относится, скорее, ко второму случаю, хотя в начальный период имеет место и естественное дополнение продукции AMD разработками NexGEN.

Хорошо известная в России AMD первой вступила на путь разработки и выпуска х86-совместимых микропроцессоров. Затем к ней присоединилась Cyrix; мы уже рассказывали о ее чипе М1. Пожалуй, менее знакома российскому читателю компания NexGEN, которая в 1994 году выпустила микропроцессор Nx586, став первой компанией, представившей процессор пятого поколения, конкурирующий с Pentium.

Первоначально все три компании пытались независимо бороться с Intel. Поскольку магистральное направление развития для чипов х86 было связано с увеличением их производительности, для достижения успеха был необходим выпуск все новых, более мощных микропроцессоров. До выхода в свет Pentium Pro позиции конкурентов Intel казались достаточно перспективными, поскольку они также объявили о разработках процессоров шестого поколения. Однако появление блестящей плеяды Pentium Pro показало, что отрыв Intel от конкурентов, по крайней мере, не уменьшился. Союз AMD и NexGEN и направлен на ликвидацию этого отставания.

Cyrix продолжает бороться в одиночку. Развертывая производство чипов M1, она выпустила M1SC. Сейчас она представляет на рынок микропроцессоры 6х86 с частотами 100, 110, 120 и 133 МГц, которые, согласно приводимым ей данным, немного опережают процессоры Pentium c частотами 120, 133, 150 и 166 МГц соответственно. Интересно посмотреть, что могут противопоставить объединенные силы AMD и NexGEN.

Микропроцессоры AMD

AMD начинала с производства чипов, совместимых с Intel 80386. AMD до сих пор выпускает чипы с архитектурой 80486. Это ориентированные на системы нижнего диапазона производительности чипы Am486, а также Am486DX4 с частотами 100 и 120 МГц и рабочим напряжением 3 В.

Am5x86. С февраля AMD начала поставки микропроцессоров Am5x86. Сейчас она предлагает чипы с частотой 133 МГц и рабочим напряжением 3,3 В, построенные с применением современной 0,35 мкм-технологии. Низкое рабочее напряжение в сочетании с интегрированным управлением питанием позволили достигнуть пониженного электропотребления, что важно для энергетически экономных настольных и особенно для портативных ПК. Поэтому, по данным AMD, Am5x86/133 получились "холоднее", чем iDX4/100 МГц и Pentium/75 МГц. Против последнего чипа и нацелены Am5x86/133. Об этом свидетельствует и полное название микропроцессора: Am5x86-P75. Здесь "Р" - сокращение от Performance (производительность). Такая система обозначений позволяет понять, вместо какого процессора Pentium предлагается данный. Аналогичные обозначения применяется и в процессорах Cyrix 6x86.

По оценкам AMD, их микропроцессор немного превосходит Pentium/75 МГц на приложениях Windows (Таблица 1). Измерения были выполнены на ПК c 16 Мбайт памяти (время цикла 70 нс), а процессоры были снабжены кэшем второго уровня емкостью 256 Кбайт со временем цикла 15 нс.

ТАБЛИЦА 1 - ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ AMD AM5X86, INTEL PENTIUM/75 МГЦ И CYRIX CX586/100 МГЦ

Тест
Am5x86
Pentium
Cx586
Winstone 96
44.4
41.3
42.3
WinBench 96 CPUmark 16
145
140
133
WinBench 96 CPUmark 32
151
139
134

Для достижения равной производительности с Pentium чипы Am5x86 должны иметь более высокую частоту: 5х86 ближе к i486 и проще, чем Pentium. Так, например, если последний имеет раздельные кэши первого уровня для данных и команд по 8 Кбайт каждый, то в Ам5x86 имеется общий кэш емкостью 16 Кбайт. Он может работать в двух режимах - обратной (write-back) и сквозной записи (write-through). Известно, что режим обратной записи ведет к повышению производительности за счет снижения нагрузки на системную шину при записи из процессора в оперативную память. AMD считает, что это позволяет в дешевых системах обходиться вообще без кэш-памяти второго уровня.

Системная шина работает на внешней частоте 33 МГц, которая в 4 раза ниже частоты процессора. По мнению AMD, такая тактовая частота идеальна для шины PCI. VL-шина должна работать с частотой 33 МГц, хотя допустима 40 МГц. Что касается работы с плавающей запятой, то чип Am5x86 содержит интегрированное устройство для таких операций, что важно для технических приложений и графики.

