Athlon 1 GHz. Jak AMD wygrało wyścig o pierwszy gigaherc

Wiosną 2000 roku liczba na pudełku procesora znaczyła więcej niż jakikolwiek test. Sprzedawca w sklepie komputerowym nie tłumaczył, czym jest pamięć podręczna drugiego poziomu ani dlaczego szyna systemowa ma znaczenie. Pokazywał cennik. 500 MHz, 600 MHz, 750 MHz. Im wyżej, tym drożej i tym bardziej „na lata”.

A potem w cenniku pojawiła się liczba czterocyfrowa.

1000 MHz. Jeden gigaherc. Granica, o której branża mówiła od miesięcy, padła w pierwszym tygodniu marca. Dla wielu większym zaskoczeniem od samej liczby było to, kto przekroczył ją pierwszy. Nie zrobił tego Intel.

Zanim padł gigaherc: megaherce jako waluta

Pod koniec lat 90. taktowanie zegara było najprostszą miarą, jaką rozumiał każdy kupujący. Dwa komputery w tej samej cenie? Brało się ten z wyższą liczbą. Producenci gotowych zestawów doskonale o tym wiedzieli, więc megaherce lądowały na naklejkach, w reklamach i na okładkach katalogów.

Intelowi taki układ odpowiadał. Pentium II i Pentium III królowały w sklepach, a AMD przez lata kojarzyło się z tańszą alternatywą. K6-2 był rozsądnym wyborem do domowego peceta, ale o koronę wydajności nie walczył.

W 1999 roku to się zmieniło.

Athlon, czyli AMD przestaje grać drugie skrzypce

23 czerwca 1999 roku AMD wprowadziło procesor Athlon z rdzeniem K7. Pierwszy raz od dawna firma z Sunnyvale miała układ, który w testach wyprzedzał Pentium III, zamiast tylko konkurować z nim ceną.

Athlon różnił się od procesorów Intela w kilku ważnych miejscach:

• miał 128 KB pamięci L1 (po 64 KB na dane i instrukcje), czyli cztery razy więcej niż 2×16 KB w Pentium II i III,
• korzystał z magistrali EV6 wywodzącej się z procesorów Alpha firmy DEC, taktowanej 100 MHz w trybie DDR (efektywnie 200 MHz),
• montowało się go w złączu Slot A, mechanicznie identycznym ze Slot 1 Intela, ale zupełnie innym elektrycznie.

Przez kolejne miesiące obie firmy podbijały zegary co kilka tygodni. 11 lutego 2000 roku AMD wypuściło Athlona 850 MHz w cenie 849 dolarów (przy zakupie partii 1000 sztuk). Do gigaherca brakowało już tylko 150 MHz.

6 marca 2000: AMD jest pierwsze

W poniedziałek 6 marca 2000 roku AMD ogłosiło, że rozpoczęło dostawy Athlona 1 GHz. Razem z nim do oferty weszły modele 900 i 950 MHz. Ceny w partiach po tysiąc sztuk wyglądały tak:

• Athlon 1000 MHz: 1299 USD,
• Athlon 950 MHz: 999 USD,
• Athlon 900 MHz: 899 USD.

Na komunikacie prasowym się nie skończyło. Gotowe komputery z nowym procesorem od razu zapowiedzieli dwaj najwięksi partnerzy AMD, Compaq i Gateway. Compaq wstawił gigahercowego Athlona do serii Presario 5900Z z ceną startową 2499 dolarów. Gateway sprzedawał model Select 1000 za 2999 dolarów, a w zestawie był 19-calowy monitor, GeForce z 32 MB pamięci, dysk 30 GB i 128 MB RAM-u.

Dziś ta konfiguracja brzmi skromnie. Wtedy analitycy ostrzegali, że przy takich cenach mało kto pobiegnie do sklepu, a na większą liczbę gigahercowych pecetów trzeba będzie poczekać kilka miesięcy. Giełdy to nie obchodziło: akcje AMD poszły tego dnia w górę o 14 procent.

Dwa dni później: Intel odpowiada na papierze

Intel nie zamierzał oddać tytułu bez walki. 8 marca 2000 roku ogłosił Pentium III 1 GHz i nazwał go najwydajniejszym procesorem do pecetów na świecie. Cenę ustalił na 990 dolarów w partiach po tysiąc sztuk, wyraźnie poniżej Athlona. Swoje zestawy od razu zapowiedzieli IBM, HP i Dell.

