Procesory 2003/2004 i wcześniej

Transkrypt

1 Procesory 2003/2004 i wcześniej Prawo Moore a Dawno, dawno temu - w 1972 roku - Gordon Moore, jeden z załoŝycieli firmy Intel, stwierdził, Ŝe gęstość upakowania układów scalonych podwaja się średnio co 18 miesięcy. Ten Ŝart stał się obecnie prawem obowiązującym w technologii komputerowej - w 18-miesięcznym rytmie nie tylko podwaja się gęstość upakowania, lecz takŝe wiele innych parametrów. Warto przyjrzeć się bliŝej temu zjawisku. Jego zrozumienie pozwala nie tylko na spoglądanie z dystansu na kolejne, chwilowe rekordy technologiczne, ale takŝe na przewidywanie tych nowości, które dopiero mają nadejść. A przy okazji pozwala na docenienie róŝnych, niewidocznych na pierwszy rzut oka aspektów wyścigu technologicznego. Nikomu nie trzeba tłumaczyć korzyści, jakie daje integracja wielu elementów w jednym układzie scalonym. Im większą liczbę elementów da się upakować, tym lepiej - uzyska się większą wydajność oraz mniejszy koszt produkcji. Dlaczego wobec tego nie robi się układów scalonych, które zawierałyby np. całą jednostkę centralną: procesor, procesor graficzny i pamięć na jednym chipie? Wielkość chipu krzemowego Obróbka krzemowego wafla jest procesem kosztownym i długotrwałym. Nic więc dziwnego w tym, Ŝe im więcej sprawnych układów uzyskuje się z jednego wafla, tym bardziej opłacalna jest produkcja. Ale powierzchnia pojedynczego układu nie tylko przekłada się bezpośrednio na ilość uzyskiwanych układów - im większa jest powierzchnia, tym większe jest prawdopodobieństwo tego, Ŝe wewnątrz niej znajdzie się więcej defektów struktury krzemowej, uniemoŝliwiających poprawne działanie układu. Przyjęło się niezbyt precyzyjne określenie, Ŝe koszt produkcji chipu rośnie z kwadratem jego powierzchni. Praktyczną barierą opłacalności była od lat i pozostaje nadal powierzchnia około 300 milimetrów kwadratowych. Oczywiście w przypadku procesorów, kosztujących wiele tysięcy dolarów i produkowanych w niewielkiej skali, opłacalna moŝe być produkcja jeszcze większych chipów. Jednak w praktyce 300 milimetrów kwadratowych to chip ogromny, bardzo duŝy, a poniŝej niewielki. Bariery wielkości chipu są szczególnie eksponowane przy wdraŝaniu nowych architektur - na granicy opłacalności były pierwsze procesory Cyriksa, o powierzchni chipu 394 mm 2. RównieŜ chip procesora Pentium mierzący 294 mm 2 był ogromny, ale zanim po blisko sześciu latach architektura Pentium się przeŝyła, chip Pentium zmalał do 90 mm 2. Podobna jest sytuacja Pentium mm 2 (pierwsze wersje) tego układu to bardzo duŝo, w porównaniu ze 106 mm 2 Pentium III, jednak zanim architektura P4 się zestarzeje, chip stanie się niewielki. Wymiar technologiczny Kilka lat temu najpowszechniej stosowane były wymiary technologiczne 0,35 i 0,25 mikrometra, obecnie skończyła się technologia 0,18-mikronowa króluje 0,13 mikrona, a Intel w lutym 2004r. wypuścił procesor w wymiarze 0,09 mikrona (czyli 90 nanometrów). Czym właściwie jest wymiar technologiczny? W uproszczeniu moŝna powiedzieć, Ŝe jest to wymiar "kratki", na której rozmieszczono elementy układu scalonego. Im mniejszy wymiar technologiczny, tym więcej elementów daje się umieścić na tej samej powierzchni krzemowego chipu. Wymiar technologiczny jest definiowany jako liniowy, podczas gdy powierzchnia, zajmowana przez element, zaleŝna jest od kwadratu tego wymiaru. Widać więc, Ŝe kaŝdy kolejny krok w zmniejszaniu wymiaru odpowiada w przybliŝeniu zmniejszeniu powierzchni "kratki" o połowę, a co za tym idzie - podwojeniu liczby elementów mieszczących się na danej powierzchni, czyli ich upakowania. Na tym właśnie polega podwajanie gęstości upakowania - tak, jak to przewidział Moore. Dlaczego kroki wymiaru technologicznego są tak drobne? PrzecieŜ im mniejsze elementy, tym szybszy zegar, mniejszy pobór energii, a przede wszystkim mniejszy jednostkowy koszt produkcji, bo z jednego krzemowego "wafla" uzyskuje się więcej układów. Jednak zmniejszanie wymiaru technologicznego nie jest sprawą prostą. Jak produkuje się procesory Procesor to układ scalony, w którym umieszczono pewną ilość tranzystorów, wytworzonych na powierzchni krzemowej płytki, potocznie zwanej chipem, połączonych ze sobą przy uŝyciu metalicznych, przewodzących ścieŝek, naniesionych na powierzchnię chipu. Krzemowy chip, wraz z wytworzonymi na nim tranzystorami, staje się strukturą układu scalonego. Tranzystory, tworzące układ scalony, muszą być w jakiś sposób ze sobą połączone. W tym celu na powierzchnię struktury nakłada się, przez naparowywanie, metalowe ścieŝki. Najwygodniejszym do tej technologii metalem jest aluminium stosunkowo łatwo daje się doprowadzić do stanu lotnego, ma równieŝ dobrą przewodność elektryczną. Nic zatem dziwnego, Ŝe aluminiowe ścieŝki przez długi czas procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

2 były nieodzownym elementem technologii układów scalonych. Dopiero stosunkowo niedawno pojawiła się, opracowana przez IBM, rewolucyjna technologia miedzianych ścieŝek. Ale, aby po powierzchni struktury poprowadzić metalowe ścieŝki, naleŝy najpierw tę powierzchnię odizolować. Pomocnicze elementy izolacyjne powstają stosunkowo prosto bardzo łatwo wytworzyć warstwę izolacyjną na krzemowej powierzchni kanałów tranzystorów dwutlenek krzemu to jeden z najlepszych znanych izolatorów. Oddzielenie powierzchni jest niezbędne zarówno po to, aby wytworzyć warstwę izolacyjną dla bramek tranzystorów, jak i po to, by umoŝliwić połączenie oddzielnych tranzystorów w układ logiczny za pomocą przebiegających po powierzchni metalowych ścieŝek. W związku z koniecznością wykonania połączeń, warstwą izolacyjną pokrywana jest jedynie część powierzchni struktury, natomiast elektrody tranzystorów pozostają nie utlenione. Aluminium, jako materiał ścieŝek, ma jeszcze jedną niezaprzeczalną zaletę. Na jego powierzchni bardzo łatwo wytworzyć warstwę izolacyjną przez utlenienie tlenek glinu (korund, szmaragd czy wreszcie, zaleŝnie od domieszek, rubin) ma znakomite własność ci izolacyjne. Warstwa izolacyjna jest potrzebna przede wszystkim po to, by na jej powierzchni moŝna było nałoŝyć następną warstwę ścieŝek. W technologii miedzianej konieczne są dodatkowe fazy produkcyjne, polegające na stworzeniu warstwy izolacyjnej. Przy złoŝoności współczesnych układów scalonych, w celu realizacji niezbędnych połączeń koniecznie jest wykonanie wielu warstw krzyŝujących się ścieŝek. We współczesnych procesorach stosuje się zwykle 5 do 7 warstw metalicznych ścieŝek. Powszechnie przyjętą zasadą jest umieszczanie najgęściej rozmieszczonych i najbardziej precyzyjnych ścieŝek najbliŝej powierzchni struktury. W miarę pojawiania się kolejnych warstw, ścieŝki mają coraz większą powierzchnię i jest ich coraz mniej. Wytworzenie układu scalonego wymaga wykonania wielu operacji na powierzchni jednej struktury. W intelowskim procesie 0,18 mikrona, z pięcioma warstwami metalizacji, układ poddawany jest blisko 300 operacjom technologicznym. Sześciowarstwowy proces AMD to jeszcze sporo więcej operacji, nie tylko ze względu na liczbę warstw, lecz takŝe nieco inną technikę izolacji miedzianych ścieŝek. Układów scalonych nie produkuje się więc pojedynczo. W jednym procesie technologicznym układy wykonywane są na powierzchni krzemowej płytki o średnicy 8 (lub ostatnio 12) cali równocześnie powstaje wiele jednakowych układów, tworzących charakterystyczny wzór. Właśnie ze względu na ten, złoŝony z prostokątów, wzór płytka nazywana jest potoczne waflem. Na jednym waflu wytwarzanych jest równocześnie kilkaset układów scalonych. Im większa średnica wafla, tym oczywiście moŝe być ich więcej, jednak wytwarzanie monokryształów krzemowych o duŝych średnicach jest trudne obecnie jedynie nieliczni producenci uŝywają wafli o średnicy 12 cali, większość wciąŝ pozostaje przy łatwiej dostępnych i tańszych waflach 8-calowych. Monokryształy krzemowe pochodzą zwykle z innych firm. Niewielu producentów układów scalonych zajmuje się zagadnieniem produkcji od podstaw, zresztą jedynie kilka firm na świecie opanowało proces produkcji monokryształów o zadowalającej czystości i jednorodności. Cięcie monokryształów na wafle równieŝ odbywa się w wyspecjalizowanych firmach. Dopiero tak przygotowane płytki krzemowe trafiają do właściwych fabryk układów scalonych. Po dziesiątkach i setkach operacji wafel składa się juŝ z kilkuset gotowych układów scalonych. Jednak to jeszcze nie koniec na waflu przeprowadzane są testy poszczególnych struktur. Testy słuŝą nie tylko sprawdzeniu, czy dany układ się udał na ich podstawie szacowana jest maksymalna częstotliwość zegara, z jakim będzie mógł pracować. Po testach do odpowiedniego rejestru procesora zostaje trwale zapisana wartość mnoŝnika częstotliwości (oczywiście, jeśli producent stosuje stałe mnoŝniki). Wafle zostają następnie pocięte na poszczególne chipy. Pozostaje jedynie drobiazg umieszczenie chipu w odpowiedniej obudowie i wyprowadzenie końcówek. Przez wiele lat stosowano łączenie punktów wyprowadzeń na strukturze z nóŝkami obudowy przy uŝyciu zgrzewanych złotych drucików. Obecnie stosuje się prostsze, tańsze i pewniejsze metody montaŝu najbardziej zaawansowana jest intelowska techologia FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array), w której struktura układu scalonego zostaje po prostu powierzchniowo przylutowana do płytki ze ścieŝkami drukowanymi, w której osadzone są nóŝki układu. Inni producenci stosują technikę Flip Chip, podobną do intelowskiej, ale równocześnie obudowy ich procesorów zawierają duŝo innych elementów, podczas gdy w technologii Intela struktura procesora ma bezpośredni styk z odprowadzającym ciepło radiatorem. Po umieszczeniu w obudowie układ zostaje poddany finalnym testom, po czym na jego obudowie wykonywany jest odpowiedni nadruk. Bariery fizyki Układy scalone wytwarzane są na powierzchni krzemowej płytki techniką, zwaną fotolitografią. Wymaga ona nakładania na powierzchnię krzemu tzw. masek, czyli warstw przesłaniających niektóre fragmenty powierzchni podczas kolejnych operacji trawienia, dyfuzji, utleniania czy naparowywania warstw przewodzących. Maski wytwarzane są techniką fotograficzną - materiał światłoczuły, jakim pokryta jest płytka krzemowa, ulega utrwaleniu w obszarach naświetlonych, z pozostałych zaś jest zmywany przed następną operacją. procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

