Введение

Серия процессоров AMD

Athlon 64 — микропроцессор архитектуры AMD64 девятого поколения, произведенный компанией Advanced Micro Devices (AMD) и выпущенный 23 сентября 2003 года. Это третий процессор под названием Athlon и прямой преемник Athlon XP. Athlon 64 стал вторым процессором, реализовавшим архитектуру AMD64 (после Opteron), и первым 64-битным процессором, ориентированным на рядового потребителя. Варианты Athlon 64 выпускались для разъемов Socket 754, Socket 939, Socket 940 и Socket AM2. Это был основной потребительский процессор AMD, в основном конкурировавший с Intel Pentium 4, особенно с модификациями ядра Prescott и Cedar Mill. Athlon 64 — это первое ядро процессора K8 восьмого поколения от AMD для настольных и мобильных компьютеров. Несмотря на то, что архитектура AMD64 изначально 64-битная, она обратно совместима с 32-битными инструкциями x86. Линейка Athlon 64 была заменена линейками двухъядерных Athlon 64 X2 и Athlon X2.

Предыстория

Athlon 64 первоначально имел кодовое название ClawHammer от AMD. Как и Opteron, на котором он был основан, Athlon FX 51 требовал буферизованной памяти с произвольным доступом (RAM), что увеличивало конечную стоимость обновления. На неделе запуска Athlon 64 компания Intel выпустила Pentium 4 Extreme Edition – процессор, разработанный для конкуренции с Athlon 64 FX. Extreme Edition широко рассматривался как маркетинговый ход, направленный на отвлечение внимания от AMD, и быстро получил прозвище "Экстренное издание" в некоторых кругах. Несмотря на очень высокий спрос на процессор, AMD столкнулась с начальными трудностями в производстве, из-за чего было сложно обеспечить поставки Athlon 64 в достаточном количестве. В первые месяцы существования Athlon 64 компания AMD могла производить всего 100 000 чипов в месяц. Однако он был очень конкурентоспособен по производительности с Pentium 4, журнал PC World назвал его "самым быстрым на сегодняшний день". Athlon FX 51 также превзошел Pentium 4 3.2C в Quake III Arena и Unreal Tournament 2003 Benchmark, согласно Maximum PC. Вскоре после ClawHammer был выпущен "Ньюкасл" с объемом кэша второго уровня вдвое меньше.

одноядерный Athlon 64

Все 64-битные процессоры, проданные AMD на сегодняшний день, берут своё начало в проекте K8 или Hammer. 1 июня 2004 года AMD выпустила новые версии ядер ClawHammer и Newcastle для недавно представленного Socket 939 – модифицированного Socket 940, не требующего буферизованной памяти. Socket 939 предлагал два основных улучшения по сравнению с Socket 754: контроллер памяти был изменен и получил двухканальную архитектуру, что удвоило пиковую пропускную способность памяти, а скорость шины HyperTransport была увеличена с 800 МГц до 1000 МГц. Socket 939 также был представлен в серии FX в виде модели FX 55. Одновременно с этим AMD начала поставки ядра "Winchester", изготовленного по 90-нанометровому техпроцессу. Ядра "Venice" и "San Diego" сменили все предыдущие версии 15 апреля 2005 года. Venice, позиционировавшееся как решение начального уровня, производилось как для Socket 754, так и для Socket 939 и включало 512 КБ кэша L2. San Diego, более производительное ядро, выпускалось исключительно для Socket 939 и имело кэш L2 объемом 1 МБ, вдвое превышающий объем кэша Venice. Оба ядра были изготовлены по 90-нм техпроцессу и поддерживали набор инструкций SSE3 – новую функцию, впервые реализованную в конкурирующем Pentium 4 с выпуском ядра Prescott в феврале 2004 года. Кроме того, AMD переработала контроллер памяти для этих ядер, что привело к повышению производительности и поддержке более современной оперативной памяти DDR.

Двухъядерный Athlon 64

21 апреля 2005 года, менее чем через неделю после выпуска Venice и San Diego, AMD объявила о следующем пополнении линейки Athlon 64 – Athlon 64 X2. Выпущенный 31 мая 2005 года, он также изначально предлагался в двух вариантах исполнения ядра – Manchester и Toledo, отличавшихся главным образом объемом кэша L2. Оба варианта были доступны только для сокета 939. Athlon 64 X2 получил положительные отзывы от обозревателей и широкой публики, и большинство сошлось во мнении, что многоядерная реализация AMD превосходит конкурирующий Pentium D. Некоторые изначально опасались, что X2 может вызвать путаницу на рынке из-за ценового позиционирования, поскольку новый процессор был ориентирован на тот же сегмент энтузиастов, стоимостью от 350 долларов США и выше, который уже занимали существующие Athlon 64 для сокета 939 от AMD. Согласно официальной классификации AMD, Athlon X2 был нацелен на сегмент, который компания назвала "prosumer" (профессионалы-энтузиасты), а также на поклонников цифровых медиа. После запуска Athlon 64 X2 AMD ненадолго обогнала Intel по объему розничных продаж в США, хотя Intel сохранила лидерство на рынке в целом благодаря эксклюзивным соглашениям с крупными поставщиками, такими как Dell.

