Взлёт, падение и возрождение AMD

Оригинал тут. Если, есть ошибки в переводе, пишем тут же.

AMD — один из старейших разработчиков крупномасштабных микропроцессоров. Вот уже почти 50 лет — это камень преткновения и повод для дебатов среди любителей технологий. История AMD захватывает: наполненная героическими успехами, глупыми ошибками, и почти что полным разорением. Там, где появлялись и исчезали компании, занимающиеся полупроводниками — AMD справлялись со многими трудностями.Сражались в многочисленных битвах: в залах заседаний совета директоров, в судах и в магазинах.

В этой статье мы окунемся в прошлое компании. Рассмотрим все перипетии судьбы, которые привели их в нынешнее состояние. И зададимся вопросом, что ожидает ветерана Силиконовой Долины дальше?

Наша история начинается в Америке конца 1950-х годов. Экономический подъем после Второй Мировой войны привел к росту инноваций в передовых отраслях технической индустрии. Поистине, идеальное место.

Такие компании, как Bell Laboratories, Texas Instruments и Fairchild Semiconductor, с помощью лучших инженеров выпустили: биполярный транзистор, интегральную схему и МОП-транзистор (полупроводниковый транзистор с полевым эффектом на основе оксида металла).

Эти молодые технические специалисты хотели исследовать и разрабатывать все более захватывающие устройства. Но руководители высшего звена напутствовали, что нужно соблюдать большую осторожность, напоминая о тех временах, когда мир был страшным и нестабильным. Недовольные этим фактом инженеры стремились добиться успеха в одиночку.

И вот в 1968 году два сотрудника Fairchild Semiconductor, Роберт Нойс и Гордон Мур покинули компанию. Летом NM Electronics открыла свои двери, и всего через несколько недель ее переименовали в Integrated Electronics — Intel.

Другие сотрудники последовали этому примеру. Менее чем через год, ушли еще 8 человек. Они создали свою собственную компанию по проектированию и производству электроники: Advanced Micro Devices (AMD).

Джерри Сандерс, бывший директор по маркетингу компании Fairchild, возглавил эту группу. Они начали с перепроектирования деталей от Fairchild и National Semiconductor. Их не интересовала прямая конкуренция с такими компаниями, как Intel, Motorola и IBM (которые потратили значительные суммы денег на исследования и разработку новых интегральных схем).

Спустя лишь несколько месяце после оперативного переезда из Санта-Клары в Саннивейл (Силиконовая Долина в Калифорнии), AMD предложили продукцию с повышенной эффективностью, стрессоустойчивостью и частотой. Эти микрочипы были разработаны в соответствии с американскими военными стандартами качества, что оказалось значительным преимуществом в еще молодой компьютерной индустрии. В ней сильно разнилась надежность и последовательность производства.

К тому моменту, когда Intel в 1974 году выпустила свой первый 8-битный микропроцессор (8008), AMD были публичной компанией с портфелем из более чем 200 продуктов. Четверть из них были собственными разработками, включая чипы оперативной памяти, логические счетчики и переключатели битов. В следующем году появился целый ряд новых моделей: собственное семейство интегральных микросхем (IC) Am2900 и 8-битный Am9080 с частотой 2 МГц, копия преемника Intel 8008. Еще 35 лет назад арифметические логические модули и контроллеры памяти были отдельными чипами, но первое семейство состояло из компонентов, полностью интегрированных в CPU и GPU.

Вопиющий плагиат дизайна Intel может показаться несколько шокирующим в наше время, но это было обычным делом на раннем этапе развития микросхем. После того, как AMD и Intel в 1976 году подписали соглашение о перекрестном лицензировании, процессорный клон был переименован в 8080A. Вы, наверное, подумали, что цена вопроса стоила пару центов, но процедура обошлась в 325 000 долларов (1,65 миллиона долларов при пересчете на сегодня).

Сделка позволила обоим наводнить рынок нелепыми, но прибыльными чипами. Продавая их в розницу по $350, в два раза дороже, чем для военных. В 1977 году вышел процессор 8085 (3 МГц), а вскоре и 8086 (8 МГц). Через два года, улучшения в проектировании и производстве привели к появлению 8088 (от 5 до 10 МГц), тогда же и началось производство на заводе AMD в Остине, штат Техас.

Когда в 1982 году IBM начала переходить от серверных систем к персональным компьютерам (ПК), компания решила передать производство деталей на аутсорсинг, и не разрабатывать процессоры собственными силами. Intel 8086, первый в истории процессор x86, выпущенный с четким указанием: AMD лишь вторичный источник. Это гарантировало бесперебойные поставки для PC/AT от IBM.

В феврале того же года был подписан контракт между AMD и Intel. Последний выпускал процессоры 8086, 8088, 80186 и 80188 не только для IBM, но и для многих клонов этой компании, которые выросли в цене (Compaq был только одним из них). В конце 1982 года AMD также начали производство 16-разрядного процессора Intel 80286, получившего обозначение Am286.

Это должен был стать первым действительно значимым процессором для настольных ПК.И пока модели Intel находились в диапазоне от 6 до 10 МГц, AMD стартовали с 8 МГц и достигали 20 МГц. Между двумя колоссами Кремниевой долины началась битва за доминирование на рынке процессоров. AMD просто пытались сделать лучше то, что разрабатывал Intel.

