AMD

AMD - firma ledwie rok młodsza od Intela, o bardzo podobnych początkach, miała swoje upadki i wzloty. Najnowszym z tych ostatnich są znakomite procesory AMD Ryzen, które właśnie trafiły do naszych laptopów. Przyjrzyjmy się szczegółom architektury AMD Zen, oraz historii firmy, która dziś święci triumfy w każdym właściwie segmencie rynku.

Prehistoria

AMD, a dokładniej Advanced Micro Devices Inc. zostało założone 1 maja 1969 roku. Siedziba firmy, co nie powinno specjalnie dziwić nikogo znającego nieco specyfikę branży technologicznej, znajdowała się wówczas w kalifornijskim Sunnyvale - jednym z miast, które dały początek słynnej Dolinie Krzemowej. Założycielami AMD byli, tak samo jak w przypadku Intela, pracownicy firmy Fairchild Semiconductor. W przypadku AMD grupę założycieli stanowili Jerry Sanders, Edwin Turney, John Carey i Jack Gifford. Swój pierwszy projekt, 4-bitowy rejestr przesuwający Am9300, firma pokazała jeszcze tego samego roku. Jego sprzedaż rozpoczęto w 1970 roku. Wówczas jeszcze nic nie zwiastowało zaciętej walki pomiędzy AMD i Intelem.

Zarzewiem konfliktu było… kopiowanie, a dokładniej proces inżynierii wstecznej. AMD w 1975 wypuściło swój pierwszy procesor, nazwany Am9080. Był on w praktyce dokładną kopią 8-bitowej jednostki Intel 8080, pokazanej rok wcześniej. Ostatecznie firmy porozumiały się, i AMD uzyskało możliwość kontynuowania rozwoju tego procesora.

Era układów x86

Na początku lat 80 XX wieku komputery osobiste wkroczyły w zupełnie nową fazę. Napędzane 16-bitowymi procesorami Intel 8086 zaczęły zalewać rynek, a komputery nieśmiało zaczęły pojawiać się w przestrzeniach innych niż wielkie korporacje. Rozgrywającą na rynku firmą był wówczas IBM, który wymusił na Intelu, by ten podpisał umowę licencyjną z innym podmiotem, który mógłby produkować identyczne układy. Tym samym, od 1982 roku AMD mogło produkować swoje wersje chipów korzystających z zestawu instrukcji x86. Była to także pierwsza w historii sytuacja, w której układ AMD wykazywał wyższą wydajność niż ten tworzony przez Intela. Am286, będący kopią intelowskiego 80286, był szybszy niż pierwowzór. Sekretem była wyższa częstotliwość. AMD “podkręciło” (wówczas oczywiście tego terminu jeszcze nie stosowano) konstrukcję z 12 MHz do zawrotnych 20 MHz.

To właśnie w tej epoce należy szukać przyczyn swoistego konfliktu, który rozpala fanów technologii do dziś. Wymiany zdań między miłośnikami Ryzenów i Core, do złudzenia przypominają to, co w listach do redakcji technologicznych pisali czytelnicy wykazujący wyższość Am286 nad 80286 (lub odwrotnie). O ile umowa licencyjna podpisana między firmami nie budziła wielkich kontrowersji w przypadku rodziny procesorów 80286, to już następne dwie generacje procesorów: 80386 i 80486, były, zdaniem Intela, skopiowane przez AMD nielegalnie. Sprawa trafiła do sądu, który przyznał rację AMD.

Pixabay.com

Koniec kopiowania

W 1996 roku AMD zaprezentowało swoją odpowiedź na układy Pentium. K5, bo taką, tylko pozornie nijaką nazwę nosił ów układ, był pierwszym CPU kalifornijskiej firmy w pełni własnej konstrukcji. W nazwie kryje się zawarty pewien żart, który docenią fani komiksu. Podobno K pochodziło od słowa Kryptonite. W tym zestawieniu nietrudno domyślić się, kto pełnił rolę Supermana.

