[轉帖]晶片相關-- Cpu歷史--AMD系列

晶片相關-- Cpu歷史--AMD系列
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1.1 AMD

1968 年，快捷半導體的8位創始人中的兩位——總經理羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)和實驗室負責人戈登·摩爾(Gorden Moore)，帶著一部分員工離開了陷入資金危機的公司，成立了英特爾(Intel)。而一年後的 1969 年5月1日，桑德斯（之前在摩托羅拉，後來去了快捷半導體Fairchild Semiconductor）也帶著 7 個人另立門戶，成立了超微半導體(Advanced Micro Devices, AMD)。

AMD當前處理器分為：伺服器霄龍cpu，工作站銳龍執行緒撕裂者和銳龍pro cpu，嵌入式霄龍，銳龍，R和G繫系列嵌入式cpu，筆記本銳龍pro，銳龍和速龍移動cpu，臺式處理器銳龍執行緒撕裂者，銳龍pro，速龍pro，銳龍及搭載顯示卡的cpu，以及支援chromebook處理器系列

Ø 伺服器處理器AMD EPYC（霄龍）:先進的 x86 伺服器處理器4樹立卓越效能、安全和可擴充套件性新標準。

Ø 工作站處理器AMD 銳龍 Threadripper PRO，銳龍Threadripper，銳龍PRO：藉助擁有超多核心的高效能工作站處理器，輕鬆應對多執行緒工作負載。

Ø 嵌入式和半定製處理器AMD EPYC（霄龍）嵌入式，AMD 銳龍嵌入式處理器，R和G系列嵌入式解決方案和半定製。

Ø 膝上型電腦處理器面向企業的 AMD 銳龍 PRO 移動處理器：出色的多核效能和超長電池續航 + 優秀的可管理性和額外安全保護。面向企業的 AMD 銳龍移動處理器：疾速響應、多核效能、卓越能效和超長電池續航。AMD 銳龍移動處理器：超多核心為移動處理器帶來卓越效能。AMD 速龍移動處理器：面向主流膝上型電腦打造卓越效能和先進功能。面向學生和老師的 AMD 膝上型電腦：AMD 處理器搭載 Radeon 顯示卡，帶來疾速順暢的網頁瀏覽和影片播放體驗，為線上學習環境賦能助力。

Ø 臺式處理器

l AMD 銳龍 Threadripper PRO 處理器：7nm 製程工藝打造出色的 CPU 核心密度，並且支援 128 條 PCIe® 4.0 通道，輕鬆應對各種專業工作負載。

l AMD 銳龍 PRO 處理器：最多可達8個核心，帶來出色的效能、先進的安全功能和無縫的可管理性，輕鬆應對各種嚴苛業務環境。

l AMD 速龍 PRO 處理器：專業的安全功能、效能和可管理性，以及卓越的價值。

l AMD 銳龍 Threadripper 處理器助力高階桌上型電腦：最多可達 64 核心和 128 執行緒，讓創意工作疾速非凡。

l AMD 銳龍處理器：最多可達 16 核心和 32 執行緒，最高可達 4.9GHz 的加速時脈頻率和最多可達 72MB 的快取記憶體，實力打造非凡卓越的效能。

l AMD 銳龍處理器搭載 Radeon 顯示卡：無需獨立顯示卡，即可享受發燒級效能。

l AMD 速龍處理器搭載 Radeon 顯示卡：最多可達 4 個先進的“Zen +”3 處理核心和 4 個處理執行緒，輕鬆疾速搞定日常辦公、網上衝浪和多工處理。

Chromebook 處理器：

l 面向企業的 AMD Chromebook：效能卓越的 AMD 銳龍和速龍處理器為 Chrome 裝置賦能，全面加速企業雲端計算應用。

l 面向家庭和個人的AMD Chromebook：AMD處理器出色的能效助力打造更輕更薄的 Chromebook，帶來超快的連線以及超長的電池續航。

l 面向學生和老師的 AMD Chromebook：Chromebook 助力使用者透過各種多媒體應用、STEM 工具、安全功能和精彩創意，深度融入現代教育的方方面面。

https://www.amd.com/zh-hans/processors#%E5%8F%B0%E5%BC%8F%E6%9C%BA

1.1.1 K5

K5是AMD公司1993年開始開發，並於1996年03月27日釋出的第一個獨立生產的x86級CPU，之前都是跟隨intel，例如逆向8080，釋出AM9080。當時為了和zilog Z80對抗，1976年和intel簽訂協議，作為intel的第二供應商，類似代工廠。後面各種巧合，intel給amd授權，AMD也走價效比路線，1985intel撕毀協定，停止了32位處理器80386的授權，AMD告intel，持續四年多，最後勝訴一直追隨不是辦法。