Kłopot w tym, że tych procesorów prawie nie było. Intel od lutego uprzedzał, że gigahercowy Pentium III będzie dostępny w ograniczonych ilościach aż do połowy roku. Według „Microprocessor Report” firma przyspieszyła premierę o kilka miesięcy tylko po to, żeby nie zostać za AMD. Recenzenci mówili wprost o premierze na papierze (ang. paper launch). AnandTech pisał później, że Pentium III 1 GHz pojawił się w sensownych ilościach dopiero cztery miesiące po oficjalnym debiucie.

Gotowe komputery z Intelem były też droższe. HP Pavilion 1G kosztował około 3499 dolarów, a Dell oferował nowy procesor wyłącznie w bogatych konfiguracjach. Część winy ponosiła pamięć RDRAM, wtedy wyjątkowo kosztowna.

Różnica wynosiła dwa dni, ale nagłówki z 6 marca należały do AMD.

Co siedziało w kartridżu

Gigahercowy Athlon w wersji Slot A był oparty na rdzeniu K75 w odmianie nazywanej Magnolia. Jego specyfikacja wyglądała tak:

• proces 0,18 mikrona, 22 miliony tranzystorów,
• mnożnik 10× przy szynie EV6 100 MHz DDR (efektywnie 200 MHz),
• 128 KB pamięci L1 w rdzeniu, pracującej z pełną prędkością,
• 512 KB pamięci L2 w osobnych kościach na płytce kartridża, taktowanej 1/3 zegara, czyli około 333 MHz,
• napięcie rdzenia 1,80 V.

Pentium III 1 GHz z rdzeniem Coppermine miał tylko 256 KB pamięci L2, ale wbudowanej w rdzeń, taktowanej pełnym zegarem i połączonej 256-bitową magistralą. Athlon dysponował dwa razy większą pamięcią L2. Ta pamięć działała jednak trzy razy wolniej od rdzenia i rozmawiała z nim przez magistralę 64-bitową.

Pamięć podręczna, czyli pięta achillesowa Slot A

Tu kryje się najciekawszy techniczny szczegół całego wyścigu. Kości SRAM montowane na kartridżu nie nadążały za rdzeniem. Szybsze układy kosztowały dużo, a AnandTech wyliczał, że zewnętrzna pamięć L2 powyżej 350 MHz po prostu się nie opłacała. AMD obniżało więc dzielnik:

• Athlony do 700 MHz: L2 na 1/2 zegara, najwyżej 350 MHz,
• Athlony od 750 do 850 MHz: L2 na 2/5 zegara, od 300 do 340 MHz,
• Athlony od 900 do 1000 MHz: L2 na 1/3 zegara, od 300 do 333 MHz.

Gigahercowy Athlon miał zatem wolniejszą pamięć L2 niż Athlon 700, choć sam był o 300 MHz szybszy. W Pentium III pamięć L2 przyspieszała razem z rdzeniem w stosunku 1:1. W Athlonie nigdy nie przekroczyła 350 MHz.

Każdy kolejny skok taktowania dawał przez to coraz mniej. Rdzeń przyspieszał, a pamięć, z której korzystał, stała w miejscu.

Złoty palec, czyli podkręcanie Athlona

Kartridż Slot A miał jeszcze jedną cechę, którą entuzjaści pokochali. Na krawędzi płytki, pod plastikową obudową, znajdowało się ukryte złącze. Można było do niego podpiąć małą płytkę drukowaną, nazywaną Gold Finger Device (po polsku mówiło się po prostu „złoty palec”), i zmienić mnożnik procesora. AnandTech nazywał to najprostszym sposobem na podkręcenie Athlona w Slot A.

O tym, jak daleko zajdzie konkretny egzemplarz, często decydowały kości pamięci L2. Overclockers.com radził sprawdzić ich czas dostępu: 3,1 ns, 2,8 ns albo wolniejsze 4,0 ns. Rdzeń zwykle wytrzymywał więcej niż SRAM obok niego, więc to pamięć pierwsza odmawiała posłuszeństwa.

Rozkręcanie kartridża wymagało odwagi i pewnej ręki. Ale kto w 2000 roku wydał majątek na procesor, chciał wycisnąć z niego każdy megaherc.

Thunderbird: gigaherc trafia do gniazda

AMD znało problem z pamięcią L2 i miało gotową odpowiedź. 5 czerwca 2000 roku, podczas targów Computex w Tajpej, firma pokazała nowego Athlona z rdzeniem Thunderbird.

