[Перевод] Расцвет, падение и возрождение AMD

AMD — один из старейших производителей массовых микропроцессоров, в течение почти пятидесяти лет остающийся темой ожесточённых споров фанатов технологий. История компании превратилась в захватывающее повествование, полное героических успехов, отчаянных ошибок и близости разорения. Пока другие полупроводниковые компании возникали и уходили, AMD выдержала множество бурь и сразилась во множестве битв в залах заседаний, судах и на полках магазинов.

В этой статье мы расскажем о прошлом компании, изучим её извилистые пути к современному состоянию и спрогнозируем, что же ждёт дальше этого ветерана Кремниевой долины.

Поход за славой и богатством

Чтобы начать нашу историю, нужно вернуться назад во времени и отправиться в Америку конца 1950-х. Страна, расцветшая после тяжёлых лет Второй мировой, стала местом передовых технологических инноваций.

Такие компании, как Bell Laboratories, Texas Instruments и Fairchild Semiconductor, нанимали лучших инженеров и одна за другой выпускали продукты, становившиеся первыми в своей области: биполярный транзистор, интегральная схема, MOSFET (МОП-транзистор).

Инженеры Fairchild, примерно 1960 год: слева Гордон Мур, на переднем плане в центре Роберт Нойс

Эти молодые специалисты хотели изучать и разрабатывать ещё более удивительные продукты, но из-за опасливого высшего руководства, помнящего ещё те времена, когда мир вселял страх и был нестабильным, у инженеров возникло желание попробовать счастья самим.

Поэтому в 1968 году два инженера Fairchild Semiconductor, Роберт Нойс и Гордон Мур, уволились из компании и пошли своей дорогой. Тем летом появилась N M Electronics, которую спустя всего неделю переименовали в Integrated Electronics, или Intel, для краткости.

За ними последовали другие, и менее чем год спустя ещё восемь человек ушли из Fairchild, вместе организовав собственную компанию по разработке и производству электроники: Advanced Micro Devices (естественно, это была AMD).

Группу возглавил бывший директор по маркетингу Fairchild Джерри Сандерс. Они начали с перепроектирования продуктов Fairchild и National Semiconductor, не пытаясь напрямую конкурировать с компаниями наподобие Intel, Motorola и IBM (которые тратили значительные суммы на исследования и разработки новых интегральных схем).

Начав так скромно, всего за несколько месяцев AMD, перебравшаяся из Санта-Клары в Саннивейл, приступила к созданию продуктов, которые могли похвастаться повышенной эффективностью, устойчивостью к нагрузкам и высокой скоростью. Эти микрочипы разрабатывались таким образом, чтобы соответствовать стандартам качества Вооружённых сил США, что обеспечило компании значительное преимущество во всё ещё молодой компьютерной индустрии, где надёжность и стабильность производства сильно варьировались.

Первый процессор-копия AMD — Am9080. Изображение: Wikipedia

К моменту выпуска Intel в 1974 году первого 8-битного микропроцессора (8008), AMD уже была открытой акционерной компанией с портфолио из более чем 200 продуктов, четверть из которых была её собственными конструкциями, в том числе чипами ОЗУ, логическими счётчиками и регистрами сдвига. В следующем году появилось множество новых моделей: собственное семейство интегральных схем (ИС) Am2900 и 2-мегагерцовый 8-битный процессор Am9080 — клон потомка Intel 8008, полученый реверс-инжинирингом. Последний был набором компонентов, которые сегодня полностью интегрированы в CPU и GPU, но 35 лет назад арифметико-логические устройства и контроллеры памяти оставались отдельными чипами.

Вопиющий плагиат архитектуры Intel по современным стандартам может показаться довольно шокирующим, но он вполне соответствовал эпохе зарождения микрочипов. Позже процессор-клон был переименован в 8080A, потому что AMD и Intel подписали в 1976 году соглашение о перекрёстном лицензировании. Можно было бы предположить, что оно стоило копейки, но его цена составила 325 тысяч долларов (1,65 миллиона по современным ценам).

Эта сделка позволила AMD и Intel заполонить рынок ужасно выгодными чипами, продававшимся чуть дороже 350 долларов (для моделей «военного» уровня цена была вдвое большей). В 1977 году появился процессор 8085 (3 МГц), за которым вскоре последовал 8086 (8 МГц). Усовершенствования в конструкции и производстве привели к появлению в 1979 году 8088 (от 5 до 10 МГц); в том же году началось производство на предприятии AMD в Остине, штат Техас.

Когда IBM начала 1982 году переход от мейнфреймов к нак называемым «персональным компьютерам» (PC), компания решила отдать создание устройств на аутсорс, а не производить их самостоятельно. Для этого был выбран первый процессор x86 компании Intel под названием 8086; при этом оговаривалось, что AMD будет являться вторичным поставщиком, чтобы гарантировать непрерывность поставок процессоров для IBM PC/AT.

Покупатель мог выбрать любой цвет, при условии, что это бежевый. IBM 5150 PC образца 1981 года

В феврале того же года был подписан контракт между AMD и Intel, по которому первая получала право на создание процессоров 8086, 8088, 80186 и 80188 — не только для IBM, но и для множества клонов IBM (одним из них был Compaq). Ближе к концу 1982 года AMD также начала изготавливать 16-битный Intel 80286, получивший маркировку Am286.

Позже он станет первым действительно значимым процессором для настольных PC, и хотя модели Intel обычно имели частоту от 6 до 10 МГц, AMD начала с 8 МГц и достигла целых 20 МГц. Без сомнения, это ознаменовало начало битвы за доминирование на рынке CPU между двумя мощными силами Кремниевой долины: то, что Intel разрабатывала, AMD пыталась усовершенствовать.