Dalsze lata w rozwoju AMD obfitowały w ciekawe projekty. Architektura K5, w jej kolejnych wcieleniach rywalizowała z Intelem, ale to dopiero K6 zdołały rzeczywiście nawiązać skuteczną walkę z Pentiumami. W końcu AMD sięgnęło po bardziej przyjazną nazwę - tak narodził się Athlon. Chociaż dziś procesory Athlon kojarzą się z low-endowymi jednostkami dla niezbyt wymagających, w okolicach 2000 roku procesory z tej rodziny biły rekordy wydajności. Dosłownie. Athlon 1000 był pierwszym CPU w historii, który osiągnął oszałamiające wówczas taktowanie 1 GHz. Dla mniej wymagających użytkowników AMD przewidziało wówczas procesory nazwane Duron, które rywalizowały na rynku z Celeronami Intela.

Innowacyjne podejście

W 2003 roku AMD ruszyło nieznanym dotychczas w komputerach osobistych szlakiem. Zaprezentowany we wrześniu tegoż roku Athlon 64 wprowadzał do środowiska domowych desktopów instrukcje AMD64, otwierając przed zwykłymi pecetami możliwości maszyn 64-bitowych. Wiodącą korzyścią była oczywiście możliwość adresowania większej pojemności pamięci. Procesory te natychmiast zdominowały rankingi naszybszych jednostek CPU na rynku. Przyczyniła się do tego m.in. znacząca zmiana konstrukcyjna - kontroler pamięci RAM, wcześniej znajdujący się w chipsecie płyty głównej, trafił bezpośrednio do CPU.

Nie trzeba było czekać długo na kolejny odważny krok AMD. Już w 2005 roku firma pokazała pierwsze prawdziwie dwurdzeniowe CPU dla komputerów stacjonarnych - AMD Athlon 64 X2. Wykorzystujące architekturę K8 procesory dosłownie niszczyły niesamowicie gorące i prądożerne dwurdzeniowce konkurencji - Pentium D. Układy AMD były tańsze, pobierały mniej prądu, mniej się nagrzewały i przede wszystkim - w większości zadań górowały wydajnością nad rywalem. Ale czas zmian zbliżał się nieubłaganie…

Będąc jeszcze na fali sukcesów, AMD zakupiło w 2006 roku kanadyjską firmę ATI, producenta układów graficznych Radeon. Decyzja ta rzutowała na rozwój firmy przez następne lata i ma niebagatelne znaczenie dla jej obecnej pozycji.

Pixabay.com

Dekada kłopotów

AMD miało znakomity początek XXI wieku, ale wszystko zaczęło zmieniać się w okolicach 2006 roku. Wówczas, wciąż nieźle radzące sobie Athlony 64 X2 otrzymały godnego rywala w postaci układów Intel Core 2 - czerpiących pełnymi garściami z technologii mobilnych. W latach 2007 i 2008 obie firmy pokazały nowe procesory. AMD Phenom (2007) stanowiły daleko idące ulepszenie architektury AMD stosowanej we wcześniejszych układach. Zmiany objęły m.in. zastosowanie współdzielonej między rdzeniami pamięci podręcznej trzeciego poziomu. Wzrosło też IPC procesora, usprawniono też kontroler pamięci. Firma postanowiła pozostać przy litografii 65 nm.

Intel, który już układami Core 2 Duo i Core 2 Quad zdołał wrócić na dobre do gry, rywalizował z AMD przez 2006 i 2007 rok z mieszaną skutecznością - wówczas spór Athlon 64 X2/Phenom czy Core 2 Duo/Core 2 Quad był jednym z tematów, który rozpalał fora technologiczne. Do czasu. Pod koniec 2008 roku, kiedy to AMD szykowało się do premiery procesorów Phenom II, a więc udoskonalonych CPU Phenom przeniesionych w 45 nm, doszło do istnego trzęsienia ziemi: Intel pokazał układy Nahalem, a więc pierwszą generację procesorów Core i7/i5/i3. Liczba zmian, które dotknęły układy Intela okazała się na tyle duża, że procesory te pozostawiły konkurentów (i poprzedników) w tyle.

W następnych latach Intel dopieszczał swoje procesory Core, stosując model rozwoju nazwany tick-tock. AMD tymczasem zdołało jeszcze wypuścić potężnego Phenoma II X6 - pierwszy prawdziwy układ sześciordzeniowy dla komputerów stacjonarnych, po czym ponownie poszukało “innej drogi”, jak uprzednio z procesorami 64-bitowymi czy dwurdzeniowymi. Koncepcja nie była w teorii zła - połączenie CPU i wydajnego GPU (do stworzenia którego AMD miało stosowną technologię dzięki zakupowi ATI) w jednym produkcie. Tego typu jednostki nazwano APU (Accelerated Processing Unit). Ponownie zmieniono oznaczenie, wprowadzając chipy oznaczone po prostu A (A10, A8, A8, A4).