3 Właśnie w procesie naświetlania masek ujawnia się główny problem, przed jakim stawia chętnych do miniaturyzacji nieubłagana fizyka. Aby naświetlany obraz był ostry i wyraźny, jego najmniejszy wymiar powinien być znacznie większy od długości fali stosowanego światła. Tymczasem zakres długości fal światła widzialnego zawiera się w przedziale 0,7 do 1,3 mikrometra! Konieczne więc było skonstruowanie specjalnego lasera o odpowiedniej długości fali. Konstrukcja odpowiedniego lasera i receptura materiału masek nie rozwiązują jeszcze w pełni problemu. NaleŜy ponadto zapewnić odpowiednią precyzję działania urządzeń produkcyjnych - taką, by maski i wszystko inne było pozycjonowane na powierzchni "wafla" z dokładnością, w najgorszym przypadku, w granicach do 5 proc. wymiaru technologicznego. Ten aspekt okazuje się nie tylko trudny, ale i kosztowny. Linia produkcyjna musi być precyzyjna "sama w sobie", ale takŝe zabezpieczona przed wpływem czynników zewnętrznych. PrzejeŜdŜające po pobliskiej autostradzie cięŝarówki, które w niczym nie przeszkadzały przy procesie 0,35 mikrometra, mogą powodować na tyle silne wstrząsy, Ŝe uniemoŝliwią produkcję w technologii 0,18 mikrometra. Warto tu wspomnieć o pozornej nieścisłości - produkowane w tym samym wymiarze technologicznym układy, o tej samej konstrukcji logicznej, charakteryzują się róŝnym upakowaniem. Produkowane jeszcze w 0,35- mikronowej technologii Pentium P54 zmniejszono z 91 do 83 mm 2, Pentium II ze 131 do 118 mm 2. Przykładów moŝna by znaleźć więcej. Przyczyną takich zmian jest usprawnianie technologii juŝ w trakcie produkcji danego procesora. Nowsze procesy technologiczne i optymalizacja układu elementów na płytce pozwalają nawet na dość znaczne zmniejszenie zajmowanej powierzchni bez zmniejszania wymiaru technologicznego. Upakowanie elementów zaleŝy równieŝ bezpośrednio od konstrukcji samego procesora. Jeśli występują w nim duŝe regularne struktury logiczne, jak np. pamięci statyczne cache, gęstość upakowania jest znacząco większa, niŝ w przypadku dość nieregularnej struktury poszczególnych bloków funkcjonalnych. Widać to wyraźnie na przykładzie produkowanych w tym samym, 0,18-mikronowym procesie Athlonów i Thunderbirda - ten ostatni zawdzięcza 30-procentowy wzrost gęstości upakowania temu, Ŝe aŝ 16 mln spośród jego tranzystorów stanowi pamięć cache o bardzo wysokim poziomie upakowania (zajmującą niespełna 20 proc. powierzchni chipu). Nieregularność struktur jest przyczyną tego, Ŝe bardzo zaawansowane technologicznie Pentium 4 charakteryzuje się znacząco niŝszą gęstością upakowania elementów niŝ wcześniejsze Pentium III. Czasami usprawnienia procesu technologicznego pozwalają na zmniejszenie wymiaru technologicznego bez powaŝniejszych inwestycji. Takie zmiany są zwykle niewielkie, o "pół kroku" w porównaniu z klasycznymi skokami wymiaru, podwajającymi upakowanie, jednak potrafią mieć istotne znaczenie. Na przykład AMD, wprowadzając do produkcji procesor K6, przeszło ze stosowanego przy K5 wymiaru 0,35 na wymiar 0,3 mikrometra, a dopiero w rok później na wymiar 0,25 mikrometra. Według dotychczasowych teorii technologia krzemowa będzie wtedy miała przed sobą szanse na co najwyŝej dwa kroki wymiaru - do 0,07, a później do 0,05 mikrona. Mniejsze elementy, o wymiarze kilkunastu atomów, według tych teorii nie mają prawa działać w taki sposób, jak dotychczas. Jednak w ostatnim okresie dokonano szeregu badań, które dowiodły, Ŝe moŝliwe jest wykonanie poprawnie działających ścieŝek o szerokości 5 (pięciu!) atomów miedzi i kanału tranzystora o długości 10 atomów krzemu. MoŜe więc technologia krzemowa zakończy swój Ŝywot dopiero na wymiarze 0,025 mikrona lub jeszcze niŝszym. Bariery rozwoju procesorów Pierwsza bariera: Długość fal świetlnych Omówiona po części powyŝej Druga bariera: Izolacja bramki W dzisiejszych procesach technologicznych, w których stosowane są materiały o obniŝonej stałej dielektrycznej, najczęściej stosowanym materiałem izolacyjnym jest dwutlenek krzemu domieszkowany fluorem. W 0,13-mikronowej technologii jego warstwa, izolująca bramkę tranzystora, ma grubość trzech warstw molekularnych. Bardzo cienkie warstwy izolacyjne z tego materiału przyniosłyby w końcowym efekcie zbyt duŝe pojemności bramek zmniejszenie wymiarów okupione byłoby koniecznością obniŝenia częstotliwości zegarów. Dlatego badane są obecnie, jako potencjalny materiał izolacyjny bramki, materiały o wyŝszej stałej dielektrycznej, pozwalające na stosowanie grubszych warstw izolacyjnych przy zachowaniu potrzebnych dla działania tranzystora natęŝeń pola elektrycznego bramki. Materiałem, z którym technolodzy wiąŝą największe nadzieje, jest dwutlenek cyrkonu. Trzecia bariera: Połączenia elementów Połączenia pomiędzy tworzącymi układ scalony tranzystorami wykonane są jako sieć metalowych ścieŝek, łączących pomiędzy sobą elektrody poszczególnych tranzystorów. Wysoki poziom złoŝoności układów scalonych sprawia, Ŝe połączeń musi być bardzo duŝo, znacznie więcej niŝ umoŝliwiałaby pojedyncza warstwa metalowych ścieŝek naniesionych na powierzchnię krzemu. W najbardziej zaawansowanych procesach technologicznych liczba tak zwanych warstw metalizacji (tak określane są poszczególne warstwy połączeniowe układu) sięga obecnie procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