DDR2

Athlon 64 подвергался критике со стороны некоторых обозревателей в течение некоторого времени из-за отсутствия поддержки DDR2 SDRAM, новой на тот момент технологии, которую Intel внедрила значительно раньше. Официальная позиция AMD заключалась в том, что задержка CAS в DDR2 еще не достигла уровня, при котором переход на нее был бы выгоден для потребителей. AMD наконец устранила этот недостаток с ревизией ядра "Орлеанс" – первым Athlon 64, предназначенным для Socket AM2, выпущенным 23 мая 2006 года. Одновременно с ним был представлен "Windsor" – обновленный Athlon 64 X2 для Socket AM2. И "Орлеанс", и "Windsor" имеют кэш L2 объемом 512 КБ или 1 МБ на ядро. Athlon 64 FX 62 также был выпущен одновременно на платформе Socket AM2. Socket AM2 потребляет меньше энергии, чем предыдущие платформы, и поддерживает AMD V.

Контроллер памяти, используемый во всех процессорах с поддержкой DDR2 SDRAM (Socket AM2), имеет расширенный диапазон адресов столбцов – 11 столбцов вместо обычных 10 – и поддерживает размер страницы 16 КБ, при этом максимально поддерживается 2048 отдельных записей. Для использования функциональности, предоставляемой контроллером памяти в процессорах Socket AM2, был выпущен комплект unbuffered DDR2 от OCZ, оптимизированный для 64-битных операционных систем, что позволяло контроллеру памяти дольше оставаться на одной странице, тем самым повышая производительность в графически интенсивных приложениях.

Особенности

Существует четыре варианта: Athlon 64, Athlon 64 FX, Mobile Athlon 64 (позже переименованный в "Turion 64") и двухъядерный Athlon 64 X2. Общим для всей линейки Athlon 64 является поддержка различных наборов инструкций, включая MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3. Все процессоры Athlon 64 также поддерживают бит NX, функцию безопасности, которую AMD назвала "Enhanced Virus Protection". Как реализации архитектуры AMD64, все варианты Athlon 64 способны выполнять 16-битный, 32-битный x86 и код AMD64, используя два различных режима работы: "Legacy mode" и "long mode". В режиме "Legacy mode" 16- и 32-битные программы выполняются непосредственно, а в режиме "long mode" 64-битные программы выполняются непосредственно, при этом также допускается запуск 32-битных программ в 64-битной операционной системе. Все процессоры Athlon 64 оснащены 128 килобайт кэша первого уровня и не менее 512 килобайт кэша второго уровня. Это приводит к значительному снижению задержки (времени отклика) при запросах доступа к оперативной памяти. Меньшая задержка часто называлась одним из преимуществ архитектуры Athlon 64 перед архитектурами конкурентов того времени.

Автобусы памяти и HT Northbridge

Поскольку контроллер памяти интегрирован в кристалл процессора, для системной памяти больше нет FSB, от которой можно отталкиваться при определении скорости. Вместо этого скорость системной памяти вычисляется по следующей формуле (используя функцию округления вверх):

Проще говоря, память всегда работает на фиксированной доле от скорости процессора, где делитель является целым числом. Показатель "FSB" по-прежнему используется для определения скорости процессора, но скорость оперативной памяти больше не связана напрямую с этим показателем "FSB" (также известным как LDT). Вторая шина, северный мост, соединяла процессор с чипсетом и шиной подключения устройств (PCIe, AGP, PCI). Это было реализовано с использованием нового высокопроизводительного стандарта HyperTransport. AMD с переменным успехом пыталась сделать его отраслевым стандартом. Он также оказался полезным при создании многопроцессорных систем без использования дополнительных промежуточных чипов.

Перевод смотрите в сторону буферов

Буферы трансляции (TLB) также были увеличены (40 записей размером 4K/2M/4M в кэше L1, 512 записей 4K), с уменьшенной задержкой и улучшенным предсказанием переходов, при этом количество бимодальных счетчиков в глобальном счетчике истории увеличено в четыре раза.

Спокойно и тихо

Athlon 64 также оснащен технологией динамического изменения тактовой частоты процессора Cool'n'Quiet, аналогичной SpeedStep от Intel, которая позволяет снижать тактовую частоту для уменьшения энергопотребления и тепловыделения. Когда пользователь работает с нетребовательными приложениями и нагрузка на процессор невелика, тактовая частота и напряжение процессора снижаются. Это, в свою очередь, уменьшает максимальное энергопотребление (максимальное тепловыделение (TDP), установленное AMD на уровне 89 Вт) до 32 Вт (шаг C0, тактовая частота снижена до 800 МГц) или 22 Вт (шаг CG, тактовая частота снижена до 1 ГГц). Athlon 64 также имеет встроенную крышку теплораспределителя (IHS), которая предотвращает случайное повреждение кристалла процессора при установке и снятии кулеров. В предыдущих процессорах AMD для защиты кристалла от повреждений можно было использовать специальные прокладки.

