таким образом, с 1982 года AMD могла производить свои версии чипов используя инструкций x86 которые разработала Intel. Это была также первая в истории ситуация, когда чип AMD демонстрировал производительность выше, чем созданный компанией Intel. Во многих задачах Am286 (фактически копия Intel 80286), был быстрее оригинала. Секретом была большая тактовая частота. AMD "разгонялся" (конечно, этот срок еще не использовался) от 12 МГц до умопомрачительных 20 МГц.

Именно в ту эпоху следует искать причины своеобразного конфликта, который разжигает сторонников технологий и по сей день. Споры о превосходстве между сторонниками процессоров Ryzen и Сore сегодня очень напоминают статьи, что ранее описывали преимущества Am286 над 80286 (или наоборот). В то время лицензионный договор, который был подписан между компаниями, не вызывал больших споров по семейству процессоров 80286. Однако следующие два поколения процессоров: 80386 и 80486, имели другую архитектуру и по данным Intel, были незаконно скопированы AMD. Впоследствии дело перешло в суд, который и признал вину AMD.

Конец копирования

В 1996 году AMD представила свой ответ системам на базе Pentium - процессор с индексом К5. Несмотря на такое простое название, он стал для калифорнийской компании первым процессором собственной разработки. Интересно, что в таком названии есть скрытая шутка, которую оценят любители комиксов. Буква K происходит от слова Криптонит - легко догадаться, для какого «Супермена» этот вымышленный камень был ядом.

Последующие годы развития AMD были насыщенными интересными проектами. Архитектура K5 в своих следующих воплощениях не совсем удачно конкурировала с Intel, и только обновленной версии с индексом K6 удалось составить эффективную конкуренцию для Pentium тех лет. В конце концов, AMD решила отказаться от подобных названий своих продуктов, и выбрала новое имя для следующего поколения процессоров - так появился бренд Athlon. Хотя сегодня процессоры Athlon ассоциируются с устройствами низкого класса, для не слишком требовательных пользователей, в начале 2000-х годов процессоры этого семейства били рекорды производительности. В буквальном смысле. AMD Athlon 1000 был первым процессором в истории, достигший впечатляющей тактовой частоты работы - 1 ГГц. Для менее требовательных пользователей AMD предусмотрела процессоры под брендом Duron, которые конкурировали на рынке с бюджетной линейкой Intel Celeron.

Инновационный подход

В 2003 году AMD пошла по пути, ранее неизвестному в персональных компьютерах. Созданный в сентябре того же года Athlon 64 представил инструкции AMD64, открывшие возможности 64-битных вычислений для обычных домашних ПК. Главным преимуществом данных CPU была возможность использования больших объемов памяти, и принципиально новая архитектура. Эти процессоры сразу доминировали в рейтинге самых быстрых на рынке. Среди прочего, этому способствовали значительные структурные изменения - например, контроллер оперативной памяти, что ранее располагался в чипсете материнской платы, переместился непосредственно в ядро процессора.

На следующий решительный шаг от AMD не пришлось ждать долго. Компанией уже в 2005 году были показаны первые по-настоящему двухъядерные процессоры для настольных ПК - AMD Athlon 64 X2. Процессоры на архитектуре K8, буквально уничтожили невероятно горячие и энергозатратные двухъядерные процессоры конкурета - Pentium D. Системы от AMD были дешевле, потребляли меньше энергии, излучали меньше тепла и прежде всего, в большинстве задач, они превосходили своего конкурента. Но время перемен неумолимо приближалось…

Будучи на волне успеха, в 2006 году AMD приобрела канадскую компанию ATI, производителя графических систем под известным брендом Radeon. Это решение сильно повлияло на развитие компании в течение следующих лет и имеет большое значение для ее нынешнего положения.