4 dziewięciu, praktycznie jednak mamy do czynienia z sześcioma siedmioma warstwami. Wraz ze zmniejszaniem wymiarów tranzystorów zmniejszają się równieŝ szerokości ścieŝek przewodzących, co prowadzi do zwiększenia ich rezystancji. Lekarstwem jest zwiększanie grubości ścieŝek (warstw). O perspektywy miniaturyzacji ścieŝek moŝemy być spokojni obecnie ścieŝki mają szerokość kilkudziesięciu nanometrów, ale wykonano juŝ laboratoryjnie ścieŝki o szerokości 1,2 nm. Czwarta bariera: Zasilanie Cienkie warstwy izolacyjne wymagają, co oczywiste, stosowania niewielkich napięć zarówno napięć zasilających, jak i poziomów sygnałów. Jednak obniŝanie wartości napięć zasilających ma swoje granice. Trzeba bowiem pamiętać o tym, Ŝe obszary, wytworzone w krzemie drogą domieszkowania, oddzielone są od krzemowego podłoŝa jedynie przez bariery potencjału. Przy stosowanych obecnie technikach domieszkowania krzemu bariery te mają poziom około 0,6 V poniŝej tego napięcia całość krzemowej płytki staje się prawie jednorodnym przewodnikiem, nie najlepszym zresztą. Jednak do działania układu samo utrzymanie barier nie wystarczy dla dwustanowej logiki 0/1 konieczne jest dodatkowe napięcie, pozwalające na rozróŝnienie stanów logicznych, nazywane napięciem przełączania. Obecnie, w 0,13-mikronowym procesie technologicznym TSMC, w którym warstwa izolacyjna ma grubość około 0,15 nm, czyli średnio czterech warstw molekularnych, napięcie przełączania wynosi około 0,3 V, w związku z tym ich minimalne napięcie zasilania wynosi 0,9 V. Okazuje się, Ŝe pod względem obniŝania napięcia jesteśmy juŝ chyba najbliŝej ostatecznej granicy. Co prawda zmniejszenie grubości warstw izolacyjnych pozwoli jeszcze obniŝyć napięcie przełączania, ale juŝ chyba nieznacznie dla monomolekularnej warstwy izolacyjnej będzie ono i tak przekraczać 0,1 V. MoŜna więc przyjąć, Ŝe procesory przyszłości będą zasilane napięciem 0,7 0,8, chyba Ŝe zostaną odkryte takie techniki domieszkowania krzemu, które pozwolą na obniŝenie bariery potencjału. Ale, jeśli chodzi o domieszkowanie krzemu, tablica Mendelejewa została juŝ przetestowana chyba w całości. Piąta bariera: Zegar Im mniejsze wymiary elementów, tym mniejsze są pojemności bramek, a cieńsze ścieŝki zapewniają obniŝenie pojemności pasoŝytniczych. Końcowym efektem jest skrócenie czasu przełączania bramek, czyli wzrost maksymalnej częstotliwości taktowania układów. Tu jednak pojawia się nieoczekiwane zagroŝenie miniaturyzacja niekoniecznie okazuje się drogą do przyspieszania. Rekordowy tranzystor Intela, z kanałem o długości 20 nm, jest zdolny do przełączania z częstotliwością ok. 1,5 THz (czyli 1500 GHz). W przypadku zastosowania go w procesorze, którego architektura zawiera 10 poziomów bramek w kaŝdej z faz potoku wykonawczego, taki tranzystor pozwoliłby na pracę procesora z zegarem około 30 GHz. Jednak przy szybkich zegarach ograniczeniem stają się nie wymiary i czasy przełączania tranzystorów, ale... wymiary chipu. Warto przypomnieć sobie, z jaką prędkością przepływa impuls elektryczny w przewodniku w przybliŝeniu z tą samą, z jaką w otaczającym przewodnik dielektryku rozchodzi się fala elektromagnetyczna. Synchroniczna praca układu, złoŝonego z tranzystorów o czasie przełączania poniŝej jednej pikosekundy, wymagać będzie tolerancji sygnałów na tym samym poziomie. Tymczasem w ciągu jednej pikosekundy sygnał elektryczny przebiega w ścieŝce odległość zaledwie nieco ponad 0,1 mm! Problemy z właściwą dystrybucją sygnału zegarowego po powierzchni chipu juŝ dziś dają znać o sobie w przypadku procesorów serwerowych, których chipy mają duŝe rozmiary to właśnie one ograniczają częstotliwość zegara procesorów Alpha EV68 do 1 GHz, one teŝ spowodowały niedawne problemy Intela z produkcją 900- megahercowego zaledwie procesora Pentium III Xeon wyposaŝonego w 2 MB pamięci cache L2. Wyraźnie widać, Ŝe barierą przyspieszania będzie jednak bariera zachowania synchroniczności zegara, a nie czasy przełączania bramek. Jest jednak wyjście przejście do konstrukcji asynchronicznych. Od paru lat prowadzone są prace nad procesorem o architekturze asynchronicznej, bez zegara. Konstrukcje takie zostały juŝ zrealizowane praktycznie. Ostateczna bariera: Minimum wymiarów Wymiary poszczególnych elementów układu scalonego moŝna dziś odnosić do setek atomów. Rekordowy obecnie, wytworzony w laboratoriach Intela w Hillsboro tranzystor, ma kanał o długości 20 nm, co odpowiada w przybliŝeniu 80 atomom krzemu. Tylko dwukrotne zmniejszenie jego liniowych wymiarów spowoduje, Ŝe liczba atomów spadnie do 1-4. Ten rząd wielkości wydaje się być minimalnym ostatecznym wymiarem podstawowym. Poza granice Czego moŝemy się spodziewać jako finału wielu lat rozwoju technologii krzemowej? O tym, wbrew pozorom, zadecyduje raczej nie fizyka, a ekonomia. Czy eksploracja granic moŝliwości technologii krzemowej będzie miała sens, zadecydują nie inŝynierowie, wcielający fizykę w technologię, ale ekonomiści. Nastąpi to gdzieś na poziomie wymiaru technologicznego wynoszącego nm, przy częstotliwościach zegarów przekraczających 30 GHz. Na razie najszybsze z dostępnych na rynku układów pracują dziesięciokrotnie wolniej. ChociaŜ wizja końca krzemowej drogi jest jeszcze dość odległa, juŝ od pewnego czasu trwają prace nad potencjalnymi technologiami przyszłości, jak np. logika kwantowa. Według dość optymistycznych ocen, jej stosowanie na skalę przemysłową zacznie być moŝliwe właśnie w tym samym czasie, kiedy zakończy się ewolucja procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

5 krzemu. AMD vs. Intel Wybór wśród elementów kluczowych - procesorów, płyt głównych i pamięci - jest teraz tak duŝy, Ŝe laicy są po prostu przytłoczeni. Samych rodzin procesorów mamy sporo - Athlon XP, Athlon 64, Athlon 64 FX, Duron, Opteron, Pentium 4, Pentium M, Celeron, Xeon, Itanium. Do kaŝdej platformy istnieją co najmniej trzy chipsety, nie wspominając nawet o modelach ze zintegrowaną grafiką. Produkty te moŝemy pogrupować, zmniejszając mnogość do rozsądnej liczby. Do niskobudŝetowych komputerów pasują Celerony Intela albo Durony AMD. Notebooki obejmą procesory Pentium M lub Mobile Athlon 64. Linie serwerowe natomiast będą wykorzystywać Opterony, Xeony, bądź procesory Itanium. Najbardziej jednak istotnymi, z punktu widzenia nabywcy PC, są procesory Athlon XP, Athlon 64, Athlon 64 FX AMD oraz Pentium 4 Intela. Ceny sięgają od 110 USD / 100 za Athlona XP aŝ do 1200 USD / 1100 za Pentium 4 Extreme Edition. Częstotliwości zegarów zawierają się w przedziale od poniŝej 2 GHz do 3.2 [3.4] GHz. Kupno procesora: Wydajność kontra spadające ceny Patrząc z obiektywnego punktu widzenia, podczas wyboru nowego procesora naleŝy zawsze uwzględnić wymaganą moc obliczeniową na dzisiaj plus rezerwy na przyszłe zadania. Takie procesory generalnie oferowane są w rozsądnych cenach. Z ekonomicznego punktu widzenia, najszybsze i najdroŝsze procesory mają sens jedynie wówczas, jeŝeli dodatkowa wydajność naprawdę przyniesie poŝytek w postaci skrócenia czasu w intensywnie korzystających z zasobów zadaniach, jak przykładowo renderowanie duŝych scen, mogące trwać nawet kilka godzin. Z powodu wysokich cen, procesory jak Athlon 64 FX-51 czy Pentium 4 Extreme Edition są przeznaczone głównie dla entuzjastów z grubymi portfelami. Platforma: Socket A, Socket 478, Socket 754, Socket 940 W dzisiejszych czasach ogólny wybór platformy nie polega jedynie na rozgraniczeniu AMD - Intel, poniewaŝ aktualne procesory posiadają róŝne podstawki. W systemach Intela Socket 478 wciąŝ dominuje w komputerach desktop. Format ten pojawił się na początku 2002 roku i dalej będzie słuŝył jako podstawa przyszłych procesorów Intela jeszcze przez kilka miesięcy. AMD z drugiej strony, prezentując 64-bitowe Athlony, stworzyło dwa nowe gniazda: Socket 754 Athlonów 64 oraz Socket 940 Athlonów 64 FX i Opteronów - wariantu serwerowego. 462-kontaktowy format Socket A wciąŝ istnieje, współpracuje ze wszystkimi Athlonami XP do Dlatego teŝ na początku naleŝy wybrać architekturę. Platforma Socket A Socket 754 Socket 940 Socket 478 Procesory AMD AthlonXP, Duron AMD Athlon 64 Cena procesora Niska do średniej Średnia do wysokiej Cena płyty głównej Niska do średniej Wydajność na dzisiaj MoŜliwości rozbudowy Długoterminowa wartość * w zaleŝności od procesora Wystarczająca do dobrej* Średnia do wysokiej AMD Athlon 64 FX, Opteron Wysoka do bardzo wysokiej Średnia do wysokiej Bardzo dobra Bardzo dobra Intel Pentium 4, Pentium 4 Extreme Edition, Celeron od 1.7 GHz Niska do bardzo wysokiej Niska do wysokiej Wystarczająca do bardzo dobrej* Niskie Dobre Dobre Dobre do satysfakcjonujących Dobra do satysfakcjonującej Dobra Dobra Dobra Zegary systemu i rdzenia KaŜdy procesor pracuje z określoną częstotliwością zegara, zwaną zegarem układu lub rdzenia. W zaleŝności od modelu, procesory Intela pracują z maksymalnym zegarem 3.2 GHz. Maksimum dla AMD wynosi 2.2 GHz. NaleŜy zauwaŝyć, Ŝe właściwa wydajność nie moŝe być oszacowana jedynie na postawie częstotliwości zegara. Dlatego teŝ AMD oznacza swoje procesory wartością benchmarkową w stosunku do Pentium 4 (czyli np. Athlon XP 3200+). Poza wewnętrzną częstotliwością pracy, procesory muszą się równieŝ komunikować z zewnętrznym procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

6 światem. Zajmuje się tym szyna systemowa (lub szyna frontowa - ang. front side bus (FSB)). Tylko 64-bitowe Athlony do tego celu stosują protokół HyperTransport, nie mają szyny frontowej jako takiej. Wysokie częstotliwości, mierzone w gigahercach, działają jedynie na krótkich dystansach - innymi słowy - wewnątrz procesora. Gdy zachodzi potrzeba przenoszenia sygnałów na dłuŝsze odległości, jak ścieŝki sygnałowe do chipsetu, szybkość jest duŝo mniejsza - normalnie nie więcej, jak 200 MHz. PoniewaŜ tworzy to znaczące ograniczenie, wszystkie dzisiejsze szyny systemowe stosują kilka sztuczek: tryby podwójnej lub poczwórnej przepływności. W Athlonach XP i wszystkich aktualnych układach pamięci DDR, dane są przesyłane zarówno podczas rosnącego, jak i opadającego zbocza sygnału zegara taktującego. W przypadku DDR (Double Data Rate - podwójnej przepływności) oznacza to, Ŝe fizyczna szybkość 200 MHz zapewnia taką samą przepustowość, jak 400 MHz w trybie pojedynczej przepływności. Dlatego teŝ czasami mówi się, Ŝe Athlon XP ma "400-MHz" szynę FSB. Pentium 4 stosuje tryb poczwórnej przepływności, co wyjaśnia oznaczenie "800-MHz FSB" w ulotkach reklamowych. Właściwa częstotliwość zegara rdzenia jest wynikiem mnoŝenia częstotliwości zegara systemowego. Przykładowo GHz Pentium 4 uzyskuje taki zegar z 200-MHz zegara systemowego i mnoŝnika 16. Podstawową róŝnicę pomiędzy Bartonem a znanym juŝ Athlonem Thoroughbredem stanowi powiększona do 512 kb pamięć podręczna drugiego poziomu. Jeśli porównamy (nawet tylko wizualnie) chipy Bartona i Thoroughbreda, poza większą pamięcią cache nie dopatrzymy się między nimi róŝnic. Barton okazuje się jedynie Thoroughbredem z powiększoną pamięcią cache. AMD stosuje w swoich procesorach system pamięci podręcznych zwany exclusive cache, w którym dane pobrane do cache L1 zostają usunięte z L2 i odwrotnie - przeniesienie danych do cache L2 zwalnia miejsce w L1. Dzięki takiemu rozwiązaniu system pamięci cache Athlonów z logicznego punktu widzenia stanowi jedną pamięć o sumarycznej pojemności 640 kb. Rozpatrując wyniki procesorów Athlon w testach procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