НХ бит

Бит No Execute (NX bit), поддерживаемый Windows XP Service Pack 2 и последующими версиями Windows, Linux 2.6.8 и более поздними версиями, а также FreeBSD 5.3 и более поздними версиями, также реализован для повышения защиты от уязвимостей, связанных с переполнением буфера. Аппаратные уровни разрешений значительно затрудняют вредоносному коду получение контроля над системой. Это призвано сделать 64-разрядные вычисления более безопасной средой.

Технология полупроводников

Процессоры Athlon 64 производились с использованием 130- и 90-нанометровых технологий на кремнии на изоляторе (SOI). Все последние чипы (модели Winchester, Venice и San Diego) выполнены по 90-нм техпроцессу. В моделях Venice и San Diego также применена технология двойного стресс-лайнера (комбинация напряженного и "сжатого" кремния, причем последний термин фактически не обозначает отдельную технологию), разработанная совместно с IBM.

Атлон 64 FX

Athlon 64 FX позиционируется как продукт для энтузиастов, продвигаемый AMD, в особенности для геймеров. В отличие от стандартного Athlon 64, во всех процессорах Athlon 64 FX множители полностью разблокированы. Начиная с FX 60, линейка FX стала двухъядерной. FX всегда имел самую высокую тактовую частоту среди всех процессоров Athlon на момент выпуска. Начиная с FX 70, эта линейка процессоров также поддерживает конфигурацию с двумя процессорами и технологией NUMA, известную как платформа AMD Quad FX.

Атлон 64 X2

Athlon 64 X2 – первый двухъядерный настольный процессор, произведенный компанией AMD. В 2007 году AMD выпустила две финальные версии Athlon 64 X2: AMD Athlon 64 X2 6400+ и 5000+ Black Edition. Оба процессора имеют разблокированный множитель, что позволяет использовать широкий диапазон настроек разгона. 6400+ основан на 90-нм ядре Windsor (3,2 ГГц, 2 x 1 МБ L2, TDP 125 Вт), а 5000+ – на 65-нм ядре Brisbane (2,6 ГГц, 2 x 512 кБ L2, TDP 65 Вт). Эти процессоры Black Edition доступны в розничной продаже, однако AMD не комплектует розничные упаковки кулерами.

Turion 64 (ранее Mobile Athlon 64)

Ранее представленный как Mobile Athlon 64, Turion 64 теперь – это торговая марка, под которой AMD выпускает свои 64-битные процессоры с низким энергопотреблением (мобильные). Процессоры Turion 64 и Turion 64 X2 конкурируют с мобильными процессорами Intel, изначально Pentium M, а затем Intel Core и Intel Core 2. Первые процессоры Turion 64 совместимы с разъемом Socket 754 от AMD. Более новые модели "Ричмонд" предназначены для разъема Socket S1 от AMD. Они оснащены кэшем L2 объемом 512 или 1024 КБ, 64-битным одноканальным контроллером памяти, интегрированным в кристалл, и шиной HyperTransport с частотой 800 МГц. Функции энергосбережения, такие как PowerNow!, играют ключевую роль в маркетинге и эффективности этих процессоров.

Методология наименования моделей

Схема наименования моделей не позволяет очевидно сравнить один Turion с другим, или даже с Athlon 64. Наименование модели состоит из двух букв, дефиса и двузначного числа (например, ML 34). Две буквы вместе обозначают класс процессора, а число – показатель PR. Первая буква – M для одноядерных процессоров и T для двухъядерных процессоров Turion 64 X2. Чем дальше во втором символе в алфавите, тем больше модель ориентирована на мобильность (низкое энергопотребление). Например, рассмотрим MT 30 и ML 34. Поскольку буква T в MT 30 стоит дальше в алфавите, чем буква L в ML 34, MT 30 потребляет меньше энергии, чем ML 34. Однако, поскольку 34 больше 30, ML 34 работает быстрее, чем MT 30.

Атлон Нео

Имея размеры 27 мм × 27 мм и толщину 2,5 мм, процессоры Athlon Neo используют новый тип корпуса под названием "ASB1", фактически представляющий собой BGA-корпус, для уменьшения габаритов, что позволяет создавать более компактные конструкции ноутбуков и снижать стоимость. Тактовая частота процессоров значительно ниже, чем у настольных и других мобильных аналогов, для достижения низкого TDP – до 15 Вт для одноядерного x86-64 процессора с частотой 1,6 ГГц. Процессоры Athlon Neo оснащены кэшем L2 объемом 512 КБ и интерфейсом HyperTransport 1.0, работающим на частоте 800 МГц.

Преемники

В 2007 году Athlon 64 была заменена архитектурой K10, включающей, в частности, процессоры Phenom и Phenom II. Эти процессоры-преемники отличались увеличенным количеством ядер на кристалл и поддерживали Hypertransport 3.0 и Socket AM2+/AM3. По состоянию на февраль 2012 года процессоры Athlon 64 X2 все еще можно было приобрести в продаже.