Zmian było sporo:

• 256 KB pamięci L2 trafiło do rdzenia i pracowało z pełną prędkością (AMD podawało o 45 procent niższe opóźnienia niż w starszych Athlonach),
• rdzeń miał 37 milionów tranzystorów na 120 mm²,
• procesor trafił do nowego gniazda Socket A (nazywanego też Socket 462), a wersje Slot A dostawali już tylko producenci gotowych komputerów,
• na start przygotowano dziewięć modeli, od 600 MHz do 1 GHz.

Razem z Thunderbirdem pojawił się Duron z 64 KB pamięci L2, przeznaczony do tańszych zestawów.

Posiadacze płyt Slot A nie mieli powodów do radości. AnandTech pisał wprost, że ich płyty główne staną się praktycznie bezużyteczne, kiedy Thunderbird trafi do sklepów. Kto w marcu kupił gigahercowy kartridż, w czerwcu miał w obudowie sprzęt bez drogi rozwoju.

1,13 GHz: procesor, który trzeba było wycofać

Intel szukał sposobu, żeby odzyskać prowadzenie. 31 lipca 2000 roku pokazał Pentium III 1,13 GHz, najwyżej taktowany procesor x86 w historii. Przynajmniej na papierze.

Thomas Pabst z Tom's Hardware zamiast recenzji opublikował tekst o tym, że jego egzemplarz nie przechodzi testów. Procesor działał tylko na specjalnej płycie Intela VC820, a i tam Sysmark 2000 regularnie się wysypywał. Inne serwisy, w tym AnandTech, opublikowały recenzje bez problemów i początkowo uznały, że Pabst po prostu trafił na wadliwą sztukę.

Podobne kłopoty miał jednak Kyle Bennett z HardOCP. Obaj połączyli siły. Bennett przetestował w swoim laboratorium trzy egzemplarze procesora, a przy testach był obecny inżynier Intela. Kompilacja jądra Linuksa nie powiodła się na żadnym z nich.

Pod koniec sierpnia Intel potwierdził usterkę, wycofał procesor z rynku i polecił producentom komputerów, między innymi Dellowi, wstrzymać sprzedaż zestawów. Według AnandTech do klientów trafiło mniej niż 200 sztuk. Na dokładkę AMD wypuściło Athlona 1,1 GHz akurat w tych dniach, w których prasa pisała o wpadce Intela.

Pentium 4 i mit megaherców

Intel miał już jednak gotową zupełnie nową architekturę. 20 listopada 2000 roku zadebiutował Pentium 4 z rdzeniem Willamette, w wersjach 1,4 i 1,5 GHz, w cenach 644 i 819 dolarów.

Architekturę NetBurst zaprojektowano pod wysokie taktowanie. Potok wykonawczy wydłużono z 10 do 20 etapów, a Intel zapowiadał, że procesory oparte na tej architekturze dojdą z czasem do 10 GHz. Na start Pentium 4 wymagał drogiej pamięci RDRAM i nowego gniazda Socket 423.

Testy nie były łaskawe. W części benchmarków AnandTech Athlon 1,2 GHz na chipsecie AMD 760 wyprzedzał Pentium 4 1,5 GHz o kilka procent, a nowy procesor Intela często był ledwie szybszy od Pentium III. Dopiero model 1,7 GHz z kwietnia 2001 roku wyraźnie zostawił starszego brata w tyle.

Na pudełku widniało jednak 1,5 GHz, a wyżej taktowany komputer wciąż łatwiej było sprzedać. AnandTech zauważał już latem 2000 roku, że na rynku gotowych zestawów zegar liczy się bardziej niż faktyczna wydajność.

Athlon XP i liczby z plusem

AMD odpowiedziało 9 października 2001 roku. Nowy Athlon XP z rdzeniem Palomino nie był sprzedawany pod swoim taktowaniem, tylko pod numerem modelu:

• Athlon XP 1500+ pracował z częstotliwością 1,33 GHz,
• Athlon XP 1600+: 1,40 GHz,
• Athlon XP 1700+: 1,47 GHz,
• Athlon XP 1800+: 1,53 GHz.

Numer miał pokazywać wydajność w porównaniu z Pentium 4. AMD tłumaczyło, że nowe oznaczenia są potrzebne, żeby odkręcić „mit megaherców” zbudowany przez Intela przy okazji Pentium 4. Najszybszy Athlon XP 1800+ kosztował 252 dolary w partiach OEM, a premiera zbiegła się w czasie z debiutem Windows XP 25 października.

Krytycy przypominali oznaczenia PR z czasów Cyriksa i złośliwie pytali, czy skrót PR oznacza „Performance Rating”, czy raczej „Public Relations”. Tom's Hardware stanął po stronie AMD: w jego testach Athlon XP 1800+ pokonywał w większości benchmarków Pentium 4 2 GHz.