В этот период произошёл огромный рост молодого рынка PC, поэтому обратив внимание на то, что AMD предлагала Am286 со значительно увеличенной по сравнению с 80286 скоростью, Intel попыталась остановить AMD. Она достигла этого, отказав ей в получении лицензии на следующее поколение процессоров 386.

AMD подала иск, но для завершения разбирательств потребовалось четыре с половиной года. И хотя суд постановил, что Intel не обязана передавать каждый новый продукт AMD, было принято решение о нарушении компанией Intel подразумевавшейся презумпции добросовестности.

Intel отказалась от предоставления лицензии в критический период, как раз в тот момент, когда рынок IBM PC увеличился с 55% до 84%. Оставшись без доступа к спецификациям новых процессоров, AMD потратила более пяти лет на реверс-инжиниринг 80386, чтобы выпустить его под названием Am386. После выпуска процессора он снова доказал, что превосходит модель Intel. Оригинальный 386 был выпущен в 1985 году с частотой всего 12 МГц, а позже смог достичь 33 МГц, а самая мощная версия Am386DX появилась в 1989 году, имея частоту 40 МГц.

За успехом Am386 последовал выпуск в 1993 году очень привлекательного Am486 на 40 МГц, обеспечивавшего приблизительно на 20% больше производительности, чем Intel i486 на 33 МГц, имея при этом ту же цену. Ситуация повторялась для всей линейки 486: Intel 486DX достиг максимума в 100 МГц, однако AMD предлагала более быструю альтернативу на 120 МГц. Чтобы лучше проиллюстрировать успехи AMD в тот период, скажем, что доход компании удвоился: с 1 миллиарда долларов в 1990 году до двух с лишним миллиардов в 1994 году.

В 1995 году AMD выпустила процессор Am5x86 в качестве наследника 486, позиционируя его как апгрейд для старых компьютеров. Am5x86 P75+ мог похвастаться частотой 150 МГц, а маркировка «P75» означала, что по производительности он сравним с Intel Pentium 75. Знак «+» означал, что чип AMD был чуть быстрее в целочисленной математике, чем его конкурент.

В ответ на это Intel изменила маркировку своей продукции, чтобы дистанцироваться от конкурентов и других изготовителей. Am5x86 обеспечил AMD значительный доход, как в новых продажах, так и в апгрейдах машин с процессорами 486. Как и в случае с Am286, 386 и 486, AMD продолжила наращивать рыночную долю своих изделий, позиционируя их как встроенные системы.

В марте 1996 года состоялся выпуск первого процессора, целиком разработанного инженерами AMD: 5k86, позже переименованного в K5. Чип должен был конкурировать с Intel Pentium и Cyrix 6×86, поэтому правильная реализация проекта была критически важной для AMD — он должен был получить гораздо более мощный математический сопроцессор для обработки чисел с плавающей запятой, чем у Cyrix, примерно равный по производительности сопроцессору Pentium 100, в то время как целочисленная производительность должна была достичь уровня Pentium 200.

Снимок кристалла K5 в условном цвете. Изображение: Wikipedia

В конечном итоге шанс был потерян, потому что проект страдал от архитектурных и производственных проблем. В результате этого процессоры не достигли требуемых частот и производительности, появившись на рынке позже, из-за чего получили низкие объёмы продаж.

К тому времени AMD потратила 857 миллионов долларов на NexGen, небольшую компанию-проектировщика чипов, не имевшую собственных производственных мощностей. Процессоры этой компании изготавливала IBM. AMD K5 и находившийся в разработке K6 испытывали проблемы масштабирования до более высоких тактовых частот (от 150 МГц и выше), а NexGen Nx686 уже демонстрировал скорость ядра в 180 МГц. После покупки компании процессор Nx686 превратился в AMD K6, а проект разработки оригинального чипа отправился на свалку.

В K6-2 появился набор инструкций AMD 3DNow!, построенный по принципу SIMD (single instruction, multiple data — одиночный поток команд, множественный поток данных).

Рост AMD отразил спад Intel, начавшийся с появления архитектуры K6, конкурировавшей с Intel Pentium, Pentium II и Pentium III. Благодаря K6 движение к успеху AMD ускорилось; за это стоит отдать должное уму и таланту бывшего сотрудника Intel Виноду Дхаму («отца Pentium»), в 1995 году ушедшего из Intel в NexGen.

Когда в 1997 году K6 появился на полках, он представлял собой вполне достойную альтернативу Pentium MMX. K6 шёл от победы к победе — от 233 МГц в первой модели к 300 МГц в ревизии «Little Foot» января 1998 года, за которыми последовали 350 МГц в «Chomper» K6-2 (май 1998 года) и поразительные 550 МГц в ревизии «Chomper Extended» (сентябрь 1998 года).

В K6-2 появился набор инструкций AMD 3DNow!, построенный по принципу SIMD. По сути своей он был таким же, как и Intel SSE, однако обеспечивал более простой доступ к функциям обработки чисел с плавающей запятой процессора; недостаток этого заключался в том, что программистам приходилось встраивать новую команду в каждый новый код; кроме того, для использования этой функции необходимо было переписывать патчи и компиляторы.

Как и первый K6, процессор K6-2 являлся гораздо более выгодной покупкой, чем конкурент, и часто стоил в два раза дешевле, чем чипы Intel Pentium. Последняя версия K6, названная K6-III, была более сложным процессором, количество транзисторов в котором увеличилось до 21,4 миллиона (в первом K6 — 8,8 миллиона, в K6-II — 9,4 миллиона).