Этот период представлял собой огромный рост зарождающегося рынка ПК. Intel предпринял попытки по усмирению AMD, за их гораздо более быстрый AMD286, в сравнении с 80286. «Синие» просто лишили последних лицензии для линейки "386" процессоров следующего поколения.

AMD подали в суд. Однако для завершения арбитражного разбирательства потребовалось четыре с половиной года. И хоть решение суда показало, что Intel не обязана передавать каждый новый продукт компании AMD, было установлено, что более крупный производитель чипов нарушил соглашение о добросовестности.

Отказ Intel в предоставлении лицензии произошел в критический период. Рынок ПК IBM взлетел с 55% до 84%. Оставшись без доступа к новым спецификациям процессоров, компания AMD потратила более пяти лет на обратную разработку 80386 в Am386. Законченный продукт снова оказался достойным соперником чипа от Intel. В 1985 году оригинальная модель 386 дебютировала на частоте всего 12 МГц (позже сумела достичь 33 МГц), топовая версия Am386DX была выпущена в 1989 году на частоте 40 МГц.

За успехом Am386, в 1993 году последовал выпуск высоко конкурентной Am486 с 40 Мгц. За ту же цену она обеспечила примерно на 20% большую производительность по сравнению с i486 (33 Мгц) от Intel. Схожая схема должна была быть применена на всю линейку 486. И в то время как 486DX от Intel достигала 100 МГц, AMD предложили (несколько предсказуемо) более быстрый вариант с частотой 120 МГц. Чтобы лучше проиллюстрировать состояние компании AMD за этот период: выручка компании удвоилась с немногим более 1 миллиарда долларов в 1990 до более 2 миллиардов долларов в 1994 году.

В 1995 году компания AMD представила процессор Am5x86 качестве преемника 486, предложив его в качестве непосредственного апгрейда для старых компьютеров. Процессор Am5x86 P75+ мог похвастаться частотой в 150 МГц. P75 в названии значило аналогичную производительность, как в процессоре Intel Pentium 75. Значение '+' означало, что микросхема AMD была чуть быстрее в решении целых чисел, по сравнению с конкурентами.

Чтобы противостоять этому и дистанцироваться от продукции своего конкурента и других производителей, Intel изменил свои договора по наименованию. Процессор Am5x86 обеспечил значительный доход для AMD, как за счет новых продаж, так и за счет модернизаций ПК с 486. Как и в случае с Am286, 386 и 486, компания AMD продолжила расширять спектр комплектующих, предлагая их в качестве встраиваемых решений.

В марте 1996 года был представлен первый процессор, полностью разработанный собственными инженерами AMD: 5k86, позже переименованный в K5. Чип был разработан для того, чтобы конкурировать с Intel Pentium и Cyrix 6x86. И качественное исполнение проекта являлось ключевой задачей для AMD. Ожидалось, что процессор (примерно сравнимый с Pentium 100) с легкостью осилит FPU (Floating Point Unit). Лучше, чем Cyrix например. А производительность целочисленных вычислений будет как в Pentium 200.

В конце концов, возможность была упущена. Проект был зациклен на вопросах структуры и производства. Это привело к тому, что процессор не отвечал требованиям по частоте и производительности. Он вышел на рынок довольно поздно, в результате чего плохо продавался.

К этому времени компания AMD потратила 857 миллионов долларов на покупку NexGen, небольшой компании по производству бескамерных чипов (только для дизайна). Её процессоры были произведены компанией IBM. У AMD K5 и K6 (находящийся в разработке) были проблемы с масштабированием на более высоких тактовых частотах (~150 МГц и выше). В то время как Nx686 от NexGen уже демонстрировал скорость ядра в 180 МГц. После выкупа, Nx686 превратился в AMD K6, а разработка оригинального чипа прекратилась.

Взлёт AMD повлек за собой падение Intel. Все началось с разработки архитектуры K6, которая была выставлена против Pentium, Pentium II и (в значительной степени переделанный) Pentium III. Успех AMD ускорился благодаря существованию K6 и возможностям бывшего сотрудника Intel Винода Дхама (он же «отец Пентиума»). В 1995 году он покинул Intel и примкнул к NexGen.

Чип вышел в 1997 году. Он представлял собой жизнеспособную альтернативу Pentium MMX. K6 набирала обороты — от 233 МГц до 300 МГц в «Little Foot» (январь 1998г), 350 МГц в «Chomper» K6-2 (май 1998г) и потрясающие 550 МГц в «Chomper Extended» (сентябрь 1998г).

K6-2 представила набор инструкций — 3DNow от AMD! SIMD (одна команда, несколько данных). По сути, такой же, как и SSE от Intel. Он предлагает более легкий доступ к ЦП, который проводит вычисления с плавающей запятой. Недостатком этого является то, что программистам нужно было включать новую инструкцию в любой новый код. Также не стоит забывать, чтобы использовать эту функцию, нужно было переписать все патчи и компиляторы.

