После основательного экскурса в историю «нетрадиционных» (на сегодняшний день) систем и долгого перерыва пора вернуться к самой массовой архитектуре для ПК — х86. Сегодня у нас на очереди долгожданный цикл о процессорах AMD. Начнем его, конечно же, с К7, но перед этим позволю себе небольшую ретроспективу. Так мы поймем, что предшествовало появлению процессоров седьмого поколения и почему они получились именно такими.

❯ Минус один

Итак, вернемся в 1997 год — год важнейшего для истории ПК раздела. На смену недавно вышедшим Pentium MMX, использовавшим конструктив Socket 7, Intel выпускает Pentium II, требующий нового разъема — Slot 1. Обычная, казалось бы, история: разъемы и нынче сменяются каждые пару лет.

Вот только если прежде на новый разъем переезжали постепенно все производители (а их тогда было куда больше двух), то в этот раз Intel отказалась лицензировать новую шину кому-либо. У «альтернативных производителей» не оставалось выбора, кроме как продолжить развивать тут же объявленный устаревшим Socket 7 (подробнее об этом можно узнать из статьи по ссылке).

Сейчас кажется само собой разумеющимся, что каждый чипмейкер выпускает свою платформу, использует свою шину для связи с чипсетом. Да и на уровне внутренней архитектуры процессоры различаются весьма сильно. Вплоть до появления Pentium конкуренты в основном копировали (честным или не очень способом) изделия Intel.

Начиная с четвертого поколения, пути производителей х86 процессоров начали понемногу расходиться. В пятом поколении появились уже действительно сильно отличающиеся от Pentium решения (AMD K5, NexGen). Логика была проста — чипмейкеры считали, что производители материнских плат не станут разрабатывать отдельные модели плат для процессоров с другим разъемом, занимающих не такую уж большую долю рынка. Возможно, в чем-то они и были правы, пока их было много.

AMD встретила 1997 год с революционным для нее K6: основан на разработках NexGen, демонстрирующий достойные результаты и использовавшем все ту же платформу Socket 7 (ему бы только блок FPU пошустрее). Это был полноценный процессор шестого поколения с поддержкой внеочередного исполнения команд (out-of-order execution), неплохим, хотя и уступающим Intel, блоком вычислений с плавающей запятой и RISC-ядром в основе.

Слабым местом платформы была процессорная шина. При тех же 66 МГц, что и у Intel, на нее ложилась куда большая нагрузка. Кэш второго уровня оставался внешним и все обращения к нему шли по той же шине, что и работа с памятью и периферийными устройствами.

Кэш, работающий с частотой шины, серьезно уступал в эффективности расположенному рядом с ядром и работающим хотя бы на половине частоты ядра (Pentium II) или тем более с полной частотой ядра (Pentium Pro, Celeron и Xeon). Бывший полным аутсайдером, рожденный вовсе без L2, Celeron, после того как ему все же добавили 128 Кбайт кэша в некоторых задачах обходил равный по частоте Pentium II с вчетверо большим, но вдвое более медленным кэшем.

Время шло и платформа не стояла на месте. В основном росла частота шины — сначала 75 МГц, потом 83 и даже 100 МГц. Для отличия от классической разновидности имя ее сменилось на Super Socket 7 или, чаще всего, просто Super 7. Менялись чипсеты, росла скорость работы с памятью. AMD попыталась решить и проблему кэширования, добавив в K6-III встроенный кэш объемом 256 Кбайт. Это было в начале 1999 года, к тому моменту во всю применялась шина AGP и SDRAM память с частотой 100 МГц.

Один из последних чипсетов для K6-III даже не поддерживал внешний кэш. Но это были уже последние дни Super 7 — платформа уходила в глубоко бюджетный сегмент. AMD, наученная трудностями своего шестого поколения, готовила полностью новые процессоры, способные потягаться с королем — недавно вышедшим Pentium III (более подробно читайте в статье).

❯ Дитя любви и расчета

Конечно, разработка процессоров AMD седьмого поколения (на этапе разработки — AMD K7) стартовала задолго до анонса, когда Super 7 была пусть и не топовой, но вполне актуальной платформой. И именно от ее недостатков отталкивалась AMD, готовя техзадание своим инженерам. Первым делом серьезно взялись и за производительность FPU. Дальше — больше.