Historia zatoczyła koło. W marcu 2000 roku obie firmy przekroczyły granicę gigaherca w odstępie 48 godzin, a półtora roku później AMD przestało pisać megaherce na pudełkach.

Dlaczego ten wyścig był ważny?

Athlon 1 GHz nie był najlepszym procesorem 2000 roku. Thunderbird z czerwca był od niego wyraźnie lepszy, a Slot A okazał się ślepą uliczką. Marzec 2000 roku zmienił jednak pozycję AMD na rynku:

• firma wyprzedziła Intela w jedynej kategorii, którą rozumiał każdy kupujący,
• duzi producenci (Compaq, Gateway, a później także HP) zaczęli traktować Athlona poważnie,
• Intel, który przez lata dyktował tempo, zaczął się potykać: przyspieszone premiery, puste półki w sklepach i wycofany model 1,13 GHz.

Wyścig pokazał też, gdzie kończy się marketing oparty na jednej liczbie. Pentium 4 miał najwyższy zegar na rynku, a przez pierwsze miesiące przegrywał z niżej taktowanymi Athlonami. Kilka lat później obie firmy zaczęły szukać wydajności gdzie indziej: w liczbie rdzeni, w pamięci podręcznej, w wydajności na wat. Procesory taktowane 10 GHz nigdy nie trafiły do sklepów.

Wiosną 2000 roku sprzedawca stukał palcem w cennik, w czterocyfrową liczbę na samym dole. 1000 MHz. Dziś najtańszy laptop z marketu ma kilka rdzeni, każdy taktowany kilka razy szybciej, i nikt już nie pyta przy kasie o megaherce.

A Wy? Pamiętacie swój pierwszy procesor powyżej gigaherca? Napiszcie w komentarzach, co to był za sprzęt.

Źródła

• AMD: AMD Athlon Processor Rockets to 1 GHz (komunikat prasowy, 6.03.2000)
• Intel: Pentium III Processor 1.0 GHz (komunikat prasowy, 8.03.2000)
• CNN Money: AMD leads Intel in chip race
• Betanews: AMD Crowned 1GHz King
• MCPmag: AMD to Ship 1 GHz Athlons This Week
• Computerworld: Intel 1-GHz PIII edges AMD Athlon
• Microprocessor Report, 13.03.2000 (PDF)
• Microprocessor Report, 26.06.2000 (PDF)
• Ken Polsson: Chronology of Microprocessors, 2000
• AnandTech: AMD Athlon 900, 950 i 1 GHz
• AnandTech: Intel Pentium III 1GHz
• AnandTech: AMD Athlon „Thunderbird” 1 GHz / 800 MHz
• AnandTech: komentarz do premiery i wycofania Pentium III 1,13 GHz
• AnandTech: Pentium III 1,13 GHz (Tualatin), rok po wycofaniu
• AnandTech: Intel Pentium 4 1.4GHz & 1.5GHz
• AnandTech: AMD's Athlon XP: Great performance, poor marketing
• Tom's Hardware: Intel Admits Problems With Pentium III 1.13 GHz
• Tom's Hardware: Performance Matters: AMD Introduces AthlonXP Processor
• The Register: Intel recalls 1.13GHz Pentium III
• Redmond Magazine: Intel Recalls 1.13GHz Pentium
• PC Watch: premiera Pentium 4 (ceny i specyfikacja)
• eWeek: AMD Rolls Out Athlon XP
• InformIT: AMD Athlon XP, Xperience Performance Beyond the Gigahertz Rating
• Overclockers.com: podkręcanie Athlona i kości pamięci L2
• O'Reilly, PC Hardware in a Nutshell: Advanced Micro Devices (AMD) Processors
• Hardware Museum: CPU history tour 1999–2001
• Wikipedia: AMD K7
• Wikipedia: Pentium 4

Zdjęcia i grafiki

• Grafika główna, wykres pamięci L2, oś czasu i tabela porównawcza: opracowanie własne KomputerPuls
• Athlon w Slot A na płycie głównej: Schwarzkaiser, Wikimedia Commons, domena publiczna
• Wnętrze kartridża Athlona Slot A: Tullius, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
• Athlon Thunderbird 900 MHz w Slot A: MARQUIS111, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
• Slot A i Slot 1: Sven, Wikimedia Commons, CC BY 2.0
• Pentium 4 1,5 GHz: Futase_tdkr., Wikimedia Commons, domena publiczna
• Gniazdo Socket A: Hansiman33xd, Wikimedia Commons, CC0