Kamieniem milowym w przypadku jednostek AMD była architektura Bulldozer. Sama architektura miała wiele ciekawych cech, szczególnie jeśli chodzi o podejście do pracy na wielu wątkach. O ile SMT (lub HT u Intela) powoduje wzrost powierzchni jednego rdzenia, ale umożliwia pracę na dwóch wątkach na raz, o tylko w układach Bulldozer podstawą były dwa rdzenie, co pozwala na zachowanie dwóch wątków, ale taki komplet (nazwany modułem) był pozbawiany niektórych “zbędnych” elementów. I tak na każde dwa “rdzenie” (czy raczej na jeden moduł) przypadała jedna jednostka obliczeniowa dla liczb zmiennoprzecinkowych. Podobnie postąpiono z układami dekodującymi i pobierania - przypadały po jednym na moduł. Efektem były procesory, które nie tylko ustępowały procesorom Intela pod względem wydajności, ale też czerpały sporo prądu. Koleje modyfikacje tej architektury nie zdołały podjąć równej walki z Core. AMD usilnie rozwijało tę architekturę od 2011 roku aż do 2017. W międzyczasie, już za nowej CEO, dr Lisy Su (na stanowisku od 2014 roku) prowadzono prace nad czymś zupełnie nowym.

Jak to się stało, że AMD w ogóle zdołało przetrwać dekadę dominacji Intela? Otóż ratunkiem okazały się m.in. konsole. Zarówno Sony, jak i Microsoft, do swoich konsol, odpowiednio PlayStation 4 i XboX One postanowiły wykorzystać APU AMD właśnie. Układy te miały wszystko, co potrzebne, aby niskim kosztem stworzyć dobrą platformę do grania - wysoki stopień integracji elementów, dobrą wydajność iGPU i znośne możliwości CPU. Nie wdając się w szczegóły - układy Jaguar, lądując w konsolach, zapewniły firmie finansowy napęd do tego, aby prowadzić badania.

Pixabay.com

Epoka Zen

W lutym 2017 roku na scenę wyszła CEO AMD, dr Lisa Su i zapowiedziała trzęsienie ziemi w branży. W trakcie prezentacji na żywo odsłaniano kolejne szczegóły architektury nowych CPU wykonanych w zupełnie nowej architekturze Zen. Układy AMD Ryzen trafiły na rynek w marcu tego samego roku i AMD pierwszy raz od wielu lat podjęło rywalizację z Intelem jak równy z równym.

Sekret budowy procesorów AMD Ryzen był oczywisty - zaczerpnięto z rozwiązań już istniejących. Zamiast klastrowej wielowątkowości, w architekturze Zen pojawiło się SMT, które, podobnie jak HT u Intela, umożliwia pracę na dwóch wątkach jednocześnie pojedynczemu rdzeniowi. Daje to o tyle lepszy efekt niż wcześniejsze rozwiązanie, że tu, kiedy potrzeba wydajności jednowątkowej, to cały właściwie rdzeń pracuje nad jej uzyskaniem, podczas gdy wcześniej zajmowała się tym ledwie część modułu. Drugi sekret był widoczny w specyfikacji. AMD wyśmiewane niegdyś żartobliwie za koncepcję “wincyj rdzenióf” nic z tych żartów sobie nie zrobiło. Ba, wręcz poszło dalej. Wśród nowej palety układów pojawiły się jednostki 8-rdzeniowe i 16-wątkowe - rzecz dotychczas spotykana jedynie w platformach HEDT (high-end desktop). Okazało się, że w testach jednowątkowych układy te nieznacznie ustępują procesorom konkurencji, ale tam gdzie potrzeba pracy wielu rdzeni na raz, niejednokrotnie okazywały się szybsze. Przebudowano też kompletnie budowę pamięci podręcznej, mechanizmów predykcyjnych CPU i, co kluczowe dla wydajności, jednostek wykonawczych. W efekcie otrzymaliśmy bardzo wydajne CPU, które z czasem pokryły całą przestrzeń rynku.

