AMD — бессмертный конкурент для Intel

07.07.2023

Если прямо сейчас посмотреть на рынок процессоров, то может сложиться обманчивое впечатление, что AMD на равных конкурирует за место под солнцем с компанией Intel. Кто-то может посчитать, что так было всегда. Реальность же заключается в том, что если Intel всю свою историю колебалась между полной гегемонией и просто доминированием на рынке процессоров для персональных компьютеров и серверов, то AMD в хорошие моменты своей истории была строго второй, а в плохие — находилась буквально при смерти.

Предыдущий текст о крушении Intel можно было бы ошибочно воспринять как оду AMD, но на самом деле основной упор там делался на ошибках самой Intel. AMD же просто воспользовалась заносчивостью и слабостью «синего» гиганта в последние пять-семь лет. При этом у самой AMD проблем хватает с лихвой, а провалов, ошибок и просто спорных решений руководство компании принимало едва ли не больше, чем все прочие производители вместе взятые. По сути же, AMD — главная канарейка Intel, которая безошибочно сигнализирует о проблемах старшего брата, без какой либо надежды поменяться с ним местами. Просто потому что AMD не может существовать без Intel по определению, так уж исторически сложилось. И сейчас мы объясним, почему.

Удивительно, как много раз компания проходила у самого края. Любой другой производитель в борьбе с таким конкурентом, как Intel, уже давно был бы растоптан и забыт, но только не AMD. В одни годы компания составляла прямую конкуренцию Intel, в другие — подбирала крохи с «процессорного» стола, работая в нишах, которые Intel были не слишком интересны. При этом AMD не оставляла и не оставляет попыток побороть титана в лице Intel, но если посмотреть в прошлое компании, то можно понять одно: маловероятно, что ей это когда-нибудь удастся.

❯ В самом начале

Стоит понимать, что история AMD и Intel неразрывна, причем копнуть надо во времена еще до основания обеих компаний, прежде чем переходить к разбору процессоров AMD, ее успехов и провалов. Это нужно для понимания, что такое AMD и почему Intel не купила и не похоронила вечного конкурента в моменты, когда выкупить его можно было за пачку чипсов.Все знают, что Intel была основана в том числе и Гордоном Муром, тем самым, в честь которого был назван закон удвоения числа транзисторов на кристалле схемы. Одаренный инженер, талантливый руководитель, Мур начинал свою карьеру в компании Shockley Semiconductor Laboratory, которую основал нобелевский лауреат по физике Уильям Шокли. В 1957 году Шокли допускает фатальную ошибку и отказывается от дальнейшей разработки и исследования технологии кремниевых полупроводников, что вызвало конфликт и последующий исход восьми молодых и талантливых инженеров, в том числе и Мура.

Эта восьмерка основала компанию Fairchild Semiconductor, донором для которой выступила фирма Fairchild Camera and Instrument, и продолжила работу над кремниевой технологией. Именно в стенах Fairchild Semiconductor Роберт Нойс изобрёл кремниевую интегральную схему, принцип которой используется в электротехнике до сих пор. Тогда же был сделан еще целый ряд изобретений и открытий.

Во второй половине 1960-х история повторилась и конфликт с материнской организацией, которая «душила» амбициозные таланты (а также же не давала Нойсу долю в Fairchild, которую тот требовал), привел к распаду «восьмерки» на две «четверки», а потом и к массовому исходу ключевых инженеров и сотрудников уже из Fairchild Semiconductor. Так в 1968 году была основана компания Intel, а годом позже, в 1969 году, команда уже других инженеров из Fairchild основала компанию AMD.

Обе компании, которые в будущем станут технологическими гигантами, были основаны не просто знакомыми между собой инженерами, а буквально вчерашними коллегами. И эта близость будет постоянно сказываться на бизнесе AMD.

Вот только было между компаниями одно важное отличие. Сейчас, когда мы ругаем Intel, мы говорим что до власти дорвались маркетологи. Именно маркетологи и попытки выжать деньги из камня приводили ко многим провалам Intel. Но мало кто знает, что AMD, в отличие от старшего брата, всегда находилась под руководством маркетологов. Ее первый директор и сооснователь, Уолтер Сандерс, был по образованию инженером, но после учебы сознательно ушел в менеджеры по продажам из-за желания зарабатывать больше денег. До того, как занять пост директора новорожденной AMD (а это было его главным условием перехода в новую компанию — пост директора), Сандерс успел поработать менеджером по продажам в Motorola и той самой Fairchild Semiconductor.

И только теперь мы можем переходить к теме процессоров AMD.