7 wydajności powinniśmy, według AMD, kierować się nie częstotliwością ich zegarów, ale model numbers - liczbowymi oznaczeniami modeli według lansowanej przez AMD True Performance Initiative. Powiększenie pamięci cache zawsze powoduje znaczny wzrost wydajności, dlatego wyniki testów Athlona XP Barton są dosyć zaskakujące w niektórych zastosowaniach jest on wolniejszy niŝ poprzednik, oznaczony jako Dzieje się tak dlatego, Ŝe pracuje z zegarem o 66 MHz wolniejszym niŝ model Wraz z modelem XP AMD wprowadziło na rynek takŝe procesor oznaczony Mamy więc obecnie dwa róŝne Athlony XP 2800+, pracujące z zegarami 2,083 i 2,26 GHz. Obecna sytuacja, w której niŝszy model wykazuje się w licznych testach większą wydajnością od modelu szybszego, całkowicie rujnuje wiarygodność systemu model numbers. Standard: AMD Athlon XP AMD największe sukcesy w swojej historii odniosło z Athlonem: pozwolił na przekroczenie bariery 1 GHz w formacie Slot A (rdzeń Orion K7) przed Intelem z jego Pentium III. Rok później Intel zagroził pozycji Athlona Thunderbird wypuszczając pierwsze Pentium 4. Częstotliwości zegara tego drugiego rosły za szybko jak na gust AMD. W wyniku tego AMD wprowadziło oznaczenie wydajności, mające na celu określenie wydajności procesorów następnej generacji, zwanych Athlon XP (rdzeń Palomino ze 133-MHz szyną DDR): Athlon XP powinien dorównywać 2000-MHz Pentium 4, choć zegar tego pierwszego to jedynie 1.66 GHz. Praktyka pokazała, Ŝe twierdzenia te zasadniczo się sprawdzają, w zaleŝności od modelu Athlona i konkretnego benchmarka. AMD wciąŝ utrzymuje swoje oznaczenie wydajnościowe, gdyŝ architektura zaczyna tak bardzo róŝnić się od technologii Intela, Ŝe konieczna jest jakaś podstawa do porównań. Weźmy dla przykładu Athlony XP z rdzeniami Thoroughbred i Barton - ten pierwszy osiąga maksymalnie przy zegarze 2.2 GHz i 166-MHz szynie systemowej, drugi natomiast przy tym samym zegarze rdzenia i przy 200-MHz szynie systemowej oferuje juŝ Biorąc pod uwagę premierę procesorów Athlon 64 i 64 FX, AMD raczej nie będzie poświęcać wielkich wysiłków na przedłuŝenie Ŝycia Athlonów XP, wypuszczając nowe modele. Niemniej jednak, Socket A wciąŝ pozostanie na rynku jeszcze przez kilka (kilkanaście?) miesięcy, skoro procesory z obszaru środka są bardzo rozsądnie wycenione, a platformy dojrzałe. Za: Wystarczająca wydajność w najbliŝszym czasie, rozsądna cena procesora i platformy, sprawdzone komponenty; Przeciw: brak widoków na wyjście poza AMD Athlon 64 Gniazdo Athlona 64 ma 754 kontakty. Sam procesor jest umieszczony w podstawce FC-BGA. Metaliczna powierzchnia stanowi rozpraszacz ciepła, pomagający w przenoszeniu ciepła z rdzenia do radiatora. Zapewne Athlon 64 stanie się podstawowym i masowym produktem AMD. Podczas wrześniowej premiery (w Polsce w październiku 2003) dostępny był model 3200+, a ostatnio pokazał się równieŝ Intrygujące, Ŝe oba procesory pracują z dokładnie 2.0-GHz zegarami - jedyną róŝnicą jest wielkość pamięci L2 cache: 1 MB w przypadku oraz 512 KB w przypadku Na 1 MB pamięci podręcznej drugiego poziomu składa się ponad połowa z niemalŝe 106 milionów tranzystorów Athlona 64. Aktualna przewaga 64-bitowych Athlonów leŝy w wydajnym zarządzaniu pamięcią, na co składa się duŝa pamięć L2 Cache i zintegrowany kontroler pamięci. W przeciwieństwie do konwencjonalnych rozwiązań, w których kontroler pamięci umieszczony jest na płycie, tutaj omija się wolne ścieŝki danych - procesor bezpośrednio komunikuje się z pamięcią główną, a kontroler pamięci pracuje z pełną częstotliwością zegara rdzenia. Tego rodzaju stopień integracji powiększa strukturę Athlonów 64 i podnosi cenę w stosunku do Athlonów XP. To, czy 64-bitowy procesor (3200+) jest warty 400 USD /, nie jest kwestią wsparcia 64 bitów w zastosowaniach domowych i biurowych. 64-bitowe adresowanie więcej niŝ 4 GB ma sens jedynie wówczas, jeŝeli moŝe być rozsądnie zrealizowane. W dzisiejszych czasach konieczne do tego celu byłyby 3 moduły DIMM (2x 2 GB plus trzeci), co stanowi problem dla Athlonów 64 i ich platform: im więcej zainstalowanych jest modułów pamięci, tym bardziej obniŝa się szybkość ich pracy. Zegar 200 MHz (DDR400) moŝna uzyskać tylko z jednym obsadzonym modułem. NajbliŜsze miesiące nie przyniosą 64-bitowego oprogramowania, co pozostawia te zastosowania w domenie profesjonalnej (Windows 2003 Server 64-Bit Edition). Nam zostaje wysoka wydajność w normalnych warunkach (Windows 2000 lub Windows XP i 32-bitowe oprogramowanie). W zaleŝności od obciąŝenia, zegar procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

8 procesora jest wyznaczany na jednym z kilku poziomów, od 800 MHz do 2.0 GHz. Pozwala to na obniŝenie poboru energii w okresach nieaktywności i znaczące zmniejszenie wymagań chłodzenia. Za: szybki, nowoczesna architektura, zarządzanie energią; przeciw: brak 64-bitowego oprogramowania, wysoka cena. Athlon 64 FX Athlon 64 FX jest flagowym procesorem biurkowym AMD. Technicznie rdzeń procesora jest niczym więcej, jak Opteronem z dwukrotnie mniejszą pamięcią L2 cache i pozbawionym obsługi pracy wieloprocesorowej. Takiej obsługi pozbawiony jest równieŝ Athlon 64. Takie bliskie związki skutkują równowagą punktów za i przeciw. Kluczowe cechy moŝna szybko podsumować: Athlon 64 FX-51 pracuje z zegarem 2.2 GHz, przez co jest o 200 MHz szybszy od Athlona Potrzebuje innej podstawki (940 kontaktów zamiast 754). Posiada dwukanałowy interfejs pamięci, obsługujący moduły DDR400. Ze względu na konieczność utrzymania stabilności i bliski związek z Opteronem, FX współpracuje jedynie z rejestrowymi modułami DIMM. Taka decyzja została podjęta aby utrzymać sygnały na stale wysokim poziomie i aby odciąŝyć elektrycznie kontroler pamięci. Wyniki wydajnościowe są imponujące: system z Athlonem 64 FX pozostawia hiperwątkowe Pentium GHz w tyle praktycznie w kaŝdym benchmarku. Ma to swoją cenę: kosztując około 750 USD / 780, FX jest jednym z najdroŝszych procesorów x86 na ryku - wyłączywszy serwerowe procesory Itanium i Opteron. Intel Pentium 4 NiezaleŜnie od stosunku wielu posiadaczu komputerów do P4 Intela, w wielu przypadkach ten lider rynkowy utrzymuje dominację. Modele P4 z 800-MHz szyną systemową (200 MHz w trybie poczwórnej przepływności), z dualną pamięcią DDR400 i hiperwątkowością kończą wszystkie benchmarki na bardzo wysokich miejscach. Hiperwątkowość (ang. HyperThreading) tworzy szybsze środowisko systemowe dla tych, którzy przełączają się między kilkoma aplikacjami. W Windows HT symuluje system dwuprocesorowy i w idealnych sytuacjach rzeczywiście pozwala na jednoczesne przetwarzanie dwóch wątków. W wyniku tego mocno obciąŝony system charakteryzuje się lepszym czasem odpowiedzi. Choć pod Windows 2000 hiperwątkowość niewiele pomaga (najlepiej pozostawić ją wyłączoną), pod Windows XP rozwija skrzydła. Aplikacje mogą jednak w niektórych wypadkach pracować wolniej. Zaawansowani uŝytkownicy pewnie o wiele bardziej będą woleli dwuprocesorowy system od paru punktów procentowych maksymalnej wydajności. Optymalny wybór podczas zakupu Pentium 4 to model z 800-MHz szyną systemową (tylko te modele i model 3.06 GHz mają hiperwątkowość), a takŝe dwa moduły DDR400, kaŝdy o pojemności 256 MB lub więcej. JeŜeli chodzi o platformy, zalecane są chipsety i865pe czy i875p Intela albo nowe 655TX SIS lub PT880 VIA. Wykorzystanie starszych chipsetów albo jednokanałowej pamięci stanowiłoby przykład fałszywej oszczędności. Intel sprzedaje wszystkie swoje procesory Pentium 4 w wersjach "pudełkowych" wraz z wiatraczkiem. Wiatraczki te są wystarczające we wszystkich przypadkach, a wentylatory są stosunkowo ciche. Ukoronowaniem linii Pentium 4 jest model Extreme Edition, kosztujący astronomiczną sumę 1000 USD, oferujący w zamian 3.2 GHz i 2-MB pamięć podręczną. Za: szybki, sprawdzona platforma, wiele chipsetów, duŝy wybór procesorów; przeciw: wysoka cena (zwłaszcza modelu EE, Socket478 prawdopodobnie zniknie w połowie 2004r.) MoŜliwości przetaktowywania Dla wielu uŝytkowników waŝnym kryterium podczas wyboru procesora jest moŝliwość pracy z wyŝszym, aniŝeli zaleca to producent, zegarem. Mówimy tutaj oczywiście o przetaktowywaniu (overclocking). Do osiągnięcia wyŝszej częstotliwości zegara prowadzą trzy drogi, które ostatecznie wiąŝą się ze zmianą dwóch czynników: zegar systemowy, mnoŝnik, albo oba naraz. Wybór wyŝszego mnoŝnika w przypadku wielu procesorów nie jest moŝliwy, poniewaŝ producenci blokują tego rodzaju rodzaj przetaktowywania - w końcu, ich zdaniem, jeŝeli uŝytkownik chce osiągnąć wyŝszą wydajność, powinien kupić droŝszy model procesora. Pozostaje więc podniesienie częstotliwości zegara systemowego, co równieŝ przyspieszy pracę pozostałych komponentów (AGP, PCI, kontroler IDE, kontroler pamięci). Wiele nowoczesnych płyt głównych daje teraz moŝliwość elastycznego taktowania róŝnych komponentów niezaleŝnie od zegara systemowego. Przetaktowywanie nie powinno być postrzegane jako dowiedziona metoda podnoszenia wydajności, jako Ŝe nikt nie moŝe zagwarantować stabilnej pracy przetaktowanego systemu. Nadchodzi Prescott Intela procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