Декада хлопот

Начало 21 века, для AMD было замечательным, но все начало меняться примерно в 2006 году. Тогда, Athlon 64 X2, который все еще показывал отличные результаты, получил достойного соперника в виде процессоров под названием Core 2 - в основе этих CPU были использованы несколько принципиально новых технологий, которые ранее дебютировали в мобильных процессорах Intel. В 2007 и 2008 годах обе компании выпустили обновленные продукты. AMD показала процессор Phenom (2007), который представлял собой существенное усовершенствование архитектуры AMD использованной в предыдущих системах. Изменения предусматривали использования общего кэша третьего уровня между всеми ядрами. Увеличился IPC процессора, также был усовершенствован контроллер памяти. Кроме того, компания решила остановиться на использовании 65 нм литографии.

Intel, у которой уже есть процессоры Core 2 Duo и Core 2 Quad, удалось вернуться к игре и продолжить время от времени составлять достойную конкуренцию AMD. В 2006 и 2007 годах спор среди пользователей сети о Athlon 64 X2 / Phenom или Core 2 Duo / Core 2 Quad был одной из самых горячих тем технологических форумов. В конце 2008 года, когда AMD только готовилась выпустить процессоры Phenom II (улучшенной версии процессора Phenom и перейдя на более «тонкий» 45 нм техпроцесс), произошло настоящее землетрясение: Intel показала системы на базе ядра Nahalem - первое поколение ныне широко известных процессоров которые составили линейку Core i7 / i5 / i3. Количество внедренных изменений в CPU Intel оказалось настолько большим, что эти процессоры оставили далеко позади конкурентов (и предшественников).

В последующие годы Intel постоянно совершенствовала процессоры Core, используя модель разработки, которую называли тик-так. В ответ на это AMD сумела выпустить мощный Phenom II X6 - первую настоящую шестиядерную систему для настольных ПК. Впоследствии, AMD решила отойти от прямой конкуренции с Intel, ища «другой путь», что ранее помог компании выпустить первые 64-битные и двухъядерные процессоры. Новая концепция была неплохой - сочетание ядра процессора и эффективного графического чипа (для создания которого AMD имел соответствующую технологию благодаря покупке ATI) в одном продукте. Этот тип процессоров получил собственное название - APU (Accelerated Processing Unit). Для новейших процессоров было выбрано отдельное название, а точнее индекс. Их обозначали просто буквой A (A10, A8, A8, A4).

Архитектура Bulldozer стала важной вехой в развитии процессоров AMD. Сама архитектура имела много интересных особенностей, прежде всего речь идет о подходе к работе над несколькими потоками. В то время как SMT (или Hyper Threading у Intel) частично увеличивает площадь одного ядра и позволяет ему работать над двумя потоками одновременно, системы на базе Bulldozer были основаны на полноценных двух ядрах, что позволяло обрабатывать два потока независимо. Таким образом, на каждые два «ядра» (вернее, на один модуль) была одна единица вычисления чисел с плавающей запятой. То же самое было сделано с системами декодирования и загрузки - по одной для каждого модуля. Результатом такого подхода стали процессоры, которые не только уступили чипам Intel с точки зрения производительности, но и были не такими энергоэффективными. Последующие модификации этой архитектуры под названием Railroad также не смогли сравниться с быстрыми Core по производительности. Компания AMD активно развивала эту архитектуру с 2011 по 2017 год, но ощутимых успехов это не принесло. Между тем, уже при новом генеральном директоре - докторе Лизе Су (она возглавила AMD в 2014 году), начала вестись работа над чем-то совершенно новым…

Но как вообще могло случиться, так что AMD сумела пережить десятилетия доминирование Intel? Хороший вопрос. Ответ прост: компанию спасли игровые консоли. Так Sony, и Microsoft, для своих консолей того времени (PlayStation 4 и XBOX One соответственно), решили использовать APU от AMD. Эти процессоры имели все необходимое для создания отличной игровой платформы с доступной стоимостью и высоким уровнем интеграции компонентов. Не вдаваясь в подробности - процессоры на базе архитектуры Jaguar, которые были интегрированы в консоли, обеспечили компанию необходимыми финансами для проведения последующих исследований.