❯ От am2501 к Am9080 и работе по лицензии

Первым собственным процессором (а точнее логическим счетчиком), который принес компании финансовый успех, стал счетчик am2501. Вышел он в сентябре 1970 года и сразу стал лучшим в отрасли двоичного/шестнадцатеричного логического исчисления, что принесло молодой AMD немало прибыли. В дальнейшем компания придерживалась этой стратегии — мощное, но дешевое.

Однако чипом, который определил вектор работы компании на десятилетия вперед, стал am9080 — почти полная копия легендарного Intel 8080. При этом AMD не украла разработку конкурентов, а вполне легально занималась ее копированием по лицензии, полученной от самой Intel. Если вспомнить историю основания обеих компаний, понимаешь, что, по сути, AMD добровольно стала внешним подрядчиком Intel по доработке и модификации их продукции, пока Гордон Мур и его команда творили историю.

Вот довольно обширный, но далеко не полный список чипов и контроллеров, которые AMD выпустила по лицензии Intel с рядом собственных доработок, чтобы сделать продукт более коммерчески привлекательным — или быстрее, или дешевле:

После начала 90-х было еще две серии — Am386 и Am486, которые запустили в 91 и 93 году соответственно. Обе повторяли хиты тех лет, процессоры Intel 80386DX и Intel 80486, более известные в народе как i386 и i486.

Зачем это было нужно Intel? Компания Мура поставляла на рынок уникальные и производительные решения, каждое из которых было прорывом для своего времени. AMD же шла на поколение-другое позади, выполняя функцию карманного дядюшки Ляо, который удовлетворял спрос нижнего ценового сегмента и «доедал» рынок, когда Intel уходила с новинками вперед. Так, Intel 80386 был выпущен на рынок в 1985 году, а серия Am386 — фактический форк этой системы от AMD, стартовала только в 1991 году, то есть спустя почти шесть лет. И так делалось со всеми релизами. Если подумать, знаменитая технология «Тик-Так», которой придерживались в Intel до недавнего времени, была обкатана именно в партнерстве с AMD. Intel выпускала принципиальную новинку — это был «Тик». Спустя несколько лет уже AMD подхватывала этот продукт, выбрасывая на рынок «Так».

В чем же выражалась работа AMD? Компания предлагала потребителям более дешевые и при этом более мощные решения, чем базовые процессоры Intel, с которых снималась «мерка». AMD были не новаторами, но популяризаторами компьютерной техники. Компания под управлением талантливого маркетолога и продажника Уолтера Сандерса (который отойдет от дел только в 2002 году) давала людям доступ к современной вычислительной технике, при этом выжимая из продукта инженерного гения сотрудников Intel весь возможный потенциал.

Тут точно не стоит принижать заслуги инженеров AMD. По сути, это был самый матерый, опытный и талантливый коллектив по «тюнингу» и «доведению» до коммерческого и технического ума продуктов компании Мура, коллектив которой, теряя обувь, несся в светлое компьютерное будущее, таща за собой все остальное человечество.

Просто посмотрите на список изменений, которые инженеры AMD сумели внести в тот же i486, в рамках доработки и создания новых моделей процессоров уже под брендом AMD:

Все вышеперечисленное — результат лицензионной работы над Intel 80486, который без каких-либо серьезных изменений спокойно выпускался Intel с момента своего выхода в апреле 1989 посентябрь 2007. При этом срок жизни линейки Am486 был намного короче — с 1993 по 1995 годы. Наверное, серия прожила бы и дольше, но у AMD случился развод с Intel и собственная серия K5.

❯ Развод, новая жизнь

После многолетних судебных тяжб в 1995 году случился перелом: все серии, которые AMD выпускала по лицензии, были закрыты (соответственно, лицензия была отозвана), в том числе прекратился выпуск совсем свежих, по меркам тогдашнего рынка, двухлетних am486. Состоялся официальный развод Intel и AMD, последняя обрела независимость.

И первым продуктом в статусе свободного производителя AMD стали два процессора серии K5 с собственной архитектурой CISC-to-RISC. Процессор 5k86 и его модернизация K5, стали первым процессорами AMD собственной разработки и производства, без прямых лицензий Intel. Собственно, как полноценного производителя процессоров воспринимать AMD стоит именно с этого момента.

Тогда же, в 1996 году, AMD покупает своего прямого конкурента, компанию NextGen, и на основе ее разработок выпускает следующее поколение процессоров под кодом K6. Но все это — лишь подводка к истинному дебюту компании, по процессорам линейки которого мы все познакомились с AMD.