Как и исходный K6, вторая версия предоставляла больше производительности, чем конкуренты. И зачастую стоила вдвое меньше, чем чипы Intel Pentium. Окончательная итерация К6, К6-III, была более сложным процессором. Количество транзисторов у третьего чипа — 21.4 миллиона, по сравнению с 8.8 миллионами в первой К6 и 9.4 миллионами в К6-2.

В него встроена AMD PowerNow!, которая динамически изменяет тактовую частоту в зависимости от нагрузки. K6-III (570 Мгц) была довольно дорогой в производстве и имела относительно короткий срок службы, который был сокращен к моменту появления K7. Последний составлял конкуренцию Pentium III и более поздними моделями.

Процессоры Athlon (500 Мгц и выше) использовали новый слот A (EV6) и новую, лицензированную DEC, внутреннюю системную шину (200 Мгц). Intel в то же время предлагала лишь 133 Мгц. В июне 2000 года на рынке появился Athlon Thunderbird. Новый процессор, привлекавший разгонными характеристиками включал поддержку оперативной памяти DDR и полной скорости кэша L2.

На протяжении пяти первых лет 21 века, Thunderbird и преемники (Palomino, Thoroughbred, Barton, and Thorton) соревновались с Intel Pentium 4. Они предлагались по более низкой цене, но всегда с лучшей производительностью. В сентябре 2003 года Athlon был модернизирован с помощью K8 (кодовое название ClawHammer), более известного как Athlon 64. Он добавил 64-битное расширение к набору команд x86.

Многим это кажется поворотным моментом в истории AMD. В то время как компания ломилась вперед, идея «Мгц любой ценой» стала классическим примером тупика в разработке. Скажем спасибо архитектуре Intel Netburst.

Для такой сравнительно небольшой компании — доходы и операционная прибыль были отличными. Не смотря на то, что уровень доходов Intel не был высок, AMD были опьянены успехом и жаждали большего. Но когда вы итак на вершине горы, нужно прилагать максимум усилий, чтобы остаться там – в противном случае, есть только один путь.

AMD не в одночасье свалилась с такой небывалой высоты. Мировой экономический кризис, неэффективное управление внутри компании, плохие финансовые прогнозы, жертва собственного успеха, а также удача и проступки Intel — все это так или иначе сыграло свою роль.

Но давайте посмотрим, как обстояли дела в начале 2006 года. Рынок процессоров изобилует предложениями как от AMD, так и от Intel. У «красных» была исключительная серия Athlon 64 FX на базе K8. FX-60, имела два ядра и 2,6 ГГц, в то время как FX-57 была одноядерной, но работала на частоте 2,8 ГГц.

Оба процессора значительно опережали всех остальных. Так показывают обзоры того времени. Правда, они были очень дорогими, FX-60 продавался в розницу по цене более 1000 долларов. Похожей ценой обладали Intel Creme-de-la-creme, Pentium Extreme Edition 955 с тактовой частотой 3,46 ГГц. AMD, похоже, заняли лидирующие позиции и на рынке рабочих станций/серверов. Все благодаря чипам Opteron, превосходящим процессоры Intel Xeon.

Проблема Intel заключалась в их архитектуре Netburst — сверхглубокая структура конвейера требовала очень высоких тактовых частот, чтобы быть конкурентоспособной. Это вело к возрастанию потребления энергии и тепловыделения. Конструкция достигла своих пределов и не справлялась с поставленной задачей, поэтому Intel отказался от своих разработок. Они вернулись к своей старой архитектуре процессора Pentium Pro/Pentium M, чтобы создать преемника для Pentium 4.

Сначала в августе 2006 года в рамках этой инициативы был разработан дизайн Yonah для мобильных платформ, а затем двухъядерная архитектура Conroe для настольных компьютеров. Intel нужно было сохранить лицо, поэтому название Pentium стали использовать лишь для низкобюджетных моделей, а вместо него пришел Core. 13-лет господства бренда ушли в одно мгновение.

Переход к разработке маломощных высокопроизводительных чипов оказался идеальным решением для множества развивающихся рынков. И практически за одну ночь Intel взял верх в основных секторах, и даже среди энтузиастов. К концу 2006 года AMD были решительно вытеснены с «вершины». Но это было скорей катастрофическое управленческое решение, которое толкнуло их прямо вниз.

За три дня до того, как Intel выпустил Core 2 Duo, компания AMD сделала публичное заявление. Оно было полностью одобрено тогдашним главным исполнительным директором Гектором Руизом (Сандерс ушел в отставку 4 года назад). 24 июля 2006 года AMD объявили о своем намерении приобрести производителя видеокарт ATI Technologies. Сумма сделки составляла 5,4 млрд долларов (включая 4,3 млрд долларов наличными и кредиты, а также 1,1 млрд долларов, полученные от 58 млн акций). Договор представлял собой огромный финансовый риск. Он представлял 50% рыночной капитализации AMD, и хотя покупка имела смысл, цена абсолютно не соответствовала действительности.

Стоимость компании была сильно завышена, так как ни ATI, и между прочим Nvidia не обладали такими доходами. У первой также не было собственного производства. Почти вся его цена была полностью основана на интеллектуальной собственности.

В конце концов, компания AMD признала ошибку, когда поглотила ATI списав 2,65 миллиарда долларов за счет завышенной оценки гудвилла.