В него была встроена функция AMD PowerNow!, динамически изменявшая скорость в соответствии с нагрузкой. K6-III, тактовая частота которого со временем достигла 570 МГц, был довольно дорог в производстве и имел довольно короткий срок жизни, уменьшенный появлением K7, который лучше подходил для конкуренции с Pentium III и последующими моделями.

1999 год стал зенитом золотой эпохи AMD — появление процессора K7 под брендом Athlon показало, что теперь её продукция не является более дешёвой клонированной альтернативой.

Процессоры Athlon, частота которых начиналась с 500 МГц, устанавливались в новый Slot A (EV6) и использовали новую внутреннюю системную шину, лицензированную у DEC. Она работала на частоте 200 МГц, значительно превосходя шину в 133 МГц, которую использовала Intel. В июне 2000 года появился Athlon Thunderbird — ЦП, который многие хвалили за его разгоняемость; он обладал встроенной поддержкой модулей ОЗУ DDR и полнофункциональным кэшем Level 2 на чипе.

2 гигагерца 64-битной процессорной мощи. Изображение: Wikipedia

Thunderbird и его наследники (Palomino, Thoroughbred, Barton и Thorton) сражались с Pentium 4 на протяжении первых пяти лет нового тысячелетия, обычно имея меньшую цену, но всегда более высокую производительность. В сентябре 2003 года Athlon проапгрейдился благодаря выпуску K8 (кодовое имя ClawHammer), лучше известного как Athlon 64, потому что этот процессор добавил в набор команд x86 64-битное расширение.

Этот эпизод многими считается решающим моментом для AMD: стремление добиться мегагерцев любой ценой превратило архитектуру Netburst компании Intel в классический пример тупика разработки.

И прибыль, и операционные доходы были превосходными для такой относительно небольшой компании. Хоть её уровни доходов и не дотягивали до доходов Intel, AMD гордилась своим успехом и жаждала большего. Но когда находишься на самой вершине высочайших из гор, приходится прилагать максимальные усилия, чтобы оставаться там, иначе путь у тебя только один.

Потерянный рай

Не было какой-то конкретной причины, приведшей AMD к падению со своего высокого положения. Глобальный экономический кризис, внутренние ошибки руководства, плохое финансовое прогнозирование, головокружение от собственных успехов, удачи и оплошности Intel — все они в той или иной мере сыграли свою роль.

Но давайте посмотрим, как складывалась ситуация в начале 2006 года. Рынок CPU был насыщен продуктами AMD и Intel, но у первой были такие процессоры, как выдающаяся серия Athlon 64 FX на основе K8. FX-60 — это двухъядерный процессор частотой 2,6 ГГц, а FX-57 — одноядерный, работавший на частоте 2,8 ГГц.

Оба процессора обгоняли все остальные продукты на рынке, что видно из обзоров того времени. Они были очень дорогими — FX-60 в рознице продавался за тысячу с лишним долларов, но такую же цену имел и самый мощный процессор Intel — 3,46-гигагерцовый Pentium Extreme Edition 955. Казалось, что AMD имеет преимущество и на рынке рабочих станций/серверов — чипы Opteron обгоняли по производительности процессоры Intel Xeon.

Проблема Intel заключалась в архитектуре Netburst — сверхглубокой структуре конвейера, для конкурентоспособности которой требовались очень высокие тактовые частоты, что в свою очередь повышало энергопотребление и тепловыделение. Архитектура достигла своего предела и больше не могла обеспечивать должный уровень, поэтому Intel закрыла её разработку и для создания наследника Pentium 4 обратилась к своей старой архитектуре процессоров Pentium Pro/Pentium M.

В рамках программы сначала был спроектирован Yonah для мобильных платформ, а затем, в августе 2006 года, двухъядерная архитектура Conroe для десктопов. Intel настолько сильно стремилась сохранить лицо, что оставила название Pentium только низкобюджетным моделям, заменив его на Core — 13 лет доминирования бренда завершились в одно мгновение.

Переход к высокопроизводительному чипу с низким энергопотреблением идеально совпал с появлением множества рынков, и практически моментально Intel вернула себе корону, вырвавшись вперёд в производительности в секторе мейнстримных и мощных систем. К концу 2006 года AMD столкнули с пика максимальной производительности, но причиной её падения послужили катастрофические решения руководства.

За три дня до выпуска Intel Core 2 Duo компания AMD опубликовала заявление, полностью одобренное CEO Гектором Руисом (Сандерс отправился на покой за четыре года до этого). 24 июля 2006 года AMD заявила, что намеревается приобрести производителя графических карт ATI Technologies. Сделка стоила 5,4 миллиарда долларов (4,3 миллиарда наличными средствами и займами, 1,1 миллиарда было получено от продажи 58 миллионов акций). Эта сделка была большим финансовым риском, её сумма составила 50% рыночной капитализации AMD, и хотя такая покупка имела смысл, цена совершенно её не оправдывала.

ATI была чрезвычайно переоценена, потому что (как и Nvidia) совершенно не обеспечивала подобный уровень доходов. У ATI также не было производственных мощностей, её цена почти полностью состояла из интеллектуальной собственности.

Со временем AMD признала свою ошибку, зафиксировав понижение своей цены на 2,65 миллиардов из-за переоцененной стоимости ATI.