❯ Серия K7

Девяностые прошли под звездой Intel i486 и Intel Pentium. Так будет продолжаться вплоть до начала нулевых и выхода Intel Pentium 4, но в 1999 году AMD дала бой своему старшему брату с серией K7.

Подход компании оставался прежним: пока Intel выпускала условные моно-модели, AMD предлагали рынку выбор. Поэтому с релизом линейки K7 мир увидел целую россыпь процессоров производства AMD с четырьмя разными архитектурами ядра и целым рядом специализированных модификаций.

Речь идет, конечно же, о серии, когда свет увидели процессоры Athlon, Duron и Sempron, который вышли на рынок в один год с Pentium III.

Двадцать лет работы в качестве «гаража для тюнинга» с Intel не прошли даром: AMD вышла на рынок с целым мешком специализированных процессоров под разные задачи и, что самое важное, под разные кошельки. На релизе самый дешевый «третий пень» на ядре Katmai стоил в США $496 при частоте ядра в 450 МГц, когда AMD предлагала свой Athlon за $324 с частотой 500 МГц.

Для 1999 года разница в 172 бакса и 50 МГц — крайне и крайне привлекательное предложение.

Процессоры Athlon на ядре Argon:

Процессоры Pentium III на ядре Katmai:

Этот релиз можно считать началом технологической гонки между двумя когда-то работавшими плечом к плечу компаниями. Еще в рамках третьего пентиума Intel попытается самостоятельно делать то, что раньше для нее делала AMD — обеспечить широкую линейку процессоров, но все изменения будут заключаться только в разной базовой частоте ядра с шагом 50 МГц и, соответственно, в стоимости процессора. Всего за время жизни Pentium III «синие» выпустят полтора десятка модификаций на трех разных архитектурах ядра — Katmai, Coppermine и Tualatin (последнее не получило распространения из-за релиза Pentium 4).

❯ Эпоха Athlon

Процессоры Athlon поколения K7 получили широкое распространение, так как обходили Pentium III в соотношение цена/быстродействие. Последние процессоры серии на ядре Thunderbird и вовсе стали легендарными, так как предлагали высокую частоту ядра по неприлично низкой для такой производительности цене. В рамках перехода от ядер Pluto и Orion на ядро Thunderbird, стоимость 1 МГц частоты процессора Athlon всего за год упала более, чем в 3 раза. Фактически, процессоры с частотой 1000+ МГц с 2001 года стали доступны широкой публике.

Однако этого было недостаточно. Вышел легендарный Pentium 4, который мигом отправил в прошлое все процессоры серии K7, так как флагманская модель от Intel пробивала порог в 2 ГГц частоты работы ядра всего за $562 на релизе. AMD ответили Intel своей самой продаваемой и известной серией процессоров — K8, в рамках которой выпускались процессоры с собственным набором инструкций AMD64 и встроенным контроллером памяти. Это те самые процессоры на сокетах 754/939/940/AM2/F.

Процессоры серии К8:

Но важно понимать: если серия K7 смогла дать ощутимый бой тогдашнему не самому удачному Pentium III, то уже K8 — лишь ответ на доминирующий благодаря усилиям маркетологов Pentium 4. AMD в этой борьбе делали то, что у них получалось лучше всего — выпускали различные версии своих процессоров под совершенно разные задачи и рынки. Обновленные модели, урезанный кэш, мобильные версии и даже первые двухъядерные Athlon 64 х2, выпущенные как ответ на Pentium D— двухъядерного прародителя процессоров семейства Intel Core 2 (Duo/Quad/Extreme).

И вот с приходом многоядерности у AMD начинаются проблемы.

❯ Больше ядер — больше проблем

Неизвестно, с чем связаны неудачи AMD, но после ухода с поста генерального директора первого руководителя компании — Уолтера Сандерса, и прихода на его место Гектора Руиса, дела у компании пошли не слишком гладко.

Сандерс, как опытный маркетолог и продавец, умело выставлял преимущества процессоров AMD, скрывая от глаз публики ряд их недостатков. Именно под его руководством запускались серии K5, K6 и K7, а серия K8 вышла на следующий год после ухода Сандерса с поста генерального директора AMD, то есть он принимал непосредственное участие в контроле за разработкой самой хитовой линейки компании. Но вот его преемники с давлением рынка не справились — двух- и четырехъядерные Athlon и Phenom снискали себе славу нестабильных, слишком горячих и местами откровенно слабых процессоров, то есть поколение K10 и K10.5 были, по сути, провалены. Не спасали от критики ни новые техпроцессы в 65 и 45 нм, которые освоила компания, ни широкий модельный ряд процессоров.