Чтобы усугубить недостаток дальновидности руководства, компания Imageon, подразделение ATI по производству портативной графики была продана компании Qualcomm в рамках сделки стоимостью 65 миллионов долларов. Теперь она называется Adreno, анаграмма «Radeon» и является неотъемлемым компонентом Snapdragon SoC (!).

Xilleon, 32-битная SoC для цифрового телевидения и телевизионных кабельных ресиверов была отгружена Broadcom за 192,8 миллиона долларов.

Помимо сжигания денег, конечная реакция AMD на обновлённую архитектуру Intel была явно посредственной. Через две недели после выхода Core 2 президент и главный операционный директор AMD Дирк Мейер объявил о завершении разработки нового процессора K10 Barcelona. Решительный шаг в сторону серверов, так как это был полноценный четырехъядерный процессор. В то же время Intel выпускал только двухъядерные чипы Xeon.

В сентябре 2007 года появился новый Opteron. И вместо того, чтобы подпортить продажи Intel, партия была отозвана, в связи с обнаружением багов, которые в редких случаях могли привести к блокировке записей в кэш. Редкость ли, но ошибка TLB остановила производство K10. И патч для BIOS, исправлявший проблему, понижал производительность на 10%. К тому времени, как 6 месяцев спустя были отгружены обновленные процессоры 'B3', ущерб был уже нанесен. Как с точки зрения продаж, так и репутации.

Годом позже, компания AMD выпустила на рынок настольных ПК четырехъядерный процессор K10. К этому сроку Intel продвинулся вперед и выпустил теперь уже знаменитый Core 2 Quad Q6600. На бумаге K10 обладал превосходной конструкцией — все четыре ядра в одной матрице. Q6600 же, использовал две отдельных матрицы в одном корпусе процессора. Тем не менее, AMD с трудом достигали ожидаемых тактовых частот. Лучшая версия нового процессора имела лишь 2.3 ГГц. На 100 МГц медленнее чем Q6600, но и немного дороже.

Самым загадочным моментом во всем этом было решение компании AMD. Они выпустили новый модельный ряд с другим названием: Phenom. Intel перешла на Core, так как Pentium стал синонимом чрезмерной цены и потребления, а также относительно низкой производительности. С другой стороны, Athlon — это имя, которое компьютерные энтузиасты знали слишком хорошо, и его скорость соответствовала его репутации. Первая версия Phenom на самом деле была неплоха, но она не соответствовала Core 2 Quad Q6600. Процессору, который уже являлся легкодоступным. Ко всему этому добавлялся тот факт, что Intel предлагала и другие более быстрые решения на рынке.

Странно, что компания AMD будто сознательно воздержалась от рекламы. Также они не были представлены в сфере программного обеспечения. Любопытный способ ведения бизнеса, не говоря уж о торговле полупроводниками. Но ни один обзор этой эпохи в истории AMD не был бы полным без учета антиконкурентных действий Intel. На данном этапе «красные» не только вели борьбу с чипами Intel, но и с их монополистической деятельностью. Она включала в себя выплату OEM-производителям больших сумм денег (в общей сложности миллиардов), чтобы в новые компьютеры не поставлялись AMD процессоры.

В первом квартале 2007 года Intel заплатил Dell 723 миллиона долларов. Все ради того, чтобы оставаться единственным поставщиком своих процессоров и чипсетов. 76% от общего операционного дохода компании в размере 949 миллионов долларов. Позднее AMD выиграли $1,25 млрд по этому вопросу. И это удивительно мало, так как все усугубилось тем фактом, что во время разборок с Intel, сами AMD не могли поставлять достаточное количество процессоров своим нынешним заказчикам.

Не то, чтобы Intel нужно было что-то из этого делать. В отличие от AMD, у них были жесткие долгосрочные цели, а также большее разнообразие продуктов и IP. Также они обладали огромными денежными резервами (больше чем у всех остальных): к концу первого десятилетия Intel получал более 40 миллиардов долларов дохода и 15 миллиардов долларов операционных доходов. Это обеспечило огромные бюджеты на маркетинг, исследования и разработку программного обеспечения. Не стоит также забывать о литейных заводах, приспособленных к выпуску собственной продукции и графику работы. Только благодаря этим факторам компания AMD боролась за свою долю на рынке.

Многомиллиардная переплата за ATI и сопутствующие проценты по кредиту, разочаровывающий преемник в лице К8, а также проблемные чипы, поздно поступившие на рынок, — все это горькие пилюли, которые нужно было проглотить. Но дела шли только хуже.

В 2010 году мировая экономика пыталась оправиться от финансового кризиса двухлетней давности. Несколькими годами ранее компания AMD избавилась от сектора, занимающегося флэш-памятью, вместе со всеми своими литейными цехами по производству чипов. В конечном итоге они стали частью GlobalFoundries, которую AMD до сих пор использует для некоторых своих продуктов. 10% рабочей силы сократили, примерно. Все эти факторы, а также сбережения и денежные вливания означали, что компания могла собраться с силами и полностью сосредоточиться на архитектуре процессоров.

Вместо того, чтобы улучшать конструкцию K10, AMD начали заново с новой структурой. И к концу 2011 года была запущена архитектура Bulldozer. Там, где К8 и К10 действительно являлись многоядерными, одновременными многопоточными (SMT) процессорами, новая компоновка была классифицирована как «кластерная многопоточность».