9 Drugi lutego 2004r.: Intel wypuszcza trzy nowe procesory biurkowe. Pentium 4 z zegarem 3.4 GHz, wersję ekstremalną Pentium 4 Extreme Edition równieŝ z zegarem 3.4 GHz oraz mocno wyczekiwany procesor Prescott, od kilku miesięcy będący źródłem przeróŝnych plotek. Gdy nazwa Prescott po raz pierwszy ujrzała światło dzienne, ludzie zaczęli zakładać nadejście procesora Pentium 5, skoro nowy rdzeń odróŝnia się od poprzednika - rdzenia Northwood - wieloma rzeczami: 90-nm proces, 1 MB pamięci podręcznej L2 w miejsce 512 KB, podwojenie pamięci podręcznej L1 do 16 KB, 13 nowych instrukcji oznaczanych SSE3 oraz wydłuŝenie potoku z 20 do 31 etapów, co stanowi część architektury NetBurst. Pomysł brzmi znajomo, jednak ma swoje wady. Powodem, dla którego Prescott nie otrzymał miana nowej generacji Pentium, mogą być znaczące zmiany architekturalne, mające nadejść w bliskiej przyszłości i to one raczej będą stanowić podstawę nowych Pentium 5. Po targach CeBIT gniazdo Socket 478 zostanie zastąpione gniazdem Socket 775, pojawią się równieŝ nowe chipsety obsługujące pamięć DDR II i szynę PCI Express. procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

10 Linia chronologiczna procesorów: Od Athlona 1000 do Prescotta Data Intel AMD Pentium GHz, Pentium 4 3.4E GHz Pentium 4 Extreme Edition 3.4 GHz Athlon Pentium 4 EE 3.2 GHz Athlon 64 FX-51 Athlon Pentium GHz Athlon XP Pentium GHz (800 MHz) Athlon XP Pentium 4 HT 3.06 GHz Athlon XP Pentium GHz Athlon XP Athlon XP (0.13 µm) Pentium GHz Pentium GHz Athlon XP Pentium GHz (0.13µm) Athlon XP Athlon XP Athlon XP Pentium GHz Athlon Pentium GHz Athlon Pentium GHz (0.18 µm) Athlon Athlon 1000 (0.18 µm) Platforma Socket A Socket 754 Socket 940 Socket 478 Procesory AMD AthlonXP, Duron AMD Athlon 64 Cena procesora Niska do średniej Średnia do wysokiej Cena płyty głównej Niska do średniej Wydajność na dzisiaj MoŜliwości rozbudowy Długoterminowa wartość * w zaleŝności od procesora Wystarczająca do dobrej* Średnia do wysokiej AMD Athlon 64 FX, Opteron Wysoka do bardzo wysokiej Średnia do wysokiej Bardzo dobra Bardzo dobra Intel Pentium 4, Pentium 4 Extreme Edition, Celeron od 1.7 GHz Niska do bardzo wysokiej Niska do wysokiej Wystarczająca do bardzo dobrej* Niskie Dobre Dobre Dobre do satysfakcjonujących Dobra do satysfakcjonującej Dobra Dobra Dobra procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

11 Październik 2003 Celeron 1,7 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 304 Celeron 2,0 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 335 Celeron 2,2 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 361 Celeron 2,4 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 422 Celeron 2,5 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 441 Celeron 2,6 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 471 Pentium 4 1.8A GHz 512KB 0.13 (Northwood) Socket 478 IBP 664 Pentium 4 2.4GHz 512KB 0.13 (Northwood) Socket 478 IBP 844 Pentium 4 2.4GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) Socket 478 IBP 945 Pentium GHz 512KB 0.13 (Northwood) Socket 478 IBP 999 Pentium 4 2.6C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) Socket 478 IBP 1148 Pentium 4 2.8GHz 512KB 0.13 (Northwood) Socket 478 IBP 1340 Pentium 4 2.8C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) Socket 478 IBP 1432 Pentium GHz 512KB 0.13 (Northwood) Socket 478 IBP 2029 Pentium 4 3.0C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) Socket 478 IBP 2099 Pentium 4 3.2C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) Socket 478 IBP 3169 Duron 1,4GHz 198 Duron 1,6GHz 229 ATHLON XP MHz FSB 316 ATHLON XP MHz FSB BOX 381 ATHLON XP MHz FSB 355 ATHLON XP MHz FSB BOX 404 ATHLON XP MHz FSB 405 ATHLON XP MHz FSB BOX 464 ATHLON XP MHz FSB 442 ATHLON XP MHz FSB BOX 509 ATHLON XP MHz FSB 512 ATHLON XP MHz FSB BOX 598 ATHLON XP MHz FSB 889 ATHLON XP MHz FSB BOX 1045 ATHLON XP MHz FSB BOX 1469 Marzec 2004 AMD INTEL Duron 1,6GHz 184 Celeron 2,0 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 318 Duron 1,8GHz 214 Celeron 2,4 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 344 ATHLON XP MHz FSB 281 Celeron 2,6 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 439 ATHLON XP MHz FSB BOX 308 Celeron 2,7 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 515 ATHLON XP MHz FSB 319 Celeron 2,8 GHz 128KB 400MHz FSB Socket 478 IBP 579 ATHLON XP MHz FSB BOX Pentium 4 2.4C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) 359 Socket 478 IBP 795 ATHLON XP MHz FSB Pentium 4 2.8E GHz 1MB Cache 0.09 HT FSB800 (Prescott) 349 Socket 478 OEM 859 ATHLON XP MHz FSB BOX Pentium 4 2.8C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) 385 Socket 478 IBP 885 ATHLON XP MHz FSB Pentium 4 2.8E GHz 1MB Cache 0.09 HT FSB800 (Prescott) 398 Socket 478 IBP 945 ATHLON XP MHz FSB BOX Pentium 4 3.0C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) 439 Socket 478 IBP 1079 ATHLON XP MHz FSB Pentium 4 3.2C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) 468 Socket 478 IBP 1359 ATHLON XP MHz FSB BOX Pentium 4 3.4C GHz 512KB 0.13 HT FSB800 (Northwood) 489 Socket 478 IBP 1999 ATHLON XP MHz FSB 499 ATHLON XP MHz FSB BOX 569 ATHLON XP MHz FSB 598 ATHLON XP MHz FSB BOX 659 ATHLON XP MHz FSB BOX 919 ATHLON XP MHz FSB BOX 1197 ATHLON HyperTransport BOX 1229 Athlon XP (Barton) 2,167 Athlon XP (Barton) 2,083 Athlon XP (333 MHz FSB) 2,253 Athlon XP (333 MHz FSB) 2,167 Athlon XP (333 MHz FSB) 2,083 Athlon XP ,133 Athlon XP (Barton) 1,833 Athlon XP ,000 procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

12 ATHLON HyperTransport BOX 1549 Procesor AMD Athlon 64 Porównanie z konkurencją Charakterystyka AMD Athlon 64 Pentium 4 Rok wprowadzenia architektury Infrastruktura Socket 754 Socket 478 Technologia wytwarzania 0.13 Mikrona, SOI 0.13 Mikrona Liczba tranzystorów mln 55 mln Obsługa 64-bitowego Tak, zestawu instrukcji technologia AMD64 Nie Obsługa 32-bitowego zestawu instrukcji Tak Tak Magistrala systemowa Technologia HyperTransport, maks MHz Pełny dupleks Magistrala FSB, 800 MHz Półdupleks Tak, Nie, Wbudowany kontroler 64-bitowy + 8-bitowa korekcja ECC odrębne urządzenie logiczne na płycie pamięci DDR (MCT) Moduły PC3200, PC2700, PC2100 lub PC1600 głównej Przepustowość komunikacji procesorsystem Zintegrowany mostek północny Wydajna, wbudowana pamięć podręczna Instrukcje przetwarzania grafiki trójwymiarowej i multimediów HyperTransport: maks. 6,4 GB/s Pamięć: maks. 3,2 GB/s Łącznie: maks. 9,8 GB/s Tak, 128-bitowa ścieŝka danych o częstotliwości rdzenia Poziom 1: 128 KB Poziom 2: 1024 KB (exclusive) Całkowita pamięć podręczna: 1152 KB 3DNow! Professional, SSE2 Łącznie: maks. 6,4 GB/s Nie, odrębne urządzenie logiczne na płycie głównej, 64-bitowa ścieŝka danych 200 MHz Poziom 1: 12 KB śledzenie mikrooperacji + 8 KB dane Poziom 2: 512 KB (inclusive) Całkowita pamięć podręczna: 512 KB SSE, SSE2 Gniazdo Athlona 64 ma 754 kontakty. Sam procesor jest umieszczony w podstawce FC-BGA. Metaliczna powierzchnia stanowi rozpraszacz ciepła, pomagający w przenoszeniu ciepła z rdzenia do radiatora. Prescott Intela procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