Кроме того, AMD допустила ряд ошибок, которые касались таких важных аспектов, как TDP и двухканальный режим. Форумы и чаты были завалены сообщениями о том, что новые процессоры Phenom не работают в двухканальном режиме памяти из-за специфической внутренней архитектуры контроллера, который имел два режима работы: привычную двухканальную шину контроллера на 128 бит и режим двух контроллеров по 64 бит. Назвали это безобразие Unganged mode, причем в положении Enabled работало 2 одноканальных контроллера, а Disabled — 1 двухканальный. То есть, вроде как, двухканальный режим был «по умолчанию», потому что два одноканала надо включать отдельно, но зачем это все было сделано и почему работало именно так — загадка.

Про то, что тепловыделение многоядерников AMD было крайне далеко от оптимального — и говорить не стоит, что стало причиной боли пользователей и, в последствии, шуток про электровафельницы. Новое руководство компании юмора публики не поняло и решило отказаться от всем привычной схемы измерения TDP и ввести новый параметр — ACP, который был введен вместе с серией процессоров K10 (Phenom, Athlon x2 и Opteron на ядрах Agena, Toliman, Kuma и Barcelona). Вот только был один нюанс, который довольно быстро разлетелся по профильной прессе в следующей формулировке (выдержка из новости от декабря 2007 года):

Когда Advanced Micro Devices выпускала первые процессоры на архитектуре K10, компания просто «забыла» объяснить потребителям, что ею была разработана новая методика по измерению энергопотребления и тепловыделения под названием AMD Average CPU Power System, или сокращенно — ACP.

В AMD заявляли, что новая методика определения тепловыделения «совсем такая же, как и TDP», хотя тогда возникает резонный вопрос: «а зачем она тогда нужна?».

Ответ вы знаете сами. ACP была нужна менеджменту AMD для того, чтобы за новой характеристикой спрятать совершенно негуманные цифры TDP новых процессоров Phenom, который легко вылетал за показатели в 95 или 115 Вт под нагрузкой, а на дворе всего конец нулевых. Выдуманный в недрах AMD параметр ACP позволял «рисовать» новинке приемлемые 75 Вт. На что надеялись в AMD — непонятно. На то, что никто не станет вникать и просто размерности в ваттах будет достаточно, чтобы запутать аудиторию? На этот вопрос ответа мы уже не получим, но одно известно точно — попытка скрыть реальное тепловыделение процессора дорого стоило AMD. Впрочем, на эти же грабли через десять лет наступит и Intel, но об этом мы говорили в прошлый раз.

Еще одной проблемой поколения K10 стала ошибка TLB на уровне контроллера памяти. Она влияла на стабильность работы системы, а встреча с ней зачастую вызывала зависание компьютера или критический сбой в работе.

В последний момент перед анонсом процессоров Phenom инженеры AMD выявили ошибку в логике буфера быстрого преобразования адресов (Translation Look-aside Buffers, TLB) на чипах, работающих с тактовой частотой 2.4 GHz и выше.

Тогда ошибка TLB стала причиной переноса Phenom 9700, но выяснилось, что ей могут быть подвержены все многоядерные процессоры компании. В AMD заявили, что активно работают над решением этой проблемы, которая должна быть устранена с ревизией B3, а позже компания выпустила программный патч, «закрывающий» проблему в процессорах Phenom X4.

В декабре 2007, когда была выпущена «заплатка», многие энтузиасты провели натуральные тесты и выявили крайне негативное влияние патча TLB на производительность процессоров Athlon и Phenom. Вот, выдержка из большого тестирования ixbt:

Следующий вывод, который можно сделать по результатам нашего исследования, заключается в том, что упомянутая выше структура «TLB» относится именно к контроллеру памяти процессора, а не его L3-кэшу (о чем писалось в ранних сообщениях об ошибке в процессорах Phenom). Это подтверждается практически полным отсутствием негативного влияния «заплатки» на скоростные характеристики (ПС и латентность) L3-кэша процессора. Таким образом, снижение производительности системы в целом при применении «заплатки» объясняется исключительно снижением скоростных характеристик подсистемы памяти и, в особенности, существенным возрастанием латентности случайного доступа к памяти. Для удобства, представим их в сводной таблице (cм. ниже).

Там же «работу» AMD разнесли за то, что «заплатка», которая должна была устранить довольно редкую и специфическую проблему в работе процессоров компании, приводила к реальному замедлению их работы на величину до 20%. Назвать это «успехом» — не сказать ничего. Тут уж AMD «постарались».