Недостаточный объем кэша? Позаимствуем идею с процессорным картриджем у Intel и разместим микросхемы кэша на отдельной плате рядом с ядром процессора! Неадекватная потребностям пропускная способность процессорной шины? лицензируем у Digital ее великолепную EV6 от процессоров Alpha соответствующего поколения (подробнее об истории процессоров Alpha — часть 1, часть 2, часть 3, часть 4).

Эта шина была одной из первых реализаций принципа DDR — Double Data Rate, когда данные передаются дважды за один такт (по фронту и спаду сигнала). Соответственно при реальной частоте в 100 МГц, по производительности шина соответствовала 200 МГц классической процессорной шины.

Таким же образом планировалось решить и вопрос производительности оперативной памяти. Но это сейчас память DDR широко известна и применяется (вот уже в котором поколении) повсеместно. Но в 1999 году это была ожидаемая и очень прорывная новинка, потенциально способная потеснить быструю, но все еще очень дорогую память RDRAM от Rambus. Кстати, именно ее активно продвигала Intel.

Поддержка DDR планировалась еще для Socket 7, несколько раз VIA заявляла эту фичу для своих грядущих чипсетов, но каждый раз принятие финальной спецификации стандарта откладывалось. Не успела DDR и к выходу Athlon — первые чипсеты работали с SDRAM PC100 и PC133.

И вот, 23 июня 1999 года, несмотря на все сложности, состоялась презентация. Новичка нарекли Athlon, намекая на его миссию — соревнование в производительности с Pentium III. Надо сказать, это ему удалось с самого первого дня. При частотах от 500 до 600 МГц, он был быстрее соперников, работающих на тех же частотах. Разница достигала 20% — это был настоящий успех. Цена была в пределах разумной — от $324 до $699. Позднее, к ним добавились варианты на 650 и 700 МГц по цене $849.

Что интересно, «Пентиумы» в этот момент стоили несколько дешевле и старшие их модели были немного медленнее. Например, августовская новинка Pentium III 600 стоила $669. Именно поэтому в августе появились ускоренные «Атлоны». Так началась знаменитая «Гонка частот», вернее первый ее этап — «Погоня за гигагерцем».

Несмотря на то, что анонс был по сути бумажным и первые процессоры, а также системы на их основе стали поступать к потребителям только в начале августа, коммерческий потенциал новинки AMD тоже реализовала. За следующие несколько лет, компания нарастила свою долю на рынке с нескольких процентов до более 30% на пике успеха. Этому способствовала череда удач — начиная с сегодняшнего героя и до крайне прорывных K8.

❯ Такой же черный картридж

Необычным, но очень разумным решением было использовать для Slot A тот же разъем, что и для Slot 1, но развернутый задом наперед — так платы получались дешевле, а ошибиться и установить Pentium III в Slot A или напротив Athlon в Slot 1 уже не вышло бы. В целом конструктив обоих конкурентов был схож — черная пластиковая оболочка, закрывающая заднюю сторону печатной платы и края, но оставляющий открытым ножевой разъем снизу и фронтальную часть платы.



Но, в отличие от Pentium III, кристалл ЦПУ и микросхемы кэш-памяти закрыты металлической пластиной-теплораспределителем, что снижает риск скола при установке кулера. Такой подход Intel использовала в более ранних Pentium II.

Внешних отличий было минимум: в глаза бросался только крупный двухцветный, тогда еще черно-зеленый, логотип на белом фоне в середине пластиковой части у изделия AMD (голографический логотип Intel был заметно меньше, а также крупная надпись на верхней грани картриджа). Что интересно, у части процессоров первых серий и надпись, и логотип гласили «AMD 7th Generation Processor», а имя Athlon нигде на устройстве не упоминалось! В таком исполнении мне встречались версии на 500 и 550 МГц. Инженерные образцы и вовсе маркировались как AMD K7.

Внутри изменений было гораздо больше… хотя какие тут изменения! Это был действительно полностью новый процессор, разработанный с нуля. Такой же огромный прорыв, каким был когда то К6 или Pentium Pro у Intel. Новый FPU, модуль вычислений с плавающей точкой, позволил, наконец, AMD не просто сравняться с Intel, но даже впервые вырваться вперед.