13 procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

14 procesory 2003/2004 (i wcześniej) Arkadiusz Gawełek, Cosinus, Łódź

15 Procesory 2005/2006 Źródło numer 1 Źródło: 1 sierpnia 2005 Istnieją dwie strony rynku procesorów. Pierwsza z nich to ta z high-endowymi komputerami PC wyposaŝonymi w potęŝne i prestiŝowe układy firm AMD i Intel, które na przemian obejmują prymat. Druga strona to ta, na którą składają się masowo produkowane komputery, uproszczone do minimum. Takie komputery, kosztem obniŝonej wydajności i moŝliwości, mają być dostępna po niskiej cenie. Aby zagospodarować tę właśnie, niemniej istotną sferę biznesową, której zarówno media, jak i wielu uŝytkowników nie dostrzega, Intel oraz AMD stworzyły swoje tanie marki. W przypadku AMD najpierw miał to być Duron, a teraz jest to Sempron. U Intela rolę tę pełnią niezbyt atrakcyjne procesory Celeron. Obie rodziny układów są porównywalne ze swoim rodzeństwem z wyŝszej półki, czyli Athlonem 64 i Pentium 4, jednak odznaczają się znacznie niŝszą szybkością i ograniczonymi moŝliwościami. I tak na przykład - procesory Athlon 64 mają od 512 KB do 1 MB pamięci podręcznej L2 i są taktowane z częstotliwością do 2,8 GHz (FX-57). Z kolei dla Sempronów przewidziano od 128 do 256 pamięci cache L2 i taktowanie od 1,6 do 2,0 GHz. Podobnie sprawa wygląda w przypadku Intela. Najszybsze Celerony mają zegar 3,06 GHz, 256 KB pamięci cache L2 oraz magistralę systemową 133 MHz, podczas gdy P4 osiąga szybkość 3,8 GHz, 2 MB cache L2, a kilka modeli ma magistralę 266 MHz. Tanie procesory moŝna produkować na dwa sposoby. Albo moŝna stworzyć nowy układ z małą pamięcią cache L2, bazowany na starej architekturze, tak by wycisnąć jak najwięcej układów z płytki krzemowej. MoŜna teŝ posługując się tym samym krzemem z którego tworzy się drogie procesory, obniŝyć ilość pamięci cache L2 i wyłączyć niektóre moŝliwości. Wydajność procesu produkcyjnego w tym przypadku nie jest duŝym problemem, poniewaŝ szybkości zegara i tak są stosunkowo niskie. Procesory Sempron dostępne są w wersjach dla podstawek Socket A (462) i 754, przy czym wersja Socket A to nic innego jak uproszczony układ Athlon XP Thoroughbred-B, którego przechrzczono na Semprona. Dlatego Semprony w wersji dla gniazda Socket A działają na kaŝdej płycie głównej z podstawką Socket A, która obsługuje FSB333, czasem nawet niepotrzebna jest aktualizacja BIOS-u. Przebiegłość tego posunięcia moŝna zrozumieć, przyglądając się rynkowi komputerowemu w Chinach, czy w innych krajach rozwijających się ekonomicznie, np. w Ameryce Południowej. Tutaj właśnie dominują tanie systemy, które zapewniają duŝy popyt na tanie procesory AMD. DuŜą rolę odgrywają tu płyty główne z gniazdem Socket A, których niskie ceny, spowodowane nieuchronnym przejściem tej platformy do lamusa, są nie do przebicia. Równolegle, procesory Sempron w wersji Socket 754 czerpią z kapitału rodziny procesorów AMD64. Po pierwsze są wyposaŝone w zintegrowany kontroler pamięci DDR400, który działa z pełną szybkością zegara i pozwala podnieść wydajność systemu. W dodatku Semprony w wersji Socket 754, w przeciwieństwie do modeli Socket A, obsługują równieŝ rozszerzenia SSE2. No i wreszcie kusząca jest moŝliwość wymiany taniego Semprona 754 na Athlona 64, i zwiększenia szybkości taktowania nawet do Jednak dalsze losy gniazda Socket 754 są przesądzone - zostanie ono wyparte przez Socket 939 oraz Socket M2, które mają pojawić się na początku przyszłego roku. W rezultacie, nowa generacja Sempronów obsługiwała będzie pamięci dwukanałowe. Patrząc z tej perspektywy, zakup systemu z podstawką Socket 754 nie pozwoli wam w przyszłości na stosowanie układów dwurdzeniowych. Ten nowy układ bazuje na wykonanym w procesie 90 nm rdzeniu Palermo firmy AMD i posiada 256 kb pamięci cache L2. Jak wykazały nasze testy, wielkość pamięci podręcznej L2 nie ma większego znaczenia, ale to właśnie jej pojemność decyduje o przynaleŝności układu do danej rodziny procesorów. Największą róŝnicę w wydajności daje częstotliwość zegara. Współczynnik TDP (Thermal Design Power) nie uległ zmianie - wciąŝ wynosi 66 watów. ZauwaŜyliśmy jednak, Ŝe temperatura rdzenia jest trochę niŝsza w porównaniu do Sempronów bazujących na 130-nametrowym rdzeniu Paris. W porównaniu do Oakville'a róŝnice są, zgodnie z oczekiwaniami, minimalne. Prawdziwą nowością, poza przywróceniem większej ilości pamięci cache L2, jest wprowadzenie 64-bitowych rozszerzeń AMD 64. Przypuszczamy, Ŝe były one integralną częścią tych procesorów AMD, jednak, aŝ do teraz, były dezaktywowane. Tak więc właściciele Semprona 64 (ale tylko w wersji 3400+) mogą zainstalować Windows XP x64, podobnie jak właściciele procesorów Athlon 64 i Pentium Niestety, platformy Socket 754 obsługiwać będą nie więcej niŝ kilka gigabajtów pamięci RAM. Najnowszy Sempron, sprzedawany hurtowo po 1000 sztuk, będzie kosztował 134 dolary za sztukę, co czyni go najdroŝszym z tanich procesorów w ofercie firmy AMD. Dzięki szybkości 2 GHz powinien być on porównywalny z Athlonem dla 15

16 gniazda Socket 939, którego szybkość wynosi 1,8 GHz i który obsługuje dwukanałową pamięć DDR400. To rodzi się tu ciekawe pytanie - czy tani układ dla gniazda Socket 939 nie byłby lepszym rozwiązaniem? Istnieje znacznie większa róŝnorodność procesorów i płyt głównych na platformę Socket 939, ma ona równieŝ większe moŝliwości i, o czym juŝ mówiliśmy, lepsze moŝliwości rozbudowy. Jedyną wadą są wyŝsze koszty tej platformy, które mają decydujące znaczenie dla wielu klientów. PrzecieŜ, jeśli maszyną będzie przeznaczona głównie do aplikacji biurowych, to niewaŝne jakiego systemu uŝyjemy, praktycznie wszystkie zestawy będą wystarczająco szybkie. W przeciwieństwie do Athlonów 64, linia układów Sempron dla gniazda Socket 754 jest wciąŝ na tyle nieskomplikowana, Ŝe moŝna ją łatwo prześledzić: CPU Rdzeń/Proces Cache Funkcjonalności Częstotliwość taktowania zegara/tdp Sempron Palermo / 90 nm 128 kb NX, SSE, SSE2, SSE3 1,4 GHz / 62 W Sempron Oakville / 90 nm 128 kb NX, SSE, SSE2 1,6 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90 nm 128 kb NX, SSE, SSE2, SSE3 1,6 GHz / 62 W Sempron Oakville / 90 nm 256 kb NX, SSE, SSE2 1,6 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90 nm 256 kb NX, SSE, SSE2, SSE3 1,6 GHz / 62 W Sempron Oakville / 90nm 128 kb NX, SSE, SSE2, Cool & Quiet 1,8 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90nm 128 kb NX, SSE, SSE2, SSE3, Cool & Quiet 1,8 GHz / 62 W Sempron Paris / 130 nm 256 kb NX, SSE, SSE2, Cool & Quiet 1,8 GHz / 62 W Sempron Oakville / 90 nm 256 kb NX, SSE, SSE2, SSE3, Cool & Quiet 1,8 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90 nm 256 kb NX, SSE, SSE2, SSE3, Cool & Quiet 1,8 GHz / 62 W Sempron Oakville / 90 nm 128 kb NX, SSE, SSE2, Cool & Quiet 2,0 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90 nm 128 kb NX, SSE, SSE2, Cool & Quiet 2,0 GHz / 62 W Sempron Palermo / 90 nm 256 kb NX, SSE, SSE2, SSE3, Cool & Quiet, AMD64 2,0 GHz / 62 W Pierwszym dostępnym procesorem z rodziny Sempron był układ 3100+, bazujący na rdzeniu Paris 130 nm (CG). Ten układ był pierwszym krokiem AMD przy wprowadzaniu nowej rodziny tanich procesorów. Rdzeń Oakville (stepping D0), wprowadzony w kwietniu 2005, był pierwszym układem wykonanym w technologii 90 nm. Wszystkie Rdzenie Oakvlle posiadają 256 kb pamięci cache L2 i obsługują rozszerzenia SSE3, ale tylko część modeli uŝywa całej pamięci L2 - układy Sempron 2600+, i korzystają jedynie ze 128 kb. Nowy Sempron to kolejny rdzeń, który, chociaŝ wciąŝ bazuje na technologii 90 nm, wprowadza poprawiony kontroler pamięci, czyli rozwiązanie znane z rdzeni Venice i San Diego stosowanych w Athlonach 64. Rdzeń został rozszerzony równieŝ o zestaw instrukcji SSE3 (rewizja E3 i E) wprowadzonych przez Intela na początku 2004 roku. Rdzeń Palermo dostępny będzie we wszystkich wolniejszych procesorach, ale architektura AMD64 jeszcze przez jakiś czas nie będzie dostępna. Jeszcze słówko o technologii Cool & Quiet. Firma AMD udostępnia tę cechę tylko dla procesorów wzwyŝ. Wymaga ona odpowiedniego sterownika procesora (do ściągnięcia ze strony AMD), a po włączeniu daje systemowi operacyjnemu moŝliwość zmniejszenia częstotliwości taktowania zegara, co zmniejsza zuŝycie energii oraz wydzielanie ciepła. Rozwiązanie to róŝni się całkowicie od strategii Intela, poniewaŝ zarówno stacjonarne, jak i mobilne Celerony D nie są w stanie dynamicznie zmieniać częstotliwości taktowania zegara. Tylko procesory Pentium powyŝej 3 Ghz oraz układy Pentium M są wyposaŝone w technologię SpeedStep. 16