В этот раз AMD использовали общий модульный подход — каждый кластер (или модуль) содержал в себе два целочисленных процессинговых ядра, но они не были полностью независимыми. Они разделяли кэши команд L1 и L2, кэширование/декодирование и блок с плавающей запятой. AMD зашли так далеко, что оставили название Phenom за бортом и вернули славу Athlon FX, просто обозначив первые процессоры Bulldozer как AMD FX.

Идея всех этих изменений заключалась в том, чтобы уменьшить общий размер чипов и сделать их более энергоэффективными. Уменьшение размеров матриц позволило бы повысить эффективность производства, что привело бы к увеличению маржи. А возрастание результативности помогло бы нарастить тактовую частоту. Масштабируемая конструкция также сделала бы его пригодным для всех сфер рынка.

Лучшая модель, выпущенная в октябре 2011 года, FX-8510, имела 4 кластера, но продавалась как 8-ядерный 8-ми поточный процессор. В ту эпоху чипы располагали несколькими тактовыми частотами, а FX-8150 запускался на 3,6 ГГц, в турборежиме — 4,2 ГГц. Однако размер процессора составлял 315 квадратных мм, а пиковая потребляемая мощность превышала 125 Вт. Компания Intel уже выпустила Core i7-2600K: это был традиционный 4-ядерный 8-ми потоковый процессор, работающий на частоте до 3,8 ГГц. Он был значительно меньше нового чипа AMD. Площадь составляла 216 квадратных мм, а потребление энергии было меньше на 30 Вт меньше.

На бумаге новый FX должен был доминировать, но его производительность была несколько ниже. Хоть, многопоточная производительность была отличной, «однопоток» был не лучше, чем в Phenom. При том, что он должен был заменить его. И это несмотря на превосходную тактовую частоту.

Вложив миллионы долларов в исследования и разработку «Бульдозера», компания AMD, безусловно, не собиралась отказываться от архитектуры. Тогда покупка ATI начала приносить свои плоды. Предыдущая попытка соединения GPU и CPU, названная Fusion, была запоздалой и разочаровывающе слабой.

Но «дочка» предоставила компании AMD средства, с помощью которых она смогла завоевать другие рынки. В начале 2011 года была выпущена еще одна новая архитектура под названием Bobcat.

Направленная на устройства с низким энергопотреблением, такие как встраиваемые системы, планшеты и ноутбуки, она также была полной противоположностью Bulldozer: всего лишь горстка конвейеров и ничего больше. Несколько лет спустя Bobcat получила столь необходимое обновление архитектуры Jaguar, которое было использовано Microsoft и Sony для Xbox One и PlayStation 4 в 2013 году.

Хоть прибыль будет относительно небольшой, так как консоли обычно создаются с целью, быть максимально дешевыми в цене. Обе платформы продаются миллионами тиражами, и это подчеркивает способность компании AMD создавать собственные SoC.

На протяжении многих лет компания AMD продолжала возиться с архитектурой «Бульдозера». Сначала вышел Piledriver, который дал нам FX-9550 (чудовище мощностью 220 Вт, 5 ГГц), далее Steamroller и наконец Excavator (2011 г., им начнут пользоваться лишь 4 года спустя). Все они были больше сосредоточены на снижении энергопотребления, а не на предложении чего-то нового.

К тому времени, система наименований для процессоров, мягко говоря, стала запутанной. Phenom давно ушла в отставку, а FX имела немного плохую репутацию. Компания AMD отказалась от этой номенклатуры и просто обозначила свои десктопные процессоры Excavator как серию А.

Графический отдел компании, специализирующийся на продуктах Radeon, также имел противоречивую судьбу. AMD оставил торговую марку ATI до 2010 года. После этого они просто поставили своё название. С выходом Graphics Core Next (GCN) также была полностью переписана архитектура GPU (созданная ATI в конце 2011 года). Эта структура просуществует почти 8 лет, проникая в приставки, настольные ПК, рабочие станции и серверы. Она до сих пор используется в качестве интегрированного GPU в процессорах APU.

Чтобы предоставлять огромную производительность вычислений, процессоры GCN постоянно развивались. Но структура была не самой простой. Самая мощная версия — графический процессор Vega 20 в Radeon VII, может похвастаться 13.4 TFLOP вычислительной мощностью и пропускной способностью 1024 ГБ/с. Но в играх она по-прежнему уступает Nvidia.

Про продукцию Radeon говорят так: горячие, шумные и потребляющие много энергии. Первоначальная итерация GCN в HD 7970 требовала более 200 Вт мощности при полной нагрузке — но она была произведена на относительно большом тех. процессе, TSMC 28 нм. К моменту полной зрелости GCN, в Vega 10, чипы производились компанией GlobalFoundries на 14-нм тех. процессе. Правда потребности в энергии были не лучше, чем у Radeon RX Vega 64 с максимальным потреблением почти 300 Вт.

Несмотря на то, что у AMD был достойный ассортимент, они просто не были так хороши, как должны были бы. И они боролись, чтобы заработать достаточно денег.