Микропроцессоры Am5x86 выпускаются в двух вариантах: c 168-контактным корпусом PGA (для настольных систем) и с 208-контактным корпусом SQFP - для ноутбуков. Принципиально важна совместимость PGA по контактам с Am486DX4 и Intel DX4. Это позволяет проводить замену процессора, не меняя материнской платы. В числе фирм, чьи материнские платы могут работать с Am5x86, Abit, Acer, Biostar, ECS, Fic, Gigabyte, Holco, Microstar, SMT, Quantum и др. Напомним, что сама AMD материнских плат не производит.

Хотя AMD позиционирует свои микропроцессоры как ориентированные на рынок Windows, совместимость с х86 позволяет работать также с DOS, IBM OS/2 Warp, Netware и UNIX. Для российского читателя последнее может быть весьма важным. Дело в том, что в нашей стране достаточно часто возникают потребности использования ОС UNIX на ПК, причем в качестве последних используются иногда даже компьютеры на базе 386-х процессоров! Am5x86 может быть привлекателен, поскольку эти микросхемы стоят меньше (93 доллара в поставках свыше 1 тысячи чипов в США), чем Pentium/75 МГц.

К5. Для настоящей конкуренции с Pentium AMD разработала микропроцессор К5. В нем будут реализованы современные архитектурные решения, характерные не только для Pentium Pro, но и для самых высокопроизводительных микропроцессоров RISC-архитектуры (например, MIPS R10000). Подобно Pentium Pro и Nx586, в К5 используется "микропроцессорное ядро" суперскалярной архитектуры при уровне суперскалярности (т.е. числе одновременно выполняемых операций), равном четырем. Подход, при котором CISC-команды архитектуры x86 декодируются и преобразуются в последовательность команд RISC-архитектуры, впервые предложен NexGEN и становится общепринятым в микропроцессорах х86 шестого поколения: единственным исключением остается M1. Это, несомненно, говорит о проблемах (если не кризисе) в развитии архитектуры х86. Непосредственно программировать в системе внутренних RISC-команд в К5 нельзя.

Динамическое предсказание переходов, внеочередное и спекулятивное выполнение команд - все это нацелено на повышение производительности К5. Важным местом, где К5 выглядит гораздо слабее, чем Pentium Pro, является динамическое предсказание переходов: в Pentium Pro используется изощренный алгоритм с применением 4 бит предыстории, а в К5 - простенький двоичный триггер.

Планируется, что в первом квартале 1996 года появится версия К5 с частотой 75 МГц, а в следующем квартале - 90-мегагерцевая версия. В будущем запланирован выпуск чипов с частотой 100, 120, 133 и 135 и 166 МГц. AMD полагает, что эти процессоры будут примерно на 30% быстрее Pentium с той же частотой.

К6. AMD не собирается концентрироваться на К5, а обращает основное внимание на разработку К6 ("686-й класс"), над которым в основном работают сейчас специалисты NexGEN. По планам, этот микропроцессор должен появиться в первой половине 1997 года и будет работать с частотами 166, 180 и 200 МГц. Этот чип планируется совместимым по разъемам с Pentium и будет иметь кэш с увеличенной в 2 раза емкостью - 64 Кбайт. По сравнению с рассматриваемым ниже Nx586 он имеет также усовершенствования в блоках декодирования и выполнения. Число функциональных устройств будет увеличено до 7; одно будет выделено для выполнения мультимедиа-приложений и заниматься обработкой команд, аналогичных Visual Instruction Set в микропроцессорах UltraSPARC. Планируется, что К6 сможет превзойти по производительности Pentium Pro как на 32-, так и на 16-разрядных приложениях.

Вырисовывается четкая стратегия AMD: выпускать чипы, немного более быстрые, чем Intel, и более дешевые. Если учесть и выдерживаемую AMD совместимость по разъемам с предыдущим поколением процессоров Intel (чего не делает сама Intel, например, Pentium Pro отличается по контактам от Pentium), становятся налицо реальные плюсы. Определяющим становится, насколько впереди оказывается Intel по времени начала выпуска новых, более высокопроизводительных процессоров.