Если по целочисленным вычислениям AMD и другим «коллегам» по х86 цеху это удавалось сделать не раз, то в этой дисциплине Intel уступила впервые. Единственным узким местом было отсутствие поддержки инструкций SSE, но и у Intel они только появились и были еще не так востребованы. При этом, помимо MMX поддерживался и фирменный аналог SSE — инструкции 3DNow, появившиеся еще в К6-2!

С технической точки зрения это тот же 0.25 мкм техпроцесс, который использовался также и в интеловских процессоров вот уже в течение года. Только если Intel остановилась на 600 МГц, дальше перейдя на 0.18 мкм, то AMD смогла выжать из него на 100 МГц больше, пусть и ценой повышенного тепловыделения, перешедшего порог 50 Вт.

На кристалле площадью 184 мм2 размещалось 22 миллиона транзисторов. Кэш первого уровня достиг целых 128 Кбайт, причем кэш второго уровня не дублировал в себе информацию первого, таким образом эффективный объем кэша составлял сумму объемов L1+L2. Объем кэша L2 мог достигать внушительных 8 Мбайт, но фактически все выпущенные Athlon получили 512 Кбайт кэша вплоть до выхода моделей со встроенным в кристалл L2. У Athlon на ядре Argon кэш работал на половине частоты ядра.

Интересной особенностью Athlon стал диагностический разъем на плате, доступный при снятом или модифицированном пластиковом картридже. В среде энтузиастов быстро получил распространение инструмент по имени «Goldfinger» — платка с переключателями, которая позволяла управлять множителем и напряжением питания ядра, а в продвинутых версиях — даже подавать дополнительное питание за пределами спецификаций материнской платы.

❯ Платформа: изобилия не вышло

В этот раз AMD пришлось разработать свой собственный чипсет. Наборы серии Tsunami/Typhoon от Digital были слишком сложны и дороги, для пусть и топовой, но все же настольной платформы. Из сторонних чипмейкеров только VIA в тот момент откликнулась на предложение AMD, но с выходом чипсета явно задерживалась, желая сразу внедрить в него поддержку AGP 4x и памяти PC133 SDRAM.

Так появился первым чипсет собственной разработки — Irongate AMD 750 (северный мост AMD 751 и южный мост AMD 756). Чипсет довольствовался AGP 2x и поддерживал лишь 768 МБайт памяти PC100 SDRAM, не поддерживая 256 Мбит чипы памяти, но все же был достаточно производителен для требуемого уровня.

Первой материнской платой стала AMD Fester, распространявшаяся среди партнеров и журналистов как референсная система, однако для массового выпуска и тем более розничной продажи она никогда не предназначалась. Доступными для энтузиастов стали модели от Gigabyte, MSI и, весьма известной в то время компании, FIC (First International Computer), входившей в состав химического гиганта Formosa Plastic.



Именно FIC SD11 считается первой из трех плат, добравшихся до прилавков магазинов летом 1999 года. Она же, в несколько измененном виде, под именем Aspen 2 устанавливалась в готовые компьютеры серии Compaq Presario. Любопытный факт: розничная и «компаковская» версии, помимо установленных опциональных компонентов, отличались и цветом лака — охряный и зеленый, соответственно.

Впрочем, куда более необычной особенностью платы стало применение альтернативного южного моста — VIA 686A, в отличии от «родного», имеющего AC’97 совместимый звуковой контроллер и контроллер аппаратного мониторинга. Это при том, что звуковые возможности чипа в SD11 никак не реализованы (и к лучшему). По моему личному мнению, долгое время встроенный звук годился лишь для крайне нетребовательных пользователей.

На удивление поздно к выпуску плат для Slot A подключилась компания Asus. Это объясняется давлением со стороны Intel — лишиться скидки на чипсеты изготовителю плат очень не хотелось. Но все же, хоть и с опозданием, появилась Asus K7M, одна из лучших на основе AMD 750. Кстати, первое время, она поставлялась в белых коробках и без маркировки производителя на текстолите.

Как и FIC SD11, она использовала южный мост от VIA, имела собственный, также не навеянный референсным, дизайн. Но при этом использовала 4-слойный, а не 6-слойный текстолит, за счет чего была ощутимо дешевле в производстве. А благодаря возможности учиться на ошибках других производителей — K7M получилась очень удачной в плане производительности и, особенно, разгона.