К концу 2016 компания 4 года подряд терпела убытки (в 2012 г. финансовые показатели были сбиты окончательным списанием в $700 млн. со стороны GlobalFoundries). Задолженность оставалась высокой даже при продаже литейных и других филиалов. Успешные контракты с Xbox и PlayStation тоже не помогли.

По номинальной стоимости, AMD выглядела плохо.

Не имея ничего на продажу и крупных спасительных инвестиций в ближайшем будущем, компания AMD могла сделать только одно: удвоить ставки и начать реструктуризацию. В 2012 году были наняты двое человек, которые сыграют жизненно важную роль в возрождении полупроводниковой компании.

Джим Келлер, бывший ведущий архитектор серии К8, вернулся после 13-летнего отсутствия и приступил к руководству двумя проектами: один — на базе ARM для серверных рынков, другой — стандартная архитектура x86, главным творцом которого был Майк Кларк (ведущий дизайнер «Бульдозера»).

К нему присоединилась Лиза Су, которая была старшим вице-президентом и генеральным менеджером Freescale Semiconductors. Она заняла ту же должность в AMD. Лизе, наряду с тогдашним президентом Рори Рид, приписывают заслуги в том, что она вышла за рамки ПК- рынка. Консоли, да!

Спустя два года после восстановления Келлера в отделе исследований и разработок компании AMD, генеральный директор Рори Рид ушел в отставку, а SVP/GM продвинулся вверх. Имея докторскую степень в области электронной инженерии (MIT) и проведя исследования в области SOI (кремний на изоляторе) mosfets, Су имела академическую подготовку и промышленный опыт, необходимые для возвращения AMD к дням былой славы. Но в мире крупномасштабных процессоров за одну ночь ничего не происходит – прежде чем чипы будут готовы к выходу на рынок, их ждет многолетняя разработка, в лучшем случае.

Пока AMD продолжали бороться за жизнь, Intel становился сильнее и сильнее. Архитектура Core и технологические узлы производства развились хорошо. И в конце 2016 года их выручка составила почти 60 миллиардов долларов. В течение нескольких лет компания Intel придерживалась «тик-так» подхода: «Тик» — уменьшение технологического процесса на основе существующей микроархитектуры. «Так» — выпуск микропроцессоров с новой микроархитектурой на основе существующего технологического процесса.

Однако, несмотря на огромную прибыль и почти полное доминирование на рынке, не все было хорошо за кулисами. В 2012 году Intel ожидал, что в течение 3 лет будет выпускать процессоры на современном 10-нм тех. процессе. Этот «так» не произошел, на самом деле, часы даже не тикали. Их первые 14-нм процессоры, использующие архитектуру Broadwell, появились в 2015 году. А тех.процесс и архитектура не менялись в течение полутора десятилетий.

Инженеры литейных заводов неоднократно сталкивались с проблемами производительности в 10 нм, что вынуждало Intel каждый год дорабатывать старые процессы и архитектуру. Тактовые частоты и энергопотребление росли все выше, но новых разработок не проводилось; возможно, это отголосок Netburst. Пользователям ПК дали два стула: выбрать что-то из мощной линейки Core, но заплатить высокую цену, или выбрать более слабую и дешевую FX/A-серию.

Но компания AMD тихонько собирала тузы и сыграла свою руку в феврале 2016 года на ежегодном мероприятии E3. Используя ожидаемый ребут Doom’a в качестве платформы для анонса совершенно новой архитектуры Zen.

О свежей системе было сказано очень мало, разве что «параллельная многопоточность», «кэш с высокой пропускной способностью» и «энергоэффективная технология finFET». Выставка Computex 2016 предоставила больше информации, в том числе о 40-процентном улучшении по сравнению с архитектурой Excavator.

Сказать, что это было амбициозно, было бы преуменьшением — особенно учитывая то, что компания AMD, в лучшем случае, увеличивала производительность на скромные 10% с каждой ревизией «Бульдозера».

Потребовалось еще 12 месяцев, прежде чем чип действительно появился. И в момент его выпуска, долгосрочный план компании AMD стал окончательно понятным.

Любая новая аппаратура нуждается в правильном программном обеспечении для его продажи, но многопоточные процессоры столкнулись с проблемой. Несмотря на то, что на консолях установлены 8-ми ядерные чипы, большинство игр все еще прекрасно работали с 4-мя. Основными причинами были доминирование на рынке Intel и архитектура AMD в Xbox One и PlayStation 4. «Синие» выпустили свой первый 6-ядерный процессор еще в 2010 году, но он был очень дорогим (почти 1100 долларов). Хоть альтернативные варианты появились довольно быстро, пройдет еще лет семь, прежде чем Intel предложит действительно доступный шестиъядерный процессор, Core i5-8400, стоимостью менее $200.

Проблема с консольными чипами заключалась в том, что процессорная компоновка состояла из двух 4-ядерных процессоров в одной матрице, и между двумя секциями чипа наблюдалась высокая задержка. Поэтому разработчики игры старались, чтобы потоки движка располагались в одной из секций, а другую использовали только для общих фоновых процессов. Только в мире рабочих станций и серверов существовала потребность в серьезных многопоточных процессорах — до тех пор, пока AMD не решил иначе.