Чтобы оценить недосмотр руководства, сравним эту ситуацию с продажей подразделения ATI под названием Imageon, занимавшегося графикой для портативных устройств. Оно было продано Qualcomm всего лишь за 65 миллионов. Теперь это подразделение называется Adreno (анаграмма слова «Radeon») и её продукт стал интегральным компонентом SoC Snapdragon.

Xilleon, 32-битная SoC для цифровых телевизоров и телевизионных кабельных приставок, была продана Broadcom за 192,8 миллиона.

Кроме неосмотрительно потраченных денег, потребителей сильно разочаровал ответ AMD на обновлённую архитектуру Intel. Спустя две недели после выпуска Core 2 президент и исполнительный директор AMD Дирк Мейер объявил о завершении создания нового процессора AMD K10 Barcelona. Это стало решительным ходом компании на рынке серверов, потому что устройство представляло собой мощный четырёхъядерный процессор. Intel же в то время производила только двухъядерные чипы Xeon.

Новый чип Opteron с шумом появился в сентябре 2007 года, но он не смог украсть славу у Intel: компания официально завершила производство процессора, обнаружив баг, который в редких случаях мог приводить к зависаниям при вложенных записях в кэш. Несмотря на редкость возникновения, баг TLB положил конец производству AMD K10; со временем был выпущен патч BIOS, устранявший проблему на выпускаемых процессорах, хоть и ценой потери примерно 10% производительности. К моменту выпуска процессоров новой версии «B3 stepping» спустя 6 месяцев, ущерб уже был нанесён, как денежный, так и репутационный.

Годом позже, ближе к концу 2007 года, AMD вывела на десктопный рынок четырёхъядерный K10. К тому времени Intel вырвалась вперёд и выпустила знаменитый сегодня Core 2 Quad Q6600. Теоретически, K10 обладал более совершенной конструкцией — все четыре ядра находились на одном кристалле, в отличие от Q6600, использовавшего два отдельных кристалла. Однако AMD с трудом удавалось достичь заявленных тактовых частот, и лучшая версия нового CPU имела частоту всего 2,3 ГГц. Процессор был медленнее, чем Q6600, хоть и на 100 МГц, зато оказался чуть дороже него.

Однако наиболее загадочным аспектом всего этого стало решение AMD о создании нового названия модели: Phenom. Intel перешла на Core, потому что Pentium стал синонимом чрезвычайно высокой цены и энергопотребления, имея при этом довольно низкую производительность. С другой стороны, всем компьютерным энтузиастам было хорошо известно название Athlon, и оно ассоциировалось со скоростью. Первая версия Phenom была не так уж плоха, просто оказалась не столь хороша, как Core 2 Quad Q6600, который уже присутствовал на рынке; кроме того, у Intel уже появились более быстрые продукты.

Это выглядело странным, но AMD, похоже, намеренно отстранялась от рекламы. Кроме того, компания совершенно не участвовала в программной части бизнеса; весьма любопытный способ ведения дел, не говоря уже о конкурентной борьбе в сфере полупроводников. Обзор этой эпохи в истории AMD был бы неполным без упоминания антиконкурентных шагов Intel. На этом этапе AMD приходилось бороться не только с чипами Intel, но и с действиями этой компании по продвижению монополии, в том числе плате OEM-производителям огромных средств (в сумме составивших миллиарды долларов), чтобы те активно противостояли использованию процессоров AMD в новых компьютерах.

В первой четверти 2007 года Intel заплатила Dell 723 миллиона долларов, чтобы остаться единственным поставщиком процессоров и чипсетов, что составило 76% от общего операционного дохода компании в 949 миллионов. Позже AMD выиграла в мировом соглашении 1,25 миллиарда; кажется, что это на удивление мало, но, вероятно, был учтён тот фактор, что когда Intel занималась своими кознями, сама AMD не могла продать достаточное количество процессоров своим покупателям.

Нельзя сказать, что Intel обязательно было всё это делать. В отличие от AMD, компания имела жёстко заданные цели, а также более широкое разнообразие продуктов и интеллектуальной собственности. Также она обладала несравнимыми ни с кем денежными резервами: к концу первого десятилетия века Intel удалось достичь выручки в более 40 миллиардов и 15 миллиардов операционных доходов. Это позволило выделить огромные бюджеты на маркетинг, исследования и разработку ПО, а также на производства, идеально подстроенные под собственные продукты и графики компании. Уже только эти факторы гарантировали, что AMD придётся бороться за свою долю на рынке.

Многомиллиардная переплата за ATI и сопутствующие проценты по кредиту, неудачный наследник K8 и проблемы с выпуском чипов на рынок были тяжкими ударами. Но вскоре ситуация должна была стать ещё хуже.

Один шаг вперёд, один вбок и несколько назад

В 2010 году мировая экономика продолжала бороться с последствиями финансового кризиса 2008 года. Несколькими годами ранее AMD отказалась от своего подразделения по разработке флеш-памяти вместе со всеми предприятиями по изготовлению чипов — в конечном итоге они превратились в GlobalFoundries, которую AMD до сих пор использует для некоторых из своих продуктов. Было уволено примерно 10% сотрудников, и из-за всей этой экономии и вложения средств AMD пришлось умерить амбиции и целиком сосредоточиться на проектировании процессоров.

Вместо совершенствования дизайна K10 AMD приступила к созданию нового проекта, и ближе к концу 2011 года была выпущена новая архитектура Bulldozer. K8 и K10 были истинно многоядреными процессорами с одновременной многопоточностью (simultaneous multithreaded, SMT), а новая схема классифицировалась как «кластерная многопоточность».