Идея привести некую усредненную величину эффекта «заплатки» по столь разрозненным низкоуровневым характеристикам представляется довольно бессмысленной — разброс значений составляет от 1.7% до 11.8 раз, а сами эффекты (например, возрастание штрафов промаха TLB) не проявляют себя столь же значительным образом в реальных приложениях ввиду исключительной «синтетичности» самих характеристик. В то же время, в общую группу можно выделить снижение скоростных характеристик подсистемы памяти (18-20%), достаточно близких к реальности, которое оказывается сопоставимым со снижением производительности системы в большинстве реальных приложений, оперирующих с данными скорее «поточным», нежели «случайным» образом. При случайном же доступе к данным можно ожидать и большего снижения производительности системы в целом, поскольку латентность доступа к памяти в таком режиме возрастает весьма ощутимо.

Тем временем, пока AMD гребет по канаве, пытаясь не захлебнуться в собственных маркетинговых решениях, Intel спокойно работает над своей линейкой Core 2 Duo. Эта работа в итоге выльется в абсолютно ультимативный релиз поколения процессоров Intel Core 2xxx архитектуры Sandy Bridge (процессоры i5-2550K, i7-2700K), что положит начало современной «золотой» эпохи Intel в начале-середине 10-х годов. Именно эти процессоры катком переехали новенькие Bulldozer (Trinity) от AMD, которые компания выпустила в том же 2011 году, одновременно с релизом Sandy Bridge.

«Успехи» поколений K10 и K10.5 были столь внушительны, что для того, чтобы остаться на плаву, AMD в 2009 году пришлось отказаться от собственного производства и отдать литографию своих процессоров на аутсорс GlobalFoundries, а с 2018 года в числе подрядчиков AMD значится и TSMC.

В период с 2011 по 2014 правление AMD пришло к осознанию, что технологической компанией нельзя поставить успешно руководить менеджера-маркетолога. Отец-основатель в лице Сандерса был исключением из правил и, по сути, он все равно был довольно талантливым инженером — просто выбрал стезю продажника ради заработка. Не просто же так он когда-то оказался в одном коллективе с Муром и десятком других инженеров, которые создали современную полупроводниковую промышленность, и не просто так его позвали коллеги по Fairchild Semiconductor поднимать на ноги молодую AMD, еще и уступив ему пост директора. Так что к 2014 году AMD проходит целый ряд сложных трансформаций, упадка и пересмотра своих планов.

❯ Перезапуск AMD

В 2012 году на должность CEO вместо внутреннего «преемника» приглашают Лизу Су, управленца с весьма обширным послужным списком в производстве электроники. Су после учебы и получения в 1995 году докторской в MIT по специальности «электротехника» 13 лет отработала в IBM инженером, в том числе и руководителем Центра по научным исследованиям полупроводников, и еще 5 лет — в Freescale Semiconductor (бывшее подразделение Motorola по разработке и производству полупроводниковых приборов, а с 2004 года самостоятельная компания) на должности технического директора.

Именно с приходом нового менеджера связывают ренессанс AMD и запуск актуальной линейки процессоров на архитектуре ZEN.

Что было дальше — знают уже все. Оглушительная презентация первых Ryzen, Threadripper и EPYC, чиплетная архитектура, прямая конкуренция с Intel.

Из мальчика для битья, которой AMD стала после ухода Сандерса и из-за проблем с поколениями K10 и K10.5, AMD стала почти прямым конкурентом Intel как в потребительском, так и в серверном сегменте. Не слишком большим, но все же — конкурентом.

Доля процессоров AMD в ПК и серверах растет уже пять лет. В 2018 AMD имела долю в 12,4% рынка x86-процессоров, сейчас эта цифра составляет уже 31%. Доля серверов за тот же период изменилась с 4,2% до 17,6%.

О том, что AMD повалит на лопатки Intel и будет пинать конкурента так же, как пинали ее саму в конце 00-х не может быть и речи: позиции «синих» слишком сильны, а наследие Мура в плане исследований и производства не могут разбазарить даже самые упрямые маркетологи компании, хотя в середине-конце 2010-х они очень старались. Нет, то, что AMD займет место Intel не может идти и речи, но то, что компания всегда будет стараться дышать в затылок своему бывшему партнеру а сейчас прямому конкуренту — неоспоримый факт.

Будучи бессменной канарейкой для Intel уже больше полувека, AMD не позволяет «синим» забыться в маркетинговом угаре и делает современную вычислительную технику доступной для широкого круга потребителей.