В марте 2017 года пользователи настольных компьютеров получили возможность обновить свои системы одним из двух 8-ми ядерных, 16-поточных процессоров. Совершенно новая архитектура явно заслужила современное имя, и AMD отбросил Phenom и FX, чтобы дать нам Ryzen.

Ни один из процессоров не был особенно дешевым: 3,6 ГГц (буст — 4 ГГц) Ryzen 7 1800X продавался в розницу по $500, а 1700x (на 0,2 ГГц медленнее) 1700X продавался за $100 меньше. Частично, компания AMD была заинтересована в том, чтобы перестать восприниматься как бюджетный вариант. Но в основном потому, что Intel продавала 8ми-ядерныйCore i7-6900K за более чем 1000 долларов.

Zen взял лучшее из всех предыдущих чипов и соединил их в структуру, которая была направлена на поддержание загруженности конвейера. И для этого потребовалось значительное улучшение самого конвейера, а также систем кэширования. Новый проект отказался от совместного использования кэш-памяти L1/L2, используемой в «Бульдозере», и каждое ядро теперь было полностью независимым: с большим количеством конвейеров, лучшим прогнозированием переходов и большей пропускной способностью кэш-памяти.

Напоминая о процессоре, в консолях Microsoft и Sony, Ryzen также был SoC; единственное, чего ему не хватало, это GPU (позже бюджетные модели Ryzen включали процессор GCN).

Матрица была разделена на два так называемых CPU-комплекса (CCX), каждый из которых состоял из 4-х ядер, 8-ми потоков. Также в неё был установлен процессор Southbridge: связь между CPU, шинами PCIE, SATA и USB. Это означало, что материнские платы, в теории, могли быть изготовлены без «южного моста». Но цель была более тривиальной – увеличить количество подключаемых устройств.

Все это было бы напрасно, если бы Ryzen не смог производительно работать, и AMD пришлось многое доказать в этой области после многих лет второго места. Модели 1800X и 1700X не были идеальными: они были также хороши, как Intel, для профессиональных приложений, но медленнее в играх.

У AMD были и другие карты: через месяц после того, как на рынке появились первые процессоры Ryzen, вышли 6- и 4-ядерные модели Ryzen 5, а через два месяца подоспели 4-ядерные Ryzen 3. Они являлись конкурентами Intel, в той же мере, что и их старшие братья, но они были значительно более рентабельными.

А затем снизошли тузы — 16-ядерный 32-поточный Ryzen Threadripper 1950X (с ценой в 1000 долларов) и 32-ядерный 64-поточный процессор EPYC для серверов. Эти гиганты состояли из двух и четырех чипов Ryzen 7 1800X, соответственно, в одном корпусе. Использовали новую систему межсетевых соединений Infinity Fabric для переноса данных между чипами.

За шесть месяцев AMD показали, что они нацелились с единым, универсальным дизайном на весь рынок настольных x86 компьютеров.

Годом позже архитектура была обновлена до Zen+, что состояло из подстроек в системе кэширования и перехода от почтенного 14LPP-процесса от GlobalFoundries – тех.процесса Samsung — к обновленной, более плотной 12LP-системе. Матрица процессоров оставалась того же размера, но новый метод изготовления позволил чипам работать с более высокой тактовой частотой.

Спустя 12 месяцев после этого, летом 2019 года, AMD запустили Zen 2. На этот раз изменения были более значительными, и термин «чиплет» стал модным. Вместо того, чтобы следовать монолитной конструкции, где каждая часть процессора находится в одном куске кремния (что Zen и Zen+ и делают), инженеры отделили Core Complexes от взаимосвязанной системы.

Используя процесс N7 первые модели были построены в TSMC. Их название — Core Complex Die (CCD). Структура ввода-вывода была сделана GlobalFoundries. Десктопные модели Ryzen на чипе 12LP, а Threadripper & EPYC на 14 нм.

Структура чиплета будет сохранена и доработана для Zen 3, который выйдет в конце 2020 года. Мы вряд ли увидим, что CCD сломают 8-ядерную 16-ти поточную компоновку Zen 2. Вместо этого, будет такое же улучшение, как и в Zen+ (т.е. кэш-память, повышение эффективности энергопотребления и увеличение тактовой частоты).

Стоит подвести итоги того, чего AMD достиг с Zen. За 8 лет архитектура прошла путь от чистого листа бумаги до обширного портфеля продукции. Начиная от 99 долларовых 4-ядерных, 8-поточных чипов; заканчивая 64-ядерными, 128-поточными серверными процессорами по цене вплоть до 4000 долларов.

Кардинально изменились и финансы AMD: без убытков и долгов, исчисляемых миллиардами. «Красные» теперь могут выплатить все кредиты и рапортовать об операционном доходе, превышающим 600 млн долларов в течение следующего года. Хотя Zen, вероятно не был единственной причиной финансового подъема компании, все же он очень помог.

В графическом подразделении компании AMD произошли схожие изменения. В 2015 году отдел получил полную независимость. Теперь это Radeon Technologies Group (RTG). Наиболее значимая разработка их инженеров — RDNA, значительное улучшение GCN. Усовершенствования в структуре кэша, наряду с корректировкой размера и группировки вычислительных блоков, сместили фокус архитектуры в сторону игр.