Микропроцессоры NexGEN

Nx586. Конкурирующие с Pentium чипы Nx586 выпускаются NexGEN с 1994 года, что говорит о высоком техническом потенциале ее разработчиков. Ими впервые была предложена запатентованная микроархитектура RISC86, специально ориентированная на прямую поддержку архитектуры х86. Команды х86 динамически транслируются в команды RISC86. Эту же идею использовали Intel в Pentium Pro и AMD в К5. Однако, в отличие от этих процессоров, в Nx586 возможно прямое программирование в командах RISC86.

Nx586 имеет суперскалярную архитектуру (включающую, как и Pentium, 2 целочисленных устройства), в которой используется динамическое предсказание переходов и внеочередное и спекулятивное выполнение команд. В Nx586 применяется также техника переименования регистров и перенаправление данных (data forwarding). Емкость кэш-памяти команд и данных в Nx586 в 2 раза больше, чем у Pentium. Наличие на чипе Nx586 интегрированного контроллера кэша второго уровня выгодно отличает этот микропроцессор от Pentium. Это повышает производительность компьютеров на базе Nx586 и снижает стоимость, поскольку позволяет при необходимости использовать более медленный кэш второго уровня. При такой конструкции становится проще сопрягать с внешним кэшем процессоры с увеличенной тактовой частотой.

Как и в Pentium, в Nx586 используются 64-разрядные шины, которые соединяют Nx586 c сопроцессором Nx587 и с набором чипов NxVL или NxPCI. В отличие от Pentium, сопроцессор с плавающей запятой не обязателен. Более дешевые компьютеры, не предназначенные для решения задач с интенсивным применением операций с плавающей запятой, могут не комплектоваться Nx587.

Микропроцессоры Nx586 выпускаются IBM Microelectronics в модификациях P75, P80, P90, P100, P120 и P133. Недостатком Nx586 является несовместимость по контактам с микропроцессорами Intel. На базе Nx586 выпускаются 2 типа материнских плат: NxVL и NxPCI. В первой применяется локальная шина VESA. Оперативная память может содержать до шести двухсторонних 72-контактных SIMM общей емкостью до 192 Мбайт. Кэш второго уровня с обратной записью имеет емкость 256 Кбайт или 1 Мбайт. Плата содержит 2 VESA-слота и 7 слотов ISA и может работать с шиной PCI c частотой до 50 МГц.

В платах NxPCI применяется локальная шина PCI, которая может работать на частоте до 33 МГц. Она включает интегрированный контроллер IDE и имеет 3 слота шины PCI и 4 - шины ISA. Flash-BIOS полностью поддерживает стандарт plug&play для периферии на шинах PCI и ISA. Память может содержать до 768 Мбайт с возможностью использования высокопроизводительного режима EDO.

Процессоры Nx586 доказали свою совместимость с основными популярными приложениями и ОС для платформ х86. Об этом свидетельствует, в частности, высший ("платиновый") сертификат на совместимость от независимой тестовой лаборатории XXCAL. На компьютерах с процессорами Nx586 может успешно работать DOS, Windows, OS/2 и UNIX.

Объединение AMD и NexGEN характеризуется не просто усилением их позиций на рынке х86-совместимых процессоров, но и взаимным дополнением, в котором производственные мощности AMD и современная 0,35 мкм-технология удачно сочетаются с разработками высокопроизводительных чипов NexGEN. Это обеспечивает хорошие возможности для коммерческого успеха объединенной компании.

ТАБЛИЦА 2 - СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРХИТЕКТУР

Характеристика
Intel Pentium
Intel Pentium Pro
Cyrix M1
AMD K5
NexGEN Nx586
Уровень суперскалярности
2
3
2
4
3*
Число функциональных устройств
3
5
4
5
3*
Суммарная емкость кэшей данных и команд (L1), Кбайт
16
16
16**
24
32
Динамическое предсказание переходов
есть
есть
есть
есть
есть
Внеочередное выполнение
нет
есть
есть
есть
есть
Спекулятивное выполнение
нет
есть
есть
есть
есть
* Без учета сопроцессора с плавающей запятой
** В отличие от других чипов, в процессоре М1 кэш первого уровня содержит и команды, и данные

Михаил Кузьминский - зав. отделом Института органической химии РАН. С ним можно связаться по телефону (095) 135-6388.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями