Великое противостояние: AMD vs Intel / Аналитика

Впрочем, одно небольшое извинение у AMD все же было - поскольку Pentium все еще был воплощением архитектуры, ориентированной больше на рост производительности за счет частоты (ну как же все это напоминает будущее - с Pentium 4 и Athlon!) а K5 в базировался на противоположном подходе, то производительность K5 на одной и той же тактовой частоте действительно получалась выше, чем у Pentium. Другой вопрос, что высоких частот K5 достичь не мог чисто физически, и впрямую конкурировать по частоте с Pentium 4 - тоже. (Это какая-то историческая спираль, честное слово).

За счет чего была повышена производительность K5 в пересчете на мегагерц, и откуда вообще взялся его дизайн? Дело в том, что хотя K5 и стал первым суперскалярным процессором AMD (как и Pentium для Intel), то есть, способным выполнять больше чем одну операцию за цикл, но архитектура его от Pentium отличалась довольно сильно. Если Pentium имел дизайн с двойным конвейером, исполняющим CISC инструкции (со скоростью, соответственно, до двух CISC инструкций за цикл), то дизайн K5 был совсем, совсем другим.

Этот процессор мог разбивать длинные CISC инструкции на ряд RISC-подобных микроинструкций, с которыми потом и имел дело - подход, ставший классикой для современных x86 процессоров, но который Intel начал использовать лишь в ядре P6 (Pentium Pro, осень 1995), а не P54 (Pentium, весна 1994). Декодер K5 за такт мог декодировать во внутренние микрооперации от одной до (при удаче, в зависимости от их длины) четырех CISC инструкций, в отличие от стабильных двух у Pentium. Дальше в дело вступал одиночный исполнительный конвейер у K5, выполняющий до 4 микроопераций за цикл, причем с возможностью их выполнения без строгой очередности (то, что называется out-of-order), или сдвоенный у Pentium, выполняющий за цикл 1-2 CISC инструкции, в строгом порядке друг за другом, как они поступают из кэша (in-order)

Впрочем, был момент, который однозначно выводил Pentium в лидеры по производительности в ряде задач - он имел структуру в виде двух служебных блоков, обслуживающих оба конвейера, плюс в каждом конвейере по два целочисленных модуля и одному модулю для операций с плавающей точкой.

Конвейер же K5 имел два целочисленных, и один модуль для операций с плавающей точкой (плюс три служебных: предсказание переходов, и два - загрузки/хранения данных). Итого, при всем желании за цикл K5 не мог выполнить две операции с плавающей точкой, а Pentium - мог. Со всеми вытекающими обстоятельствами для производительности в области мультимедиа и прочих подобных.

Однако, на подробное описание различий архитектур времени нет, да и смысла, за давностью лет, тоже, хотя еще одно различие все же упомянуть стоит. Если у P54 кэш первого уровня L1 имел структуру 8 Кбайт для кода и 8 Кбайт для данных, с единым L2, находящимся на материнской плате, то у K5, с аналогичным кэшем L2, кэш L1 уже имел под код 16 Кбайт - издержки спекулятивного выполнения, естественно, требующего больше доступных данных о будущих командах, так что пришлось выделить 10 Кбайт под предварительное их декодирование, что в Pentium не требовалось.

В общем, подытоживая: у AMD получился процессор, более передовой по своей архитектуре, но более медленный за счет этого по тактовой частоте. Ну вот, а к чему же тогда несколько скептический тон по поводу возможностей AMD по созданию нового процессора в начале? Секунду - не зря пришлось слегка перегружать предыдущий фрагмент техническими деталями. Процессор с единым конвейером, работающим с RISC подобными инструкциями, со спекулятивным их выполнением, имеющий в своем составе два целочисленных модуля и один - для операций с плавающей запятой… Нет, это не повторение в очередной раз характеристик K5, это описание варианта Nx586 со встроенным сопроцессором - Nx586FP, впервые объявленным в октябре 1995 года, в том самом месяце, когда AMD и объявила о покупке NexGen.

Естественно, были и отличия - конвейер K5 имеет шесть исполнительных модулей против четырех у Nx586FP, скорость работы конвейера Nx586FP слегка ниже, чем у K5 - три микроинструкции за такт против четырех, а вот кэша L1 у Nx586FP даже больше - 16/16 против 8/16 Кбайт. Ну и, наконец, сокет у Nx586FP был свой - 463-контактный, тогда как у K5 - стандартный Socket-5 (впоследствии - Socket-7).

По крайней мере, заявившая в сентябре о проблемах с K5 AMD, заявившая о приобретении NexGen в октябре, каким-то чудом умудрилась уложиться в рамки, и выпустить K5 в точно обещанный срок - в самом-самом конце первого квартала 1996 года (впрочем, на девять месяцев позже, чем обещалось первоначально).

Или инженеры AMD за несколько месяцев внезапно решили все проблемы, которые они не могли решить за пару предыдущих лет, или же за основу был взят весьма похожий дизайн Nx586FP, подобно тому, как в основу K6 легло следующее ядро NexGen, Nx686.

Впрочем, речь не идет о плагиате, или даже о том, что AMD выпустила Nx586FP под видом K5, отнюдь. RISC-подобное ядро, спекулятивное и out-of-order выполнение, увеличенный кэш первого уровня - все это было известно о K5 задолго до того, как AMD купила NexGen, и идеология чипа действительно принадлежит инженерам AMD, в первую очередь - Майку Джонсону и Дейву Кристи, занявшимися ею еще в 1992 году.

Другой вопрос, что AMD, похоже, сильно повезло - у NexGen уже был чип с похожей идеологией, при создании которого они уже решили те проблемы, с которыми столкнулась AMD. Вот рецепты решения, а не дизайн, очевидно и пригодились AMD в полной мере. Хотя, надо сказать, что все проблемы K5 решить так и не удалось. В частности, грелся он просто безумно - раза в три больше, чем P54 на той же частоте.

Но как бы то ни было, а в марте 1996 были выпущены первые экземпляры первого самостоятельного процессора AMD, с PR-рейтингами 75 и 90 (реальная тактовая частота… 75 и 90 МГц, соответственно), конкурирующие понятно с какими представителями семейства Pentium. Xотя реально в продаже уже был Pentium 166! Причем PR рейтинг (как и у Athlon) выставлялся так, чтобы, скажем, 5K86 PR-75 был слегка производительнее своего 75-МГц конкурента. Однако задержка с выпуском и введение PR-рейтинга сделали свое дело: пресса и покупатели встретили новый процессор без особого энтузиазма, даже несмотря на то, что по целочисленным операциям PR рейтинг отражал правду, а по операциям с плавающей запятой 5K86 уступал Pentium не настолько уж критично.