Эпоха Дзен

В феврале 2017 года на специальном мероприятии, после многих лет тишины, на сцену вышла генеральный директор AMD доктор Лиза Су и объявила переворот области строительства микропроцессоров. Во время презентации были раскрыты дополнительные детали работы новых CPU, изготовленных на совершенно новой архитектуре Zen. Процессоры получившие название Ryzen вышли на рынок в марте того же года, и AMD впервые за много лет смогла соперничать с Intel на равных.

Секрет построения процессоров AMD Ryzen был явно взят из существующих решений. Вместо кластеризованной многопоточной обработки данных как в Bulldozer, в архитектуре Zen появился аналог Intel HT, что позволяет двум потокам работать на одном ядре одновременно. Это дает лучший эффект, чем предыдущее решение, потому что здесь, когда вам нужна однопоточная производительность, все ядро работает на ее получение, тогда как ранее лишь часть модуля занималась им. Среди новой процессорной палитры появляются 8-ядерные и 16-поточные блоки - что до сих пор встречались только на HEDT платформах (высокий класс настольных ПК). Оказалось, что в однопоточных тестах эти системы немного уступают процессорам конкурента, но там, где требуется работа сразу многих ядер, они часто оказываются быстрее. Построение кэша, механизмы прогнозирования процессора и исполнительные подразделения (что важно для производительности) были полностью перестроены. В результате мы получили очень эффективный процессор, который со временем охватил всё рыночное пространство.

Начиная с 2017 года архитектура Zen систематически перерабатывалась, что привело к ее совершенствованию под названием Zen + в 2018 году и значительно более глубокой трансформации в форме Zen 2 в прошлом году. Это последнее ее воплощение - это то, что действительно завоевало рынок. Сегодня оно известно как третье поколение или просто AMD Ryzen 3000.

AMD Ryzen - как их различить?

Как и в случае с системами Intel, в AMD многое можно прочитать по названию процессора. Он содержит ряд цифр и букв, которые позволяют понять характеристику конкретных систем, их назначение и вероятную цену.

Название каждого процессора Ryzen, как очевидно, начинается со слова «Ryzen» (не очень показательно, правда?). Но за ним следует цифровой индекс: 3, 5, 7 или 9. Он определяет, какой сегмент охватывает данный процессор среди его платформы. Попытки связать эти цифры с процессорами Intel только на первый взгляд точные и часто зависят от конкретных моделей. Например, некоторые представители линейки Ryzen 7 на самом деле не только могут конкурировать с Core i7, они способны бросить вызов старшим процессорам серии Core i9. Тогда как достойным соперником старшим Ryzen 9 могут стать только процессоры сегмента HEDT от Intel. Таким образом, эта нумерация в основном полезна для внутренних сравнений в рамках платформы AMD.

Идем дальше. Теперь нам следует найти порядковый номер, состоящий из четырех цифр. Первый определяет генерацию процессора, а следующий организует его в рамках серии. Поколения систем Ryzen явно отличаются. Например, Ryzen 7 3700 является старшим процессором в линейке, и расположен выше чем Ryzen 5 3600X. Но что за буква X, откуда она?

Что же, буквы в конце вы можете найти и в наименовании процессоров Intel, их расшифровка относительно простая задача.

U - это мобильные процессоры для так называемого мейнстрима. Мы можем их найти в достаточно тонких и легких ноутбуках. Моделях для повседневных задач, которые не охватывают таких категорий как обработка мультимедийных материалов или современные игры. Эти процессоры достаточно эффективны, но геймерам трудно их рекомендовать. Их TDP составляет всего 15 Вт. Поэтому они не достигают высоких частот, следовательно, их производительность ограничена. Однако у них есть функция, которая делает их весьма пригодными для простых или старых игр - интегрированная графическая система основана на архитектуре Vega. Она достаточно эффективна и позволяет развлекаться уменьшив детализацию или играть в замечательные классические игры. Конечно, как всегда в случае с интегрированной видеокартой многое зависит от качества используемой оперативной памяти. Некоторые производители ограничили возможности этого iGPU, используя в своих ноутбуках только одноканальную память. В любом случае, это не важно - процессоры серии Ryzen U любого поколения не подходят для геймеров.