Первые модели, использующие эту новую систему, серия Radeon RX 5700, продемонстрировали серьезный потенциал. Microsoft и Sony выбрали Zen 2 и обновленную RDNA 2 для своих грядущих новых консолей Xbox и PlayStation 5.

Несмотря на то, что Radeon Group не пользуется таким же успехом, как подразделение CPU. И их видеокарты все еще рассматриваются как «возможный вариант», AMD вернулась к тому месту, где она была с Athlon 64: в плане развития архитектуры и технологических инноваций. Они поднялись на вершину, упали в пропасть, и словно зверь из мифологии возродились из пепла.

Простой вопрос про AMD: могут ли они вернуться в мрачное время с плачевной продукцией и отсутствием денег?

Пусть 2020 окажется отличным годом, а положительные финансовые результаты 1-го квартала продемонстрируют 40%-е улучшение по сравнению с предыдущими показателями. Но даже 9,4 млрд. долларов выручки все равно оставят их позади Nvidia (10,7 млрд. долларов в 2019 году) и Intel, в свое лучшее время (72 млрд. долларов). Последняя, конечно, имеет гораздо больший портфель продукции и собственные литейные заводы, но доходы Nvidia почти полностью зависят от графических карт.

Понятно, что доходы, в том числе операционные должны расти, чтобы полностью стабилизировать будущее AMD — так как же этого можно достичь? Основную часть прибыли они получают от того, что называют сегментом вычислительной техники и графики, т.е. от продаж Ryzen и Radeon. Это, несомненно, будет продолжаться, так как Ryzen очень конкурентоспособна, а архитектура RDNA 2 обеспечит общую платформу для игр, которые работают как на ПК, так и на приставках следующего поколения.

Новейшие процессоры Intel для настольных ПК лишаются первенства в играх. Им также не будет хватать широты возможностей, которые предложит Zen 3. Nvidia удерживает вершину по производительности GPU, но сталкивается с жесткой конкуренцией со стороны Radeon в средне ценовом диапазоне. Возможно, это не более чем совпадение, но даже несмотря на то, что RTG является полностью независимым подразделением AMD, его доходы и операционные дивиденды сгруппированы с CPU-сектором. Это говорит о том, что их видеокарты, несмотря на их популярность, не продаются в тех же количествах, что и семейство Ryzen.

Возможно, более актуальной проблемой для AMD является то, что их сегменты Enterprise, Embedded и Semi-Custom принесли чуть менее 20% от выручки за 1 квартал 2020 года, и работали с операционными потерями. Это может быть объяснено тем, что продажи текущего поколения Xbox и PlayStation были подпорчены успехом Nintendo и ожиданием предстоящих новых моделей от Microsoft и Sony. Корпорация Intel также полностью доминирует на корпоративном рынке. И никто, особенно управляющий центром обработки данных, который стоит миллионы долларов не собирается все это останавливать. Лишь только потому, что вышел новый классный процессор?

Но это может измениться в ближайшие пару лет, отчасти благодаря новым игровым приставкам, но также и от неожиданного альянса. Nvidia выбрала для своих новых вычислительных кластеров (DGX 100) глубинного, машинного обучения процессоры AMD, а не Intel. Причина проста: процессор EPYC имеет больше ядер и каналов памяти, а также более быструю шину PCIE.

Если компания Nvidia останется довольной продукцией «красных», другие последуют ее примеру. AMD придется продолжать восхождение на крутую гору, но сегодня кажется, что у них есть подходящие инструменты для этого. По мере того, как TSMC продолжает настраивать и дорабатывать технологический процесс N7, все чипы AMD, сделанные с помощью этого процесса, тоже будут становиться все лучше и лучше.

В перспективе, есть несколько областей, которые компания AMD могла бы улучшить. Одной из них является маркетинг. Например, фраза «Intel Inside» и джингл применяется уже более 30 лет. И в то время как «красные» тратят деньги на продвижение Ryzen, им по большему счету нужны производители по типу Dell, HP, и Lenovo, чтобы продавать устройства, в таком же духе, как это делает Intel.

Касательного программного обеспечения было много работы над приложениями, призванных улучшить опыт пользователей. Ryzen Master, как пример. Но ведь буквально недавно, драйверы Radeon создавали и являлись проблемой. Игровые драйверы – сложные по структуре, но их качество может улучшить, либо разрушить всю репутацию «железа».

В настоящее время компания AMD находится в самой пиковой форме, которую она когда-либо принимала за свою 51-летнюю историю. В связи с тем, что амбициозный проект Zen не достигнет каких – либо лимитов в ближайшее время, возрождение будто из пепла, имело огромный успех. Однако они не на вершине горы, и, возможно, к лучшему. Говорят, что история всегда повторяется, но будем надеяться, что этого не случится. Здоровые и конкурентоспособные AMD, готовые бороться с Intel и Nvidia, приносят пользователям только пользу.

Что вы думаете об AMD и их испытаниях и невзгодах? Был ли у вас процессор K6 или Athlon? Какая ваша любимая видеокарта Radeon? Какой процессор на базе Zen произвел на вас наибольшее впечатление? Поделитесь своими комментариями.

#лонгрид #перевод #amd #intel #nvidia #ati