Фирма AMD в 1996 г. выпустила первый процессор К5, разработанный самостоятельно. Отставая в производительности, он не мог конкурировать с процессорами Intel. После этой неудачи AMD приобрел фирму NexGen, еще одного независимого разработчика х86 процессоров. NexGen обладал передовой на то время технологией и в небольших количествах выпускал кристаллы без арифметического сопроцессора. Используя эти наработки, AMD спроектировал новое поколение своих МП – К6. Поддерживая технологию ММХ в операциях с целыми числами, эти процессоры стали превосходить аналоги от Intel, отставая от них в операциях с плавающей точкой и, как следствие, в игровых тестах.
AMD для улучшения показателей в компьютерных играх предложил использовать не команды сопроцессора, а специально спроектированный набор SIMD-инструкций 3DNow!. В апреле 1998 г. AMD анонсировал процессор K6-2, в котором к обычному ядру K6 добавился еще один блок операций с числами одинарной точности с плавающей точкой. Благодаря тому, что он мог выполнять однотипные вычисления с четырьмя парами операндов одновременно на специально оптимизированных под 3DNow! приложениях, K6-2 показывал неплохую производительность. К6-2 имеет кэш-1 емкостью 32 Кб, кэш-2 емкостью от 512 Кб до 2 Мб, оснащен шиной Socket-7 фирмы Intel, работающей на частоте 100 МГц. Однако кэш-2 в нем не имеет второй независимой шины, что снижает быстродействие МП. AMD оснащает машины с этой шиной портом AGP, называя платформу Super7. В ядре К6-2 используется шестиконвейерная суперскалярная архитектура RISC86 и два набора: 3DNow! и ММХ инструкций.
В начале 1999 г. AMD выпустила новый процессор К6-III. В процессоре К6-III имеется встроенный кэш-2 емкостью 256 Кб, увеличивающий его быстродействие по сравнению с К6-2. Кроме того, увеличен кэш-1 до 64Кб и на системной плате расположен кэш-3 емкостью до 2Мб, работающий на частоте 100 МГц. Ядро осталось почти таким же, как в К6-2.
Для портативных компьютеров AMD выпустила процессоры К6-2+ и К6-III+. Эти процессоры выпущены по 0.18 мкм технологии, в корпусах CPGA для установки на платформу Super7 и способны работать при температуре корпуса 85oС. К6-2+ и К6-III+ рассчитаны на напряжение питания ядра 2 В. Поэтому выделяемая мощность в энергосберегающем режиме ИС составляет не более 3 Вт. Для управления питанием процессора AMD разработала адаптивную технологию PowerNow!. Пользователь может явно задать один из режимов в CMOS: производительность или энергосбережение. PowerNow! также может автоматически изменять напряжение в процессоре и его быстродействие в зависимости от заряда батарей.
Процессоры К6-2, К6-III из-за их дешевизны получили широкое распространение и позволили AMD конкурировать с МП Intel. В августе 1999 г. AMD выпустила процессор К7 Athlon, изготавливаемый по 0.25 мкм технологии. Ядро процессора нового поколения с кодовым именем Argon содержит 22 млн транзисторов. По этой технологии были выпущены процессоры с тактовой частотой 500, 550, 600, 650, 700 МГц. С ноября 1999 г. AMD начинает выпускать Athlon с частотой 750 и 800 МГц, процессоры К75 по технологии 0.18 мкм.
Процессор AMD Athlon выпускается в виде пластикового корпуса Card Module, куда помещена процессорная плата. Card Module вставляется в Slot A, который совместимым с Slot 1. Напряжение питания ядра для процессоров с частотой до 750 МГц составляет 1.6 В и 1.7 В для процессоров с 800 МГц и выше.
Системная шина AMD Athlon EV6 лицензирована у фирмы DEC. Она работает на частоте 100 МГц и передача данных по ней ведется на обоих фронтах сигнала, так что частота передачи данных фактически составляет 200 МГц. Разрядность шины данных EV6 – 72 бита, 8 из них используется под контрольную сумму для обнаружения и коррекции ошибок ECC. Скорость передачи данных с EV6 составляет 1.6 Гб/с, обеспечивает соединение точка-точка между процессорами и чипсетом с подключением до 14 МП, как показано на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Многопроцессорная система на МП AMD Athlon с шиной EV6
В МП AMD Athlon кэш-1 емкостью 128 Кб (64 Кб отводится для данных и 64 Кб под инструкции) обеспечивает эффективную работу микропроцессора на высоких частотах. Кэш-2, расположенный на процессорной плате, может иметь объем от 512 Кб до 16 Мб с коэффициентом деления частоты 1/1, 2/3, 1/2, 1/3.
Ядро процессора Athlon имеет внутреннюю RISC-архитектуру. Дешифратор команд может преобразовать в RISC-инструкции одновременно 3 CISC-команды, независимо от их сложности. Чтобы декодер не простаивал RISC-команды могут накапливаются в модуле контроля команд, специальном буфере, рассчитанном на 72 инструкции. Таблица предсказания ветвлений содержит 2 048 ячеек, в которых сохраняются результаты логических операций для прогнозирования правильных переходов с вероятностью 95%.
AMD Athlon имеет три 12-ступенчатых конвейера для целочисленных операций. Поэтому процессор может выполнять 3 целочисленных команды одновременно. Сопроцессор Athlon длиной 15 стадий содержит 3 блока: один для выполнения простых операций типа сложения, второй – для сложных операций типа умножения и третий – для операций с данными. Athlon может выполнять одновременно две команды над вещественными числами.
Структура процессора AMD К7 представлена на рис. 2.18.
Архитектура блока SIMD-операций 3DNow! и ММХ в AMD Athlon не изменилась: два конвейера обрабатывают инструкции, работающие с 64-битными регистрами, в которых лежат пары вещественных чисел одинарной точности. Были добавлены 24 новых инструкции для работы в области распознавания звука, видео и интернет с данными, находящимися в кэше. Теперь набор Enchanced 3DNow! содержит 45 команд. Также Athlon содержит 2 блока MMX и может выполнять 2 ММХ-инструкции. AMD добавила в этот набор еще несколько инструкций, которые также появились в MMX-блоке процессоров Intel, такие как нахождение среднего, максимума и минимума и изощренные пересылки данных.
В июне 2000 г. AMD выпустила модифицированный процессор Athlon под торговой маркой Thunderbird, отличающийся интегрированным кэш-2 емкостью 256 Кб. Его основные характеристики практически остались прежними:
- чип, производимый по технологии 0.18 мкм с использованием алюминиевых или медных соединений;
- ядро Thunderbird, основанное на архитектуре Athlon, содержит 37 млн транзисторов и имеет площадь 120 кв.мм;
- предназначен для работы в специальных системных платах с 462-контактным процессорным разъемом Socket A;
- использует высокопроизводительную 100 МГц DDR системную шину EV6;
- кэш первого уровня 128 Кб разделен поровну на код и на данные;
- интегрированный в МП кэш второго уровня емкостью 256 Кб работает на полной частоте ядра;
- напряжение питания при частотах до 850 МГц равно 1.7 В, а при больших частотах – 1.75 В;
- набор SIMD-инструкций 3DNow!;
- выпускает версии с частотами 750, 800, 850, 900, 950, 1 000, 1 100, 1 133, 1 200, 1 300, 1 333 и 1 400 МГц.
к
Рис. 2.18. Структура процессора AMD K7
В табл. 2.5 приведены основные параметры процессоров AMD.