Четырёхмодульная структура Bulldozer. Изображение: Wikipedia

При разработке Bulldozer AMD решила использовать модульный подход — каждый кластер (или модуль) содержал два целочисленных ядра, но они не были по-настоящему независимыми. У них имелись общие кэши L1 (команд) и L2 (данных), устройство получения/декодирования команд и блок обработки чисел с плавающей запятой. AMD зашла настолько далеко, что отказалась от названия Phenom и вернулась к дням славы Athlon FX, дав первым процессорам Bulldozer простое название AMD FX.

Смысл всех этих изменений заключался в уменьшении общего размера чипов и повышении их энергоэффективности. При уменьшении площади кристалла увеличивается количество изготавливаемых чипов, что приводит к повышению прибыли, а повышение энергоэффективности позволяет увеличить тактовые частоты. Кроме того, благодаря своей масштабируемости архитектура должна подойти для большего количества рыночных ниш.

Лучшая модель на момент выпуска в октябре 2011 года FX-8510 могла похвастаться четырьмя кластерами, но при маркетинге позиционировалась как 8-ядерный, 8-потоковый процессор. К тому времени процессоры обладали несколькими тактовыми частотами: базовая частота FX-8150 составляла 3,6 ГГц, а турбочастота — 4,2 ГГц. Однако чип имел площадь 315 квадратных миллиметра и максимальное энергопотребление более 125 Вт. Intel уже выпустила Core i7-2600K: традиционный четырёхъядерный, 8-потоковый CPU, работавший на частоте до 3,8 ГГц. Он был значительно меньше нового чипа AMD, всего 216 квадратных миллиметров, и потреблял на 30 Вт меньше.

Теоретически, новый FX должен был доминировать, но его производительность оказалась довольно разочаровывающей — иногда проявлялась его способность одновременной обработки нескольких потоков, однако однопотоковая производительность часто оказывалась не лучше, чем у линейки Phenom, несмотря на более высокие тактовые частоты.

AMD, вложившая миллионы в долларов в исследования и разработку Bulldozer, не собиралась отказываться от этой архитектуры, и в этот момент начала приносить плоды покупка ATI. В предыдущем десятилетии первый проект AMD комбинированного ЦП и GPU в одном корпусе под названием Fusion появился на рынке слишком поздно и оказался очень слабым. Но этот проект позволил AMD выйти на другие рынки. В начале 2011 года была выпущена ещё одна новая архитектура под названием Bobcat.

Чип AMD с совмещёнными CPU+GPU в PlayStation 4. Изображение: Wikipedia

Эта архитектура была нацелена на устройства с низким энергопотреблением: встроенные системы, планшеты и ноутбуки; её структура была диаметрально противоположной структуре Bulldozer: просто несколько конвейеров и больше ничего лишнего. Спустя несколько лет Bobcat получил долгожданное обновление, превратившееся в архитектуру Jaguar, которая в 2013 году была выбрана Microsoft и Sony для использования в Xbox One и PlayStation 4.

Хотя прибыли должны были получиться относительно небольшими, потому что консоли обычно создаются с прицелом на максимально низкую цену, обе платформы продались миллионами экземпляров, и это подчеркнуло способность AMD создавать специализированные SoC.

В течение последующих лет AMD продолжала совершенствовать архитектуру Bulldozer — первым проектом стал Piledriver, давший нам FX-9550 (монстра с частотой 5 ГГц и потреблением 220 Вт), однако Steamroller и последняя версия, Excavator (разработка которой началась в 2011 году, а выпуск — четырьмя годами позднее), были больше озабочены снижением энергопотребления, чем реализацией новых возможностей.

К тому времени структура наименований процессоров стала довольно запутанной, если не сказать большего. Phenom уже давно превратился в историю, а FX имел довольно плохую репутацию. AMD отказалась от всех этих названий и просто назвала десктопные процессоры проекта Excavator A-series.

Графический отдел компании, занимавшийся продуктами Radeon, испытывал и взлёты, и падения. AMD сохраняла название бренда ATI до 2010 года, потом заменив его собственным. Кроме того, в конце 2011 года компания полностью переписала созданную ATI архитектуру GPU, выпустив Graphics Core Next (GCN). Эта архитектура продолжала развиваться ещё в течение восьми лет, найдя своё место на консолях, настольных PC, рабочих станциях и серверах; она по-прежнему используется сегодня как интегрированные GPU в так называемых процессорах APU компании.

Первая реализация Graphics Core Next — Radeon HD 7970

Процессоры GCN развивались, получив впечатляющую производительность, но их структура не позволяла с лёгкостью выжать из неё максимум. Самая мощная версия, созданная AMD — GPU Vega 20 в карте Radeon VII, могла похвастаться 13,4 TFLOPS вычислительной мощи и пропускной способностью 1024 ГБ/с, но в играх она просто не могла достичь тех же высот, что и лучшие карты Nvidia.

Продукция Radeon часто получала репутацию горячей, шумной и очень энергоёмкой. Первая итерация GCN, работавшая в HD 7970, требовала при полной нагрузке сильно больше 200 Вт мощности, но она была произведена по достаточно крупному 28-нанометровому техпроцессу компании TSMC. Ко времени достижения GCN зрелости в чипе Vega 10 процессоры уже производились в GlobalFoundries по 14-нанометровому техпроцессу, но энергопотребление было не лучше, чем у карт типа Radeon RX Vega 64, максимально потреблявших примерно 300 Вт.

Хоть у AMD и был приличный выбор продуктов, компании не удавалось добиться высоких показателей, а также заработать достаточно денег.

К концу 2016 года балансовая ведомость компании четвёртый год подряд фиксировала убыток (финансовое положение в 2012 году ухудшилось на 700 миллионов из-за окончательного расставания с GlobalFoundries). Долг по-прежнему был высоким, даже с учётом производств и других филиалов, и даже успех с Xbox и PlayStation не обеспечил достаточную помощь.

В целом, AMD испытывала большие трудности.

Новые звёзды

Больше продавать было нечего, и на горизонте не виднелось никаких крупных инвестиций, способных спасти компанию. AMD могла сделать только одно: удвоить усилия и реструктурироваться. В 2012 году компания наняла двух людей, которые сыграют жизненно важную роль в её возрождении.

Бывший ведущий архитектор линейки K8 Джим Келлер вернулся после 13-летнего отсутствия и приступил к руководству двумя проектами: архитектурой на основе ARM для серверных рынков и стандартной архитектурой x86, а Майк Кларк (ведущий проектировщик Bulldozer) стал главным архитектором.

К ним присоединилась Лиза Су, раньше работавшая старшим вице-президентом и генеральным руководителем Freescale Semiconductors. В AMD она заняла такую же должность; общепризнанно, что именно она вместе с президентом компании Рори Ридом стала причиной перехода на другие рынки, кроме PC, особенно на рынок консолей.

Лиза Су (в центре) и Джим Келлер (справа)

Два года спустя после возвращения Келлера в отдел исследований и разработок генеральный директор Рори Рид ушёл из компании, а Лиза Су получила повышение. Имея докторскую степень по электронике, полученную в MIT, а также опыт исследований производства МОП-транзисторов по технологии «кремний на изоляторе» (SOI, silicon-on-insulator), Су обладала и научными знаниями, и опытом в производстве, необходимыми для возвращения AMD её славы. Однако в мире крупносерийных процессоров ничто не происходит мгновенно — проектирование чипов в лучшем случае занимает несколько лет. Пока такие планы смогут дать плоды, AMD придётся выдержать бурю.

Пока AMD боролась за выживание, Intel шла от победы к победе. Архитектура Core и техпроцессы изготовления постепенно совершенствовались, и к концу 2016 года компания сообщила о выручке почти в 60 миллиардов. В течение нескольких лет использовала в разработке процессоров схему «тик-так«, «тик» — это новая архитектура, а «так» — усовершенствование производства, обычно принимавшее вид уменьшения техпроцесса.

Однако, несмотря на огромные доходы и почти полное доминирование на рынке, за кулисами всё было не так радужно. В 2012 году ожидалось, что Intel в пределах трёх лет начнёт выпускать процессоры с передовым 10-нанометровым техпроцессом. Этот «так» никогда не настал — на самом деле, и «тик» тоже не было. Первый 14-нанометровый CPU, основанный на архитектуре Broadwell, появился 2015 в году, после чего техпроцесс и фундаментальная структура оставалась в течение пяти лет неизменной.

Инженеры на производствах постоянно сталкивались с проблемами выпуска на 10 нанометрах, что заставляло Intel каждый год совершенствовать старый техпроцесс и архитектуру. Тактовые частоты и энергопотребление становились всё выше, но новых архитектур не ожидалось; вероятно, это стало эхом эпохи Netburst. У пользователей PC появился неприятный выбор: или приобретать продукты из мощной линейки Core по приличной цене или покупать более слабые и дешёвые FX/A-series.

Однако AMD потихоньку собирала выигрышную комбинацию карт, сыграв свою партию в феврале 2016 года на ежегодной ярмарке E3. Воспользовавшись в качестве платформы объявлением о долгожданном перезапуске Doom, компания сообщила о совершенно новой архитектуре Zen.

Кроме общих фраз об «одновременной многопоточности», «кэше с высокой пропускной способностью» и «энергоэффективной конструкции finFET», о новой архитектуре было сказано мало. Больше подробностей было раскрыто на Computex 2016, в том числе и о стремлении превысить производительность Excavator на 40%.

Назвать такие заявления «амбициозными» было бы преуменьшением, особенно в свете того, что в каждой новой версии архитектуры Bulldozer компания в лучшем случае обеспечивала прирост на скромные 10%.

До появления самого чипа оставалось ждать ещё двенадцать месяцев, но после его выпуска наконец стал очевидным долго подготавливавшийся план AMD.

Чтобы продавать любое новое «железо», нужно подходящее ПО, но многопотоковые ЦП вели неравный бой. Несмотря на то, что консоли могли похвастаться 8-ядерными процессорами, большинству игр вполне хватало всего четырёх. Основными причинами этого были рыночное доминирование Intel и архитектура чипов AMD в Xbox One и PlayStation 4. Intel выпустила свой первый 6-ядерный CPU ещё в 2010 году, но он был очень дорогим (почти 1 100 долларов). Вскоре появились и другие, но по-настоящему недорогой шестиядерный процессор Intel смогла представить только спустя семь лет. Это был Core i5-8400 по цене ниже 200 долларов.

Проблема с консольными процессорами заключалась в том, что схема CPU состояла из двух четырёхъядерных CPU на одном кристалле, и между двумя частями чипа существовала высокая задержка. Поэтому разработчики игр стремились выполнять потоки движка в одной из частей, а вторую использовать только для общих фоновых процессов. Только в мире рабочих станций и серверов существовала необходимость процессоров с серьёзной многопоточностью — пока AMD не решила иначе.

В марте 2017 года обычные пользователи десктопом смогли обновить проапгрейдить свои системы, выбрав один из двух восьмиядерных 16-потоковых процессоров. Совершенно новая архитектура обязана была получить собственное название, и AMD отказалась от брендов Phenom и FX, дав нам Ryzen.

Ни один из CPU не был особо дешёвым: Ryzen 7 1800X (3,6 ГГц, после разгона 4 ГГц) продавался в розницу за 500 долларов, а на 0,2 ГГц более медленный 1700X продавался на 100 долларов дешевле. Этим AMD частично хотела избавиться от того, чтобы её воспринимали как бюджетную альтернативу, но в основном такая цена была вызвана тем, что Intel за свой восьмиядерный процессор Core i7-6900K просила 1 000 долларов.

Zen взял всё самое лучшее от всех предыдущих архитектур и соединил их все в структуру, задача которой заключалась в максимальной загруженности конвейеров; а для этого требовались значительные усовершенствования систем конвейеров и кэшей. В новой конструкции разработчики оказались от общих кэшей L1/L2, использовавшихся в Bulldozer — каждое ядро теперь было полностью независимым, имело больше конвейеров, улучшенное прогнозирование ветвления и повышенную пропускную способность кэшей.

Подобно чипу, работавшему в консолях Microsoft и Sony процессор Ryzen тоже являлся системой на чипе; единственное, чего ему не хватало — это GPU (в более поздних бюджетных моделях Ryzen появился процессор GCN).

Кристалл разделили на два так называемых CPU Complex (CCX), каждый из которых был четырёхъядерным, 8-потоковым модулем. Также на кристалле расположился процессор Southbridge — CPU, обеспечивающий контроллеры и соединения с PCI Express, SATA и USB. Теоретически это означало, что материнские платы можно изготавливать без южного моста, но почти во всех платах для расширения количества возможных подключений устройств южные мосты всё-таки устанавливались.

Но все эти усилия пропали бы впустую, если бы Ryzen не обеспечивал нужной производительности, и после многих лет отставания от Intel компании AMD многое пришлось доказывать. 1800X и 1700X не были идеальными: в профессиональных областях аналогичны продуктам Intel, но медленнее в играх.

На руках у AMD были и другие карты: месяц спустя после выпуска на рынок первого процессора Ryzen появились шести- и четырёхъядерные модели Ryzen 5, за которыми ещё через два месяца последовали четырёхъядерные чипы Ryzen 3. Они конкурировали с продукцией Intel так же, как и их более мощные собратья, но были гораздо более выгодными по цене.

А потом на столе появились тузы — 16-ядерный, 32-потоковый Ryzen Threadripper 1950X (с начальной ценой в 1 000 долларов) и 32-ядерный, 64-потоковый процессор EPYC для серверов. Эти монстры состояли, соответственно, из двух и четырёх чипов Ryzen 7 1800X в одном корпусе и использовали для передачи данных между чипами новую систему соединений Infinity Fabric.

За полгода AMD продемонстрировала, что она, по сути, нацеливается на все возможные ниши рынка десктопов x86 с единой архитектурой процессоров.

Год спустя архитектура была обновлена до Zen+; усовершенствования заключались в изменениях системы кэшей и переходе от техпроцесса GlobalFoundries 14LPP, созданного совместно с Samsung, к обновлённой, более мелкой системе 12LP. Размер кристаллов процессоров остался таким же, однако новый техпроцесс изготовления позволил процессорам работать с повышенными тактовыми частотами.

Ещё спустя 12 месяцев, летом 2019 года, AMD выпустила Zen 2. На этот раз изменения стали более значительными и в моду вошёл термин чиплет. Вместо использования монолитной конструкции, в которой каждая часть CPU является одинаковыми кусками кремния (как это было в Zen и Zen+), инженеры отделили модули Core Complex от системы соединений.

Модули Core Complex изготавливались TSMC по техпроцессу N7 и стали полными кристаллами, отсюда и название Core Complex Die (CCD). Структура ввода-вывода производилась GlobalFoundries, в десктопных моделях Ryzen использовался чип 12LP, а в Threadripper и EPYC — более крупные версии на 14 нанометров.

Инфракрасные изображения Zen 2 Ryzen и EPYC. Заметно, что чиплеты CCD отделены от чипа ввода-вывода. Изображение: Fritzchens Fritz

Дизайн чиплета был сохранён и усовершенствован в Zen 3, выпуск которого запланирован на конец 2020 года. Скорее всего, CCD не внесут ничего нового в 8-ядерную и 16-потоковую структуру Zen 2, скорее, усовершенствования будут в стиле Zen+ (то есть, улучшение кэша, энергоэффективности и тактовых частот).

Стоит подвести итоги тому, что AMD смогла достичь при помощи Zen. За срок в 8 лет архитектура прошла путь от чистого листа до обширного портфолио продуктов, в котором есть 4-ядерные, 8-потоковые бюджетные предложения по 99 долларов и 64-ядерные, 128-потоковые серверные CPU за четыре с лишним тысячи долларов.

Также значительно изменилось финансовое положение AMD: в прошлом её убытки и долги доходили до миллиардов долларов; теперь AMD движется к избавлению от долгов и сообщает о том, что операционные доходы за следующий год составят 600 миллионов долларов. Хоть Zen и не был единственной причиной финансового возрождения компании, он сильно ему способствовал.

Графическое подразделение AMD тоже постигла похожая судьба — в 2015 году ему была предоставлена полная независимость и название Radeon Technologies Group (RTG). Наиболее значительным достижением его инженеров стал RDNA — сильно переработанный GCN. Изменения, внесённые в структуру кэша, а также улучшения размеров и группировки вычислительных блоков, приблизили архитектуру к использованию в играх.

Первые модели, использующие эту новую архитектуру, Radeon RX 5700 series, продемонстрировали серьёзный потенциал дизайна. Он не остался незамеченным для Microsoft и Sony: обе компании выбрали Zen 2 и обновлённый RDNA 2 для установки в свои новые консоли Xbox и PlayStation 5.

Хотя Radeon Group не обрела такого же уровня успеха, как подразделение разработки CPU, и его графические карты, вероятно, по-прежнему рассматриваются как «бюджетный вариант», AMD вернулась к тому положению, в котором она была в эпоху Athlon 64, с точки зрения разработки архитектур и технологических инноваций. Компания добралась до вершины, пала, и как мифическое существо, восстало из пепла.

С опаской глядя в будущее

Вполне разумно будет задать простой вопрос: может ли компания вернуться к тёмному времени провальных продуктов и отсутствия средств?

Даже если 2020 год окажется превосходным для AMD (положительные финансовые результаты за первый квартал демонстрируют рост на 40% по сравнению с предыдущим годом), доход в 9,4 миллиарда по-прежнему оставляет её позади Nvidia (10,7 миллиарда в 2019 году) и на расстоянии световых лет от Intel (72 миллиарда). Разумеется, портфолио продуктов последней гораздо более обширно, к тому же она владеет собственными производствами, зато прибыль Nvidia почти полностью зависит от графических карт.

Бестселлеры AMD

Очевидно, что и прибыли, и операционные доходы для полной стабилизации будущего AMD обязаны расти, но как этого можно достичь? Основная часть дохода компании по-прежнему поступает от того, что она называет сегментом вычислений и графики, то есть от продаж Ryzen и Radeon. Без сомнений, он продолжит расти, ведь Ryzen очень конкурентоспособен, а архитектура RDNA 2 обеспечивает общую платформу для игр, работающих как на PC, так и на консолях следующего поколения.

Сравнительная мощь новых десктопных процессоров Intel в гейминге стабильно снижается. Кроме того, им не хватает широты функций, предоставляемых Zen 3. Nvidia по-прежнему сохраняет корону в области производительности GPU, но столкнулась с упорным сопротивлением со стороны Radeon в секторе средней ценовой категории. Возможно, это просто совпадение, но хоть RTG и является полностью независимым подразделением AMD, его прибыли и операционные доходы объединены с сектором CPU — из этого можно сделать вывод, что несмотря на популярность его графических карт, продаются они не такими же тиражами, как продукты Ryzen.

Вероятно, ещё более серьёзной проблемой для AMD является то, что её сегмент корпоративных, встроенных и полузаказных продуктов составил всего менее 20% от прибылей первого квартала 2020 года, и привёл к операционным убыткам. Это можно объяснить тем фактом, что в свете успеха Nintendo Switch и приближающегося выпуска новых моделей консолей Microsoft и Sony продажи текущего поколения Xbox и PlayStation стагнируют. Кроме того, на корпоративном рынке доминирует Intel и никто, владеющий многомиллионным датацентром не избавится от него просто потому, что появился новый потрясающий CPU.

Nvidia DGX A100, оснащённая двумя 64-ядерными процессорами AMD EPYC

Но ситуация может измениться в течение следующих двух лет: частично это может быть вызвано новыми игровыми консолями, а также неожиданным альянсом. Nvidia для своих вычислительных кластеров глубокого обучения/ИИ DGX 100 выбрала процессоры AMD, а не Intel. Причина проста: процессор EPYC имеет больше ядер и каналов памяти, а также более быстрые линии PCI Express по сравнению с тем, что может предложить Intel.

Если Nvidia более чем устраивают продукты AMD, то за ней точно последуют и другие. AMD придётся карабкаться на крутую гору, но сегодня кажется, что у неё есть для этого нужные инструменты. Пока TSMC продолжает совершенствовать и настраивать свой техпроцесс N7, все использующие этот процесс чипы AMD будут тоже становиться всё лучше.

Если посмотреть в будущее, то есть несколько областей, в которых AMD определённо следует совершенствоваться. Во-первых, это маркетинг. Крылатая фраза и джингл Intel Inside были на протяжении 30 лет повсеместны, и хотя AMD потратила какие-то деньги на продвижение Ryzen, ей в конечном итоге нужны такие производители, как Dell, HP и Lenovo для продажи устройств, демонстрирующих её процессоры в том же свете и с теми же спецификациями, как это происходит с продуктами Intel.

В области ПО проделана большая работа по созданию приложений, повышающих удобство для пользователей, в частности, Ryzen Master, но совсем недавно драйверы Radeon имели обширные проблемы. Разработка драйверов для игр — невероятно сложный процесс, но их качество может создать или разрушить репутацию аппаратного продукта.

Сегодня AMD находится в самой сильной позиции за всю свою 51-летнюю историю. Благодаря амбициозному проекту Zen, в ближайшем будущем которого не видно никаких пределов, возрождение компании подобно фениксу стало огромным успехом. Однако она ещё не на вершине, и, вероятно, это к лучшему. Говорят, что история повторяется, но будем надеяться, что этого не случится. Сильная и конкурентная AMD, вполне способная соревноваться с Intel и Nvidia, означает для пользователей одну только выгоду.

Что вы думаете об AMD, о её взлётах и падениях — был ли у вас чип K6, или, может быть, Athlon? Какая видеокарта Radeon вам больше всего нравится? Какой процессор Zen впечатлил сильнее всего?