圖1 AMD代工的8088和逆向的386

K5系列: K5系列CPU的頻率共有6種: 75 MHz/90 MHz /100 MHz /120 MHz/133 MHz /166 MHz,匯流排的頻率和Pentium差不多，都是60 MHz或者66 MHz。K5採用了高度並行化的 29k RISC 指令集，這與主流的 CISC 指令集大相徑庭，但又提供了非常好的 x86 前端。其內部則採用了 4 流水線、5 個整數單元和 1 個浮點單元的設計。為了保證相容性，K5 能夠在奔騰的 Socket 5/7 系列主機板上使用。

K5系列 CPU都內建了32 KB的一級快取，Pentium內建的16 KB，在整數運算和系統整體效能方面要比同樣時脈頻率的Pentium還要好，但K5上市時間比Pentium（93年3月釋出）晚了許多，再加上浮點運算能力遠遠比不上Pentium，一度使得AMD的市場份額大量喪失。

圖2 AMD K5 CPU

K5 的競爭對手是 Intel 的奔騰 Pro 系列（於 1995 年釋出）和 Cyrix 的 6x86 系列。整數運算效能大約是奔騰 200 的水平，浮點效能則是奔騰 100 的水平，但擊敗了 Cyrix 的競品（當時購買的就是cyrix 200的cpu），還是比較中規中矩的，由於出的較晚，第一次嘗試效果一般。

1.1.2 K6-2

矽谷有個60 人的小公司 NexGen，研發的Nx686 處理器輕鬆地達到了 180MHz 的核心頻率，透過比爾蓋茲的撮合， 與NexGen的創始人Atiq Raza（“微處理器設計領域的邁克爾·喬丹”）建立合作關係，將Nx686 CPU 技術用在K6上，可以直接插在socket7主機板上，效能和intel pentun II有一拼，成為公司的轉折點。

圖3 AMD K6-2 CPU

1.1.3 K7速龍

1999年6月，AMD推出的K7架構處理器比K6更加強勢，其主要技術來自DEC公司強大的伺服器處理器Alpha 21264，並使用了Alpha架構的EV6匯流排。與之前的絕大部分非Intel處理器不同，K7架構擁有超越Intel處理器的浮點能力和頻率潛力。首款K7處理器被命名為Athlon至今仍是中低端處理器的品牌。

圖4 Socket A介面Thunderbird（雷鳥）核心Athlon處理器低端的Duron（鑽龍，俗稱毒龍）

2001年底，AMD在壓力下也推出了新版本的K7處理器進行應對，即Athlon XP，其主要變化是加入了對SSE指令集的支援，以及更高的頻率，另外相應的晶片組也開始支援更高頻寬的DDR記憶體，封裝基板也從厚重的陶瓷改為了更輕巧、類似Pentium Ⅲ的樹脂材質。

圖5 樹脂基板的Athlon

這種裸die封裝方式，出現過散熱器壓碎cpu die的情況，後來封裝都加上了一個金屬外殼保護die，但感覺上還是少了些生趣。是不是對安裝cpu散熱器心有餘悸，安裝起來怎麼彆扭怎麼來，劃傷手都是正常的。但是的散熱器魚龍混雜，沒有標準的散熱器夾具，有沒有裝散熱器很不順手的情況，

1.1.4 K8皓龍

2003年8月，AMD推出的K8處理器可以說是一款劃時代的產品。基於K7但是又三項改變：

加入了64位指令集，其實64位指令集是intel先提出的並且用在IA64架構安騰（Itanium）處理器上，後來也被迫在消費cpu上也支援64位。

首次整合了記憶體控制器，最初支援DDR記憶體，可以大幅度降低記憶體與處理器的通訊延遲，提升系統整體效能

放棄了原有的FSB前端匯流排而採用了HyperTransport匯流排技術，它採用點對點序列設計，讓記憶體、磁碟、PCI匯流排控制器之間有了更高的資料頻寬和更大的彈性空間。

除此之外，K8還在K7架構的基礎上還加長了整數與浮點流水線，增加了快取容量，加入溫控電路和節能技術，以及增加了對SSE2指令集的支援。第一代K8處理器架構內建單/雙通道DDR400記憶體控制器，一級快取為128KB，二級快取為512KB～1024KB。封裝上和奔騰4類似加入了金屬保護殼，防止壓碎。

K8處理器有面向主流市場的Athlon 64、頂級的Athlon 64 FX以及專業級產品Opteron，介面也分為Socket 754和Socket 940兩種。

圖6 兩種封裝，後者支援雙通道記憶體

2006年第一季度，AMD處理器10年的繁榮期達到頂峰，在X86市場的份額達到近50%，Intel Pentium 4最終完敗。不過此時，筆記本平臺上的Intel Pentium M處理器卻大獲成功。成功往往伴隨對手失誤。