Od 2017 roku architekturę Zen systematycznie rozwijano, co skutkowało jej ulepszeniem nazwanym Zen+ w 2018 roku oraz zdecydowanie głębszą przemianą w postaci Zen 2 w 2019 roku. I to właśnie to ostatnie wcielenie jest tym, które naprawdę zawojowało rynek. Znane jest jako generacja trzecia lub po prostu AMD Ryzen 3000. Poniżej wyjaśniamy wszelkie ryzenowe zawiłości.

Pixabay.com

AMD Ryzen - jak je rozróżnić?

Podobnie jak w przypadku układów Intela, tak i w stajni AMD wiele da się wyczytać z nazwy procesora. Zawiera ona szereg cyfr i liter, które pozwalają połapać się w systematyce konkretnych układów, ich przeznaczeniu oraz prawdopodobnej cenie.

Nazwa każdego procesora Ryzen zaczyna się oczywiście od… słowa Ryzen (niezbyt odkrywcze, prawda?), po nim jednak następuje pojedyncza cyfra: 3, 5, 7 lub 9. To ona określa jaki segment pokrywa dany CPU wśród swojej platformy. Próby odnoszenia tego do jednostek Intela tylko pozornie są trafne i zależą nieraz od konkretnych modeli. O ile tańsi przedstawiciele linii Ryzen 7 rzeczywiście mogą konkurować z Core i7, o tyle ci najmocniejsi niejednokrotnie rozkładają na krzemowe łopatki Core i9. Seria Ryzen 9 rywali musi szukać raczej wśród układów z segmentu HEDT. Dlatego też numeracja ta przydaje się głównie do porównań wewnętrznych, w ramach oferty AMD.

Następnie znajdujemy liczbę porządkową składającą się z czterech cyfr. Pierwsza z nich określa generację procesora, kolejne natomiast porządkują go w ramach serii. Generacje układów Ryzen, chociaż na tę chwilę widzieliśmy ledwie trzy, różnią się między sobą wyraźnie. Do kwestii generacji za chwilę wrócimy.

I tak np. Ryzen 7 3700 jest procesorem wyżej pozycjonowanym niż np. Ryzen 5 3600X. Skąd ów X? Ano właśnie, dodatkowo na końcu nazwy możecie znaleźć literę. Nie ma ich aż tylu ile u Intela, a ich wyjaśnienie jest stosunkowo proste.

U - to procesory mobilne dla tzw. mainstreamu. Znajdziemy je raczej w cienkich i lekkich konstrukcjach, ewentualnie modelach przeznaczonych do zadań codziennych, nieobejmujących takich kategorii jak obróbka materiałów multimedialnych czy zaawansowane gry. To procesory całkiem wydajne, ale graczom trudno jest je polecać. Są stosunkowo chłodne, a ich TDP wynosi jedynie 15W. Nie osiągają zbyt wysokich częstotliwości, stąd ich ograniczona wydajność. Mają jednakże cechę, która sprawia, że do prostych lub starszych gier nadają się względnie dobrze - ich zintegrowany układ graficzny bazuje na architekturze Vega, całkiem wydajnej i umożliwiającej zabawę przy obniżonych detalach w niektóre znakomite klasyki. Oczywiście, jak zawsze w przypadku “integry” dużo zależy tu od jakości zastosowanej pamięci RAM. Niektórzy producenci ograniczyli możliwości tego iGPU stosując w swoich laptopach jedynie jednokanałową pamięć. Jakkolwiek by nie było - procesory Ryzen serii U, dowolnej generacji, to nie są układy dla graczy.

H - tak oznaczone Ryzeny to układy mobilne dla bardziej wymagających wydajności użytkowników. Znajdziemy je m.in. w laptopach dla graczy, mobilnych stacjach roboczych itd. wszędzie tam gdzie potrzeba większej wydajności. Czym różnią się od układów klasy U? Konstrukcyjnie na ogół… niczym. Mają natomiast znacznie wyższe TDP, co pozwala im na rozwinięcie skrzydeł. W teorii taki Ryzen 7 3750H nie różni się szczególnie od Ryzena 7 3700U - jednakże ten pierwszy częściej osiąga wyższe taktowanie, bardziej agresywnie zarządzając trybem Turbo.

HS - na tę chwilę obecne wyłącznie w serii Ryzen 4000. Oznacza to wersję procesora mobilnego H, ale przeznaczonego do zainstalowania w cienkiej i smukłej (Slim, stąd S) konstrukcji laptopa. Dlatego też te układy mają odrobinę niższe TDP niż ich odpowiednicy z serii H tej samej generacji.

G - to desktopowe procesory Ryzen posiadające zintegrowany układ graficzny. Nadają się znakomicie jako serce niedrogiego komputera do multimediów, ale z racji mniejszej liczby rdzeni niż w innych desktopowych modelach mają pewne niedostatki w wydajności, które skreślają je z prawdziwie gamingowych zastosowań. Zwłaszcza, że mają też ograniczoną liczbę linii PCIe. Co ciekawe, mają odblokowany mnożnik, więc można je podkręcać.

brak jakiejkolwiek litery - typowe desktopowe Ryzeny. Wbrew temu, do czego mogły przyzwyczaić oznaczenia Intela, te procesory mają odblokowany mnożnik, więc są podatne na podkręcanie.

X - modele, o których można powiedzieć, że są nieznacznie podkręcone fabrycznie. Konstrukcyjnie nie różnią się od procesorów pozbawionych jakiejkolwiek litery na końcu nazwy. Cechują się natomiast wyższą częstotliwością pracy, a co za tym idzie, wyższą wydajnością. Tu także mamy odblokowany mnożnik.

Unsplash.com

Omówmy też istniejące generacje procesorów AMD Ryzen. Pierwsza z nich to ta, która debiutowała na początku 2017 roku odmieniając oblicze rynku procesorów. Są to jednostki korzystające z pierwszej architektury Zen. Zostały wykonane w procesie technologicznym 14 nm. Ich następcy, czyli generacja druga to jednostki z 2018 roku, charakteryzuje się nieco usprawnioną architekturą Zen+ i nowocześniejszym procesem produkcyjnym 12 nm FinFET. Obsługują też oficjalnie szybsze pamięci DDR4 2933 MHz (wcześniej tylko 2667 MHz). Trzecia generacja to już dużo większe usprawnienie. Procesory Ryzen 3000, które zadebiutowały latem 2019 roku korzystają z architektury Zen 2 - niosącej ze sobą całą masę usprawnień, w szczególności zwiększone IPC (instrukcje w cyklu zegara), co pozwoliło tym CPU dogonić układy Intela w zadaniach jednowątkowych. Ryzeny 3000 przyniosły też zdecydowanie więcej pamięci cache L3 oraz nowy kontroler pamięci RAM, działający oficjalnie nawet z modułami DDR4 3200 MHz. Największą zmianą jest jednak proces technologiczny - ledwie 7 nm. Dzięki temu rdzenie procesora są mniejsze i można ich po prostu zmieścić więcej na tej samej powierzchni, procesor nagrzewa się mniej, czerpiąc jednocześnie mniej prądu. Zapowiedziano już generację czwartą… i tu właśnie znajduje się pewien haczyk.

W przypadku układów mobilnych istnieje swoiste przesunięcie. I tak, laptopowe procesory Ryzen 2000 to nie, jak sugerowałaby nazwa, kuzyni np. Ryzena 7 2700X, czyli przedstawiciela generacji drugiej, a jednostki bliższe np. Ryzenowi 5 1600X. Korzystają bowiem z pierwszej generacji architektury Zen i powstają w procesie technologicznym 14 nm. Modele mobilne Ryzen 3000 to natomiast jednostki wykorzystujące architekturę Zen+, zatem najbliżej spokrewnione z układami desktopowymi generacji drugiej. Ukazujące się teraz nowe, mobilne Ryzeny 4000 to laptopowi odpowiednicy układów generacji trzeciej z naszych desktopów.

Inna sprawa, że nie każdy laptop musi mieć mobilny CPU, co udowodniliśmy już niejednokrotnie naszymi konstrukcjami. Desktopowe układy są oczywiście bardziej wydajne, ale wymagają też efektywnego chłodzenia, którego większość laptopów nie jest w stanie zapewnić. Większość, ale nie wszystkie.