17 Sempron Info o artykule Kiepski kompromis - 64 bitowy Sempron AMD Stworzono: 1 sierpnia 2005 Autor: Patrick Schmid Achim Roos Tłumacz: Izabela Jędrasiak Kategoria: Procesory Podsumowanie: Najnowszy Sempron będący odpowiedzią na Celerona D 351 Intela, został wyposaŝony w większą pamięć podręczną i architekturę AMD64. Brzmi to wszystko bardzo pięknie, ale czy nie lepiej wybrać najtańszego Athlona 64? Oto i on. Oczywiście wyglądem nie róŝni się zbytnio od swoich poprzedników, poniewaŝ wszystkie procesory AMD wyposaŝone są w metalową płytkę przykrywającą rdzeń, o nazwie heat spreader (radiator), która uniemoŝliwia nam obejrzenie układu. Płytka jest przymocowana do struktury za pomocą nakładki Ŝelowej lub pasty termoprzewodzącej, które pomagają rozpraszać ciepło na większą powierzchnię. Pełni równieŝ rolę doskonałego zabezpieczenia, gdyŝ juŝ nie jeden Athlon XP czy Duron padł ofiarą nieumiejętnych prób montaŝu coolera. Intel wprowadził podobne radiatory dopiero w momencie premiery układów Pentium 4. Zdecydowaliśmy się dołączyć wyniki testów trzech Athlonów 64, celem porównania z Sempronami i Oba modele najtańszych Athlonów 64 na platformę Socket 939 są niewiele droŝsze od Semprona 3400+, a posiadają całe 512 kb pamięci cache L2 i dwukanałowy interfejs pamięci DDR400. RóŜnice w kosztach między platformi zaczynają się od 15 dolarów i rosną do znacznych sum, w zaleŝności od opcji jakich sobie zaŝyczycie. Zdecydowaliśmy się teŝ na porównanie nowego Semprona z Athlonem w wersji Socket 754 bazującym na architekturze Newcastle, poniewaŝ ten Athlon jest odpowiednikiem Semprona o tej samej częstotliwości taktowania zegara. Wprawdzie Newcastle to technologia 130 nm i bez SSE3, ale nie widzieliśmy jeszcze Athlona 64 w technologii 90 nm w wersji Socket 754. Wprowadzenie 64-bitowego Semprona jest odpowiedzią na 64-bitowy układ Celeron Intela, a wszystko po to, by spełnić wymagania uŝytkowników o mniej pojemnych kieszeniach. Wydaje nam się jednak, Ŝe korzyści z niego wyniesie, przynajmniej na dłuŝszą metę niewielu nabywców. Mimo, Ŝe 64-bitowy Windows XP x64 Edition jest juŝ dostępny, to jednak wciąŝ brakuje 64-bitowego oprogramowania i sterowników, szczególnie dla urządzeń peryferyjnych. Przejście na nową technologię właśnie teraz, ot tak dla zasady, ma sens jedynie w przypadku branŝy IT, ale nie dla indywidualnego uŝytkownika. Poza tym, większość uŝytkowników korporacyjnych nie zaczęło jeszcze nawet sprawdzać moŝliwości wykorzystania przez uŝytkowników końcowych 64-bitowych Windowsów. Poza czarnym koniem tego układu, czyli 64-bitowej architektury, nowy procesor ma niewiele nowego do zaoferowania. Ulepszenie Semprona do sprowadziło się głównie do podwojenia pojemności pamięci cache L2 ze 128 do 256 kb, co jak moŝna się było spodziewać, niewiele zmieniło. Jeśli jesteście zdecydowani na procesor Sempron, to polecamy wam najnowszy rdzeń Palermo, głównie z uwagi na to, Ŝe obsługuje rozszerzenia SSE3. Dopóki architektura 64-bitowa nie będzie wam potrzebna, nie ma sensu przerzucać się na model Jednak, z punktu widzenia wydajności i stosunku moŝliwości do ceny, dobrym wyborem jest wciąŝ tani Athlon 64 razem z rozsądnie dobraną platformą Socket

18 czerwiec 2005 Pojawienie się nowego Athlona idzie w parze z pierwszą modernizacją technologiczną, jaka ma miejsce od momentu pojawienia się procesorów z serii FX, przeznaczonych dla segmentu high-end. Poprzednie procesory z tej serii bazowały na rdzeniu Clawhammer, wykonanym w procesie 130 nm, natomiast model FX-57 jest wyposaŝony w rdzeń o nazwie kodowej San Diego i powstał w oparciu o technologię 90 nm. Dzięki temu zabiegowi, moŝemy spodziewać się, Ŝe nowy produkt zaoferuje większą wydajność, przy zachowaniu niezmienionej charakterystyki cieplnej. W chwili obecnej dostępne są trzy róŝne rdzenie, wyprodukowane w procesie 90 nm. Pierwszą konstrukcją, w której zastosowanie nowej technologii pozwoliło obniŝyć ilość wydzielanego ciepła przy niskich i średnich częstotliwościach taktowania, był układ o nazwie Winchester (512 kb pamięci podręcznej L2, rozpraszanie cieplne na poziomie 67 W przy częstotliwości taktowania 2,2 GHz). Obecnie jednak nasza uwaga skupia się na dwóch pozostałych rdzeniach, a mianowicie Venice (512 kb pamięci cache L2) oraz San Diego (1 MB). To właśnie one mają zastąpić podstarzałe technologicznie konstrukcje Clawhammer oraz Newcastle. Kwestią wartą wspomnienia jest takŝe fakt, Ŝe nowe rdzenie zostały wyposaŝone w zestaw rozszerzonych instrukcji SSE3, przydatnych w przypadku niektórych aplikacji profesjonalnych. AMD zamierza zastosować dwa powyŝej wymienione układy w nowych procesorach z serii Athlon 64 i 64 FX. Rdzeń o nazwie San Diego jest najbardziej złoŝoną konstrukcją, spośród układów wykonanych w technologii 90 nm. Jest on oparty o najnowszy stepping E4, obsługuje rozszerzone instrukcje SSE3 i posiada 1 MB pamięci cache L2. W nowych rdzeniach San Diego oraz Venice zmodyfikowano nieco kontroler pamięci, co wpłynęło korzystnie na wydajność. Dodatkową zaletą, wynikającą z wprowadzonych zmian jest moŝliwość zastosowania w systemie czterech dwustronnych modułów pamięci DIMM DDR400, co do tej pory zwykło sprawiać problemy. Zmianie nie uległa podstawka procesora Socket 939 oraz magistrala Hyper Transport, odpowiadająca za komunikację procesora z chipsetem, która działa z częstotliwością 1 GHz w trybie dwukierunkowym (full-duplex). Nowy procesor oferuje wsparcie dla instrukcji 3DNow! Professional, MMX, SSE oraz SSE3. Nie naleŝy takŝe zapominać o ochronie antywirusowej (NX bit) oraz technologii Cool'n'Quiet, pozwalającej modyfikować w locie częstotliwość taktowania procesora. Monitorowaniem obciąŝenia CPU zajmuje się system operacyjny, wykorzystując do tego celu specjalny, dedykowany sterownik. Procesory Athlon 64 mogą pracować na dwóch, trzech, bądź czterech poziomach wydajności (tzw. P-states). NajniŜsze taktowanie wynosi 800 lub 1000 MHz, w zaleŝności od modelu. Działając na najniŝszym poziomie wydajności, ilość wydzielanej przez procesor energii cieplnej zostaje zredukowana niemal o połowę. Dzięki zmniejszeniu poboru mocy, a co za tym idzie - ilości generowanego ciepła, nie trzeba stosować bardzo wydajnych i drogich systemów chłodzenia. Z punktu widzenia architektury układu, nic się nie zmieniło. Wszystkie niezbędne szczegóły moŝecie znaleźć w naszym pierwszym artykule, poświęconym procesorom Athlon 64 oraz Athlon 64 FX. Procesory AMD 64 zestawienie właściwości i cen Procesor Model Zegar Pamięć cache Rdzeń, TDP Cena Athlon ,8 GHz 512 kb 90 nm Venice 67 W Athlon ,8 GHz 512 kb 90 nm Winchester 67 W Athlon ,8 GHz 512 kb 130 nm Newcastle 89 W Athlon ,0 GHz 512 kb 90 nm Venice 67 W Athlon ,0 GHz 512 kb 90 nm Winchester 67 W Athlon ,0 GHz 512 kb 90 nm Newcastle 89 W Athlon ,2 GHz 512 kb 90 nm Venice 67 W Athlon ,2 GHz 512 kb 90 nm Winchester 67 W 149 USD 149 USD 149 USD 194 USD 194 USD 194 USD 272 USD 272 USD Athlon ,2 GHz 512 kb 130 nm Newcastle 272 USD 18