H - Ryzen, обозначенный такой буквой, являются мобильными процессорами для более требовательных пользователей. Мы можем их увидеть среди ноутбуков для геймеров, мобильных рабочих станций и других системах, где вам нужна большая производительность. Чем они отличаются от систем класса U? Структурно, вообще... ничем. Однако они имеют значительно более высокий TDP, что позволяет им «распахнуть крылья». Теоретически процессор Ryzen 7 3750H не особо отличается от Ryzen 7 3700U - однако первый чаще достигает высшей тактовой частоты, более агрессивно управляя режимом Turbo.

HS – сочетание этих букв сегодня можно увидеть лишь в серии Ryzen 4000. Данные CPU являются младшими версиями мобильного процессора H, они специально разработаны для установки в тонкие корпуса (Slim, следовательно S) ноутбуков. Поэтому эти системы имеют несколько ниже TDP, чем их аналоги серии H того же поколения.

G - это настольные процессоры Ryzen с интегрированной графикой. Они замечательные как сердце недорогого мультимедийного компьютера, но через меньшее количество ядер, чем в других настольных моделях, у них есть некоторые недостатки в производительности, которые вытесняют их из списка действительно игровых. Тем более, что они также имеют ограниченное количество шин PCIe. Но с другой стороны в этих процессорах разблокированный множитель, поэтому вы сможете разогнать их в будущем.

Нет букв - типичный настольный процессор Ryzen. В отличие от того, к чему мы уже привыкли в маркировке Intel, эти процессоры имеют разблокированный множитель, поэтому они склонны к разгону.

X - модели, это процессоры которые имеют заводской разгон. По конструкции они ничем не отличаются от процессоров без всякой буквы в конце названия. Однако они характеризуются высокой частотой работы, а следовательно, и большей эффективностью. В них также разблокированный множитель.

Давайте также обсудим существующие поколения процессоров AMD Ryzen. Первое поколение дебютировало в начале 2017 года, меняя облик рынка центральных процессоров. Эти CPU используют первое поколение архитектуры Дзэн. Они были изготовлены на основе 14 нм технологического процесса. Их наследники, то есть второе поколение - те, что производятся с 2018 года, они отличаются несколько улучшенной архитектурой Zen + и современным производственным техпроцессом FinFET 12 нм. Данные CPU также официально поддерживают быстрый тип оперативной памяти, а именно - DDR4 2933 МГц (ранее только 2667 МГц). Третье поколение - гораздо более усовершенствованное. Процессоры Ryzen 3000, которые дебютировали летом 2019 года, используют архитектуру Zen 2 - которая приносит с собой целую массу улучшений, в частности увеличен IPC (количество инструкций, что обрабатываются за один такт), что позволило процессору догнать системы Intel в однопоточных задачах. Ryzen 3000 также содержит гораздо больше кэш-памяти L3 и новый контроллер оперативной памяти, который официально работает модулями памяти DDR4 3200 МГц. Однако самым большим изменением является современный технологический процесс - 7 нм. Благодаря этому ядра процессора меньше, что позволяет больше их разместить на той же площади. Кроме того процессор нагревается меньше, тратя меньше электроэнергии. Но похоже AMD не собирается отдыхать - компания уже анонсировала выход четвертого поколения процессоров Ryzen... но есть один нюанс.

Если в настольном сегменте все понятно, то в мобильных системах происходит определенный сдвиг. Процессоры для ноутбуков серии Ryzen 2000, как следует из названия, не являются «родственником», например, Ryzen 7 2700X, то есть представителем второго поколения. На самом деле эти процессоры находятся ближе к, например, Ryzen 5 1600X. Иными словами, они используют первое поколение архитектуры Дзэн и создаются на 14 нм технологическом процессе. Мобильные модели Ryzen 3000, с другой стороны, являются процессорами использующими архитектуру Zen +, что тесно их связывает с настольными системами второго поколения. Поэтому новый мобильный Ryzen 4000, который сейчас появляется в ноутбуках, является эквивалентом процессоров третьего поколения наших настольных компьютеров.