Tips：2001 年 8 月，Intel 的基於 NetBurst 架構的奔騰 4 系列開始鋪貨，首批型號代號為 Willamette，頻率來到了史無前例的 2GHz。NetBurst 架構的宗旨是採用較長的流水線，透過幾乎是暴力提升頻率的簡單方法來達到提升效能的效果。2005 年 5 月，這次是 Intel，搶先發布了史上第一款雙核 CPU：奔騰 D。不過，奔騰 D 是由兩顆 P4 的核心共享 FSB 組成，本質上還是沒有擺脫高功耗低效能的怪圈。一週以後，AMD 就祭出了自己的雙核心處理器：Athlon 64 X2，代號 Toledo/Manchester，製程為 90nm, 吊打了奔騰 D。

1.1.5 AMD Zen

2006年，收購加拿大的顯示卡企業ATI，從此一蹶不振，後來集中精力遊戲主機的關注和新架構ZEN的開發，當前市場上有三大遊戲主機，微軟Xbox，索尼PlayStation和任天堂Wii都是用AMD處理器。

距K8後的下一次翻身就是zen架構。

Zen的L1快取在大小和關聯性都翻倍了，而且是寫回式而不是穿透式。同時採用了非對稱 L/S 單元，因為在大多數情況下 load 操作比 store 要頻繁得多。指令快取不再是兩個核心共享，同時關聯性也翻倍，這將減少快取未命中的情況。

1.1.6 AMD Zen2

“Zen 2”核心在久負盛名的“Zen”架構之上進行了重大更新。主要優勢如下：

時鐘週期指令數提升高達 15％2

3 級快取記憶體容量翻倍（高達 32MB）

浮點吞吐能力翻倍（256 位）

OpCache 容量翻倍（4K）

Infinity Fabric 頻寬翻倍（512 位）

全新的 TAGE 分支預測器

https://www.amd.com/zh-hans/technologies/zen-core

1.1.7 AMD Zen3

Hot Chips 2021大會上AMD釋出了Zen3架構處理器

一是提升單執行緒效能，專業名詞叫IPC(每時鐘週期指令數)，畢竟之前幾代一直追求多核心為主，是時候把單核效能提升到足夠的高度了，不然始終是瘸著腳走路，缺乏長久競爭力。

二是在維持8核心CCD模組的前提下，統一核心與快取，提升彼此通訊效率，降低延遲。

三是繼續提高能效比，效能提升的同時功耗不能失控。

AMD Zen 3 CCD的尺寸為83.736mm2（11.270 x 7.430mm）。Zen 2 CCD約為72mm2，這使得Zen 3的尺寸比Zen 2大16％。12nmIOD（I/O Die）的尺寸與Ryzen 3000系列相同，為124.29mm2（12.900 x 9.635mm）並使其插入器上最大的晶片。

為此，Zen3架構對於所有模組都進行了翻新，前端、預取、解碼、執行、整數、浮點、載入、儲存、快取等等，每個環節都是煥然一新。

首先，Zen3設計了一個堪稱藝術級的分支預測器，它之後有兩條通道將指令送入佇列，然後進行分派，一是8路關聯的32KB一級指令快取和x86解碼器，二是4K指令的操作快取(Op-cache)。

x86解碼器的限制是每個時鐘週期只能處理最多4條指令，但如果是熟悉的指令，就可以放入操作快取，每個週期就能處理8條，二者結合指令分發效率就大大提升，相比於Zen2直接上升了一個檔次。

指令分派之後就來到執行引擎階段，分為整數、浮點兩大部分，每個時鐘週期可以向它們分派6條指令。

其中，整數單元還是4個，但更加分散，並增加了一個單獨的分支與資料儲存單元，提升吞吐量，每時鐘週期可以生成3個地址。

浮點方面則分為六條流水線，進一步提升吞吐量和效率。

記憶體方面，每時鐘週期可以執行3個載入，或者1個載入加2個儲存，再次提升吞吐量，並且可以更靈活地處理不同工作負載。

圖7 Zen2對比Zen3

前端方面，主要有容量翻番的L1 BTB、更大的分支預測器頻寬、更快的預測錯誤恢復、更快的操作快取拾取、更精細的操作快取流水線切換，等等。

執行引擎方面，主要有獨立的分支與資料儲存單元、更大的整數視窗、更低的特定整數/浮點指令延遲、6寬度拾取與分發、更寬的浮點分派、更快的浮點FMAC(乘法累加器)，等等。

載入/儲存方面，主要有更高的載入頻寬(2個變3個)、更高的儲存頻寬(1個變2個)、更靈活的載入/儲存指令、更好的記憶體依賴檢測，等等。

https://news.mydrivers.com/1/722/722438.htm

世間本沒有魔法，只是我們還不瞭解，導致讓它看起來像有魔法一樣。

下期預告：

除了我們常見的Intel和amd外，另外在通用cpu舞臺上，還有哪些過客或目前在某些特殊領域依舊在發揮價值的公司和cpu種類。

上期回顧：