19 89 W Athlon ,2 GHz 1 MB 90 nm San Diego 104 W Athlon ,4 GHz 512 kb 90 nm Venice 85 W Athlon ,4 GHz 512 kb 130 nm Newcastle 89 W Athlon ,4 GHz 1 MB 130 nm Clawhammer 89 W Athlon ,4 GHz 1 MB 90 nm San Diego 104 W Athlon 64 X ,2 GHz 2x 512 kb 90 nm Manchester 110 W Athlon 64 X ,2 GHz 2x 1 MB 90 nm Toledo 110 W Athlon 64 X ,4 GHz 2x 512 kb 90 nm Manchester 110 W Athlon 64 X ,4 GHz 2x 1 MB 90 nm Toledo 110 W Athlon 64 FX-55 2,6 GHz 1 MB 90 nm San Diego 104 W Athlon 64 FX-55 2,6 GHz 1 MB 130 nm Clawhammer 89 W Athlon 64 FX-57 2,8 GHz 1 MB 90 nm San Diego 104 W 329 USD 373 USD 373 USD 482 USD 582 USD 537 USD 581 USD 803 USD 1001 USD 1031 USD 827 USD 1031 USD PowyŜej zamieszczone zostało pełne zestawienie procesorów Athlon 64, dostępnych dla podstawki Socket 939. (Aby zachować rozsądne rozmiary tabeli, zdecydowaliśmy się pominąć procesory oparte o Socket 754, jak równieŝ Semprony.) Jeśli planujecie zakup procesora Athlon 64, zdecydowanie polecamy skupić się na modelach wyposaŝonych w nowe rdzenie - Venice (512 kb cache L2) oraz San Diego (1 MB). Dzięki zastosowaniu procesu 90 nm, obie konstrukcje gospodarują oszczędniej energią, a więc są znacznie chłodniejsze od wersji 130 nm oraz bardziej podatne na przetaktowanie. Zaletą jest takŝe zaimplementowana obsługa instrukcji SSE3. W obecnej chwili Intel nie posiada w swoim arsenale konstrukcji jednordzeniowych niczego, czym mógłby się rzeczywiście przeciwstawić AMD. MoŜna oczywiście przyśpieszyć procesor Pentium 4 Prescott do 4 GHz, jednak będzie to oznaczało zaledwie 5-procentowy wzrost szybkości zegara, w porównaniu do modeli 570 i 670 (taktowanie 3,8 GHz). Tak niewielka zmiana nie będzie miała w zasadzie Ŝadnego znaczenia dla wydajności procesora. Właśnie dlatego zainteresowanie Intela skupia się w chwili obecnej na układach dwurdzeniowych Pentium D i na procesorach Pentium Extreme Edition. Procesory Pentium D, oparte na rdzeniu Smithfield, łączą w sobie dwie struktury typu Pentium 4 Prescott, natomiast w układach EE dodano obsługę Hyper Threading. Tradycyjnie, cena modeli z serii Extreme Edition utrzymuje się na poziomie 999 USD, a grupę docelową tych układów stanowią gracze oraz entuzjaści, nie przejmujący się wydatkami. Z technicznego punktu widzenia, dwurdzeniowy układ Pentium Extreme Edition zapowiada się całkiem interesująco. Procesor ten, wyposaŝony w dwa rdzenie oraz technologię Hyper Threading, daje nam do dyspozycji do czterech logicznych jednostek obliczeniowych. Zalety HT stają się tym widoczniejsze, im więcej aplikacji zdecydujemy się jednocześnie uruchomić. Szkoda tylko, Ŝe rozwiązanie takie nie przyniesie praktycznie Ŝadnej korzyści graczom, do których zasadniczo skierowany jest ten procesor. W przypadku Pentium D, sytuacja wygląda inaczej. Seria ta obejmuje trzy modele oznaczone odpowiednio 820, 830 i 840, których częstotliwość taktowania zawiera się w przedziale od 2,8 do 3,2 GHz. Cenowo wypadają one bardzo korzystnie na tle szybkich układów jednordzeniowych, deklasując równieŝ w tym względzie dwurdzeniowe Athlony 64 X2. W związku z tym, Ŝe spora część dostępnego obecnie oprogramowania jest juŝ zoptymalizowana pod kątem wielowątkowości, celem Intela stało się teraz zajęcie duŝej części rynku systemów dwurdzeniowych, w czym znaczącą rolę ma odegrać atrakcyjny cenowo procesor Pentium D. 19

20 Wprowadzenie dwurdzeniowych procesorów przeznaczonych dla komputerów stacjonarnych, planowane na 31 maja, sprawia, Ŝe końcówka tego miesiąca zapowiada się bardzo interesująco. Oczywiście juŝ w dniu dzisiejszym dostępny jest w niewielkich ilościach wielowątkowy model Pentium Extreme Edition 840, czego przykładem moŝe być chociaŝby oferta firmy Dell, jednak najbardziej oczekiwany - Pentium D, ujrzy światło dzienne nie wcześniej niŝ w czerwcu. Tymczasem AMD pokonało Intela w zyskownym segmencie stacji roboczych oraz serwerów wprowadzając swoje dwurdzeniowe procesory Opteron z serii x65/x70/x75. Kolejny element strategii AMD na rok 2005, obejmuje wprowadzenie dwurdzeniowego produktu, przeznaczonego dla komputerów stacjonarnych. Temu właśnie tematowi poświęciliśmy ten artykuł. Pierwsza niespodzianka, jaka nas spotkała, dotyczy kwestii związanych z odprowadzaniem ciepła, generowanego przez dwa rdzenie tworzące jeden fizyczny układ scalony. OtóŜ w przeciwieństwie do Intela, AMD nie obniŝyło taktowania. Oznacza to, Ŝe dwurdzeniowe procesory AMD powinny pracować z taką samą częstotliwością taktowania zegara jak wersje jednordzeniowe. W przypadku Intela sprawa wygląda inaczej. Producent zdecydował, Ŝe najszybszy dwurdzeniowy model pracować będzie z zegarem 3,2 GHz, natomiast jednordzeniowy - 3,8 GHz. Przejście z procesu technologicznego 130 nm do procesu 90 nm wykorzystującego technologię SOI (krzem-na-izolatorze) pozwoliło AMD obniŝyć poziom rozpraszania cieplnego (TDP) z 89 W (wartość maksymalna) do 67 W, przy częstotliwości 2,2 GHz (Winchester 3500+). Jednocześnie, charakterystyka cieplna układu Athlon 64 FX 55, taktowanego zegarem 2,6 GHz, jest na tyle elastyczna, Ŝe pozwala na zastosowanie procesorów dwurdzeniowych na większości obecnych na rynku płyt głównych z gniazdem socket 939. Inaczej jest w przypadku procesora Pentium D, który mimo, Ŝe konstrukcja samej podstawki nie uległa zmianie, wymaga zastosowania zupełnie nowych płyt głównych. Rodzina procesorów dwurdzeniowych, przeznaczonych dla komputerów stacjonarnych obejmuje cztery produkty, występujące pod wspólną nazwą Athlon 64 X2 (W przypadku Intela będą to trzy procesory z serii Pentium D oraz model Extreme Edition.). Oficjalną datę premiery AMD ustaliło na dzień 31 maja. Dwa modele z serii X2 będą oparte na dwurdzeniowym układzie o nazwie kodowej Manchester, wyposaŝonym w 512 kb pamięci cache L2 dla kaŝdego rdzenia. W dwóch pozostałych układach wykorzystano konstrukcję Toledo, z 1 MB pamięci podręcznej L2 dla kaŝdej jednostki logicznej. W przypadku modeli przeznaczonych na rynek masowy, opartych na rdzeniu Manchester, ilość wydzielanego ciepła utrzyma się na poziomie 95 W, natomiast dla bardziej wydajnych wersji, wartością maksymalną będzie 110 W. Wymaganiom tym z łatwością sprostają wszystkie płyty główne, będące w stanie obsłuŝyć Athlona 64 FX 55. Choć liczby te uzmysławiają nam, Ŝe wymagania procesora są dość pokaźne, to nie powinniśmy zapominać, Ŝe najmocniejszy model Intela, działający z częstotliwością 3,2 GHz, osiąga niebotyczny poziom poboru mocy dochodzący do 130 W, a takŝe przeciętny pobór jest nieco wyŝszy. Ciekawy jest natomiast fakt, Ŝe obie firmy idą "łeb w łeb", w przypadku modeli przeznaczonych dla zastosowań masowych, dla których pobór mocy utrzymuje się na poziomie 95 W. KaŜdy współczesny system operacyjny potrafi wykonać wiele operacji w jednym czasie, rozdzielając obciąŝenie związane z wykonaniem zadań, pomiędzy wszystkie dostępne procesory logiczne (tzw. multi-tasking czyli wielozadaniowość). Jeśli istnieje taka moŝliwość, system operacyjny dokonuje podziału obciąŝenia na duŝo niŝszym poziomie, bazując na wątkach (tzw. multi-threading czyli wielowątkowość). Dzięki temu, Ŝe współczesne komputery są w stanie działać wielozadaniowo, uŝytkownicy mogą uruchamiać wiele aplikacji jednocześnie oraz rozmaite usługi systemowe, bez zauwaŝalnych strat w wydajności pracy komputera. Od kiedy tylko AMD i Intel zaczęły ze sobą konkurować, zwiększały częstotliwość taktowania swoich układów. Jednak Ŝaden z uzyskanych w ten sposób przyrostów wydajności nie był tak wysoki, jak ten który moŝna będzie osiągnąć stosując przetwarzanie wielowątkowe (multi-threading). Przez pewien czas mogliśmy być świadkami szumu, jaki powstał wokół układów dwurdzeniowych. Ich pojawienie się moŝemy jednak uznać za najbardziej znaczący krok w rozwoju procesorów, w perspektywie wielu kolejnych lat i to niezaleŝnie od tego czy waszym faworytem jest AMD czy Intel. Komputer, wyposaŝony w jedną z tych dwugłowych bestii, będzie w stanie osiągnąć wydajność zbliŝoną do moŝliwości systemu z dwoma osobnymi procesorami. Wprowadzając w 2002 roku technologię Hyper Threading (HT), Intel starał się wykorzystać korzyści płynące z posiadania dwóch w pełni funkcjonalnych procesorów, umieszczonych w jednym układzie. NajwaŜniejszym powodem, dla wprowadzenia technologii HT do architektury Pentium 4, był postępujący wyścig częstotliwości taktowania. Osiągnięty juŝ został oszałamiający pułap 3,06 GHz, a potok wykonawczy, liczący 20 etapów, zrobił się nieco przydługawy. Z kolei, potok wykonawczy procesora AMD Athlona XP składał się z 10-ciu etapów dla jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU), oraz 15- stu etapów dla jednostki zmiennoprzecinkowej (FPU). Pentium III pokonywało 10 etapów, a wersje oparte na rdzeniu Tualatin oraz modele Pentium M Athlon 64 równieŝ cechował się 12-etapowym potokiem. Z jednej strony, procesor posiadający długi potok wykonawczy, jest w stanie wykonać wiele czynności w ramach jednego cyklu przetwarzania. Jest to szczególnie poŝądane, gdy w grę wchodzi wykorzystanie rozszerzonych instrukcji SSE2 i SSE3. Z drugiej strony jednak, kaŝda operacja oznacza dla procesora konieczność przejścia przez większość z tych etapów, co moŝe niewątpliwie skutkować stratą cennych cykli zegara. Aby częściowo zrekompensować ten efekt, Intel zaimplementował strukturę logiczną, która umoŝliwia procesorowi Pentium 4 osiągnięcie wyŝszego, przeciętnego poziomu wykorzystania potoku wykonawczego - którego długość w architekturze Prescott wzrosła do 31 etapów - przez symulowanie obecności dwóch logicznych jednostek obliczeniowych. 20