Но не только Asus остался в стороне. Из брендов второго эшелона отметились пожалуй только Biostar и PC Partner (хотя этого производителя сложно отнести ко второму эшелону, но большую часть продукции он выпускал и выпускает под другими марками или по OEM контрактам).



Только в начале 2000 года стал, наконец, доступен первый (и последний для Slot A) чипсет от VIA — KX133. Он обладал лучшими характеристиками — AGP 4x, поддержка до 2 Гбайт памяти PC133 (хотя большинство было ограничено 1.5 Гбайт при трех слотах DIMM), не требовал 6-слойного дизайна плат, да и сам по себе был ощутимо дешевле, что сильно отразилось на доступности основанных на нем «материнок».

Тут уже подтянулись и более демократичные бренды — вторая волна плат стала куда более массовой. В моих руках побывала, например, очень качественно сделанная плата от Acorp, знаменитого в то время своими недорогими, но довольно неординарными и весьма надежными платами. Некоторые из них и вовсе стали легендарными, как например VIA85P «Полундра» или 6A815ED/EPD — двухпроцессорная плата на чипсете такой режим официально не поддерживающем.

❯ Гонка должна продолжаться!

В планах у AMD был выход как более доступных моделей Athlon Select, так и продвинутых Athlon Pro и Athlon Ultra для рабочих станций и серверов. Возможно, для них и была заложена возможность установки огромных объемов кэш памяти. Но история пошла другим путем — из-за относительно высокой стоимости изготовления процессоров в слотовом исполнении, Athlon не удалось сделать массовым.


План развития семейства Athlon. 1999 год.
Источник: www.ixbt.com/cpu/amd-athlon.html

Продвижению его в профессиональный сегмент мешало отсутствие чипсетов для многопроцессорных систем (в отличии от подхода Intel, для Athlon требовалась выделенная шина для каждого из процессоров) и сложности с наращиванием объема и производительности кэша. Предназначенные для серверов Intel Pentium III Xeon с внешним полноскоростным кэшем стоили огромных по меркам рынка ПК денег, при этом ограничивались частотой 550 МГц. Частота же более доступных микросхем внешнего кэша, которые устанавливались в Athlon (да и в Pentium III Katmai), была и вовсе ограничена 350 МГц.

Intel тем временем перешла на 0.18 мкм техпроцесс и в новых Pentium III Coppermine интегрировала 256 Кбайт полноскоростного кэша в сам кристалл. Это несколько задержало рост частот, но дало возможность не потерять в производительности из-за медленного, хотя и более крупного кэша. AMD также вынуждена была перейти на 0.18 мкм технологию, но интегрировать кэш в кристалл на первом этапе не удалось. Так появились процессоры с кодовым обозначением Pluto (в честь планеты Плутон, а не одноименного героя мультфильма — пса, известного в русском переводе как Плуто).

Pluto получили отличный частотный потенциал и неплохо разгонялись, вот только теперь узким местом стал кэш второго уровня. У процессоров с частотой до 700 он продолжал работать на ½ частоты ядра, но уже у моделей 750, 800 и 850 МГц множитель пришлось уменьшить до ⅖. Таким образом у 800 МГц Athlon кэш L2 работал на 320 МГц. У некоторых материнских плат появилась возможность программно управлять делителем частоты кэш-памяти, что значительно облегчало разгон.

Очередным рубежом стала частота 900 МГц. Фактически, процессоры на 900, 950 и, наконец, рекордные 1000 МГц (они получили отдельное кодовое имя Orion) вышли в один день — 6 марта 2000 года и ознаменовали победу AMD в первом этапе «Гонки за Гигагерц». Чтобы суметь реализовать частотный потенциал ядра, производителю пришлось «придушить» кэш еще сильнее.

Теперь он работал лишь на ⅓ частоты ядра, но этого было достаточно для сохранения паритета с Intel на равной частоте в большинстве задач. Тем временем тепловыделение выросло еще больше и достигло 65 Вт для 1 ГГц модели. Зарождалась слава AMD как производителя самых горячих процессоров (что, конечно, было не совсем так).

❯ Полет буревестника

С победой в гонке закончилась и история Orion/Pluto. Уже в июне 2000 года на смену им пришли процессоры на ядре Thunderbird, теперь уже со встроенным кэшем L2. Как и у Intel, объем его уменьшился вдвое и составил 256 Кбайт. Но благодаря эксклюзивной (это термин, описывающий тип архитектуры, а не выделяющей ее из ряда других) архитектуре кэша, эффективный его объем составил уже 384 Кбайт.

Модели с частотами от 600 до 1000 МГц были представлены сразу в двух исполнениях — Slot A и Socket A, и это были последние слотовые процессоры от AMD. Первая серия Thunderbird практически дублировала прежний модельный ряд Athlon, заменяя его — ведь себестоимость даже в слотовом варианте оказывалась значительно ниже прежнего варианта.

❯ В руках коллекционера

Пока же вернемся в наши дни и заглянем в хранилища коллекции «Digital Vintage». Изначально я планировал лишь одну сборку с Slot A процессором, так как сами по себе эти процессоры, и даже в большей степени, материнские платы для них сегодня являются большой редкостью.



Первой сборкой стал SERVERGHOST Starliner K7, в основу которого легла плата производства PCPartner с труднопроизносимым обозначением AMD750ASLA-976. Создана она вокруг чипсета AMD 750 (751+756) и не содержит дополнительных интегрированных контроллеров. Плата довольно футуристична (по меркам тех лет) и не имеет ISA слотов: только 5 слотов PCI и 1 слот AGP 2x. Система собрана в огромном корпусе Big Tower производства Chieftec.

Установлен процессор Pluto с частотой 800 МГц и 512 Мбайт памяти. Охлаждается процессор модным на стыке веков и очень приметным кулером Thermaltake Golden Orb SECC II. Подстать уровню и другие компоненты — видеокарта ATi All-in-Wonder Radeon с 32 Мбайт памяти и встроенным ТВ-тюнером, дисковая подсистема с интерфейсом SCSI и звуковая карта Creative Sound Blaster Live! И, конечно, установлен шестискоростной DVD-привод производства Panasonic, который, как оказалось не умеет читать CD-R и DVD-R диски.



Вторая машина появилась случайно и совсем недавно. В купленном под другую сборку корпусе оказался внезапный бонус — AMD Athlon 600 раннего выпуска на ядре Argon и материнская плата FIC SD11 в идеальном состоянии. Корпус ушел по назначению, а после недолгих раздумий машина была собрана в культовом InWin H500, практически в конфигурации мечты 1999 года.

Процессор украсил оригинальный кулер с двумя вентиляторами, в качестве видеокарты трудится 3dfx Voodoo 3 3000 c 16 Мбайт видеопамяти (совсем скоро ее сбросит с пъедестала GeForce 256), а за звук отвечает подающая надежды Aureal Vortex 2. Куда же тут без производительной дисковой системы — конечно же, SCSI, на основе проверенного контроллера Adaptec 2940U (очень просится сюда 2940U2, но это уже удел еще более мощных и дорогих машин).



Сборка получила имя SERVERGHOST Starliner K7 Glide и отправилась не на склад, а расположена на боевом стенде, который злые языки называют «Алтарь H500» :)

❯ Интерлюдия

Но на этом развитие слотовой платформы AMD остановилось. Ввиду сложности разводки, так и не было выпущено ни одного переходника для установки в слот сокетных процессоров. Более быстрые процессоры Thunderbird выпускались только в варианте Socket A.

Но там, где заканчивается история Slot A как топовой платформы, начинается огромный рост популярности AMD во всех сегментах рынка — от бюджетного уровня до рабочих станций, а позднее — выход на рынок серверов. Но об этом мы поговорим в следующих статьях цикла.

До новых встреч!

Новости Digital Vintage

Новых статей не было почти год. После завершения коллаборации с Selectel совсем не было времени на крупные формы творчества, если так можно сказать о статьях. :) Теперь время, наконец появилось, и статьи о ретро технике из Digital Vintage и исторические очерки возвращаются.

И все же, в этот год коллекция не стояла на месте, а развивалась!

Во-первых, у Digital Vintage появился канал в Telegram — @digitalvintage_ru, присоединяйтесь, там тоже интересно! Также есть одноименный паблик в ВК — vk.com/digitalvintage_ru, там пока еще совсем малолюдно.

Во-вторых, у нас уже более 250 экспонатов — пришлось даже обзавестись собственным складом.

Ну а в третьих — за это год коллекция пополнилась несколькими очень редкими и интересными машинами и некоторым количеством приятных необычностей — ждите рассказ о них!