趣聊AMD K7架构处理器(一)天地篇:迭代进化

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趣聊AMD K7架构处理器(一)天地篇:迭代进化

2024-01-13 18:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

    从2019年开始,Ryzen系列处理器让AMD有了扬眉吐气的资本,其实这已经不是第一次“YES”啦,AMD也曾“祖上阔过”——那就是大名鼎鼎的K7架构。

ZEN架构又称K17架构,传承了K7架构那个时代的AMD工匠精神

    90年代,Intel推出的P6架构处理器横扫PC市场,之后在新千年即将到来的时候,AMD推出了K7架构处理器与之抗衡(棋逢对手的高手对决,一起奠基了现代高性能处理器)。

    在品牌上,Intel通过Pentium和Celeron的双品牌布局掌控了高端和低端市场,AMD则推出高低搭配的Athlon和Duron与之针锋相对。

    在拉丁语中,单词durus的原意是硬,后引申为持久的,因此词根dur也就有了坚固, 持久和耐久的意思,于是乎Duron这个品牌也就包含了耐久品的寓意。

    在耀眼的古希腊时代,人们为了祭祀神祗,会举办各种比赛,往往设有奖品(如桂冠)。而竞赛,尤指为获得奖品的那一类比赛就被称做athlos;竞赛中设置的奖品就被称作athlon。(争夺奖品,即夺奖这个动词是athlein,在竞赛中争夺奖品的人被称作athleus,后来演变成了英语中athlete,即运动员)

    如果说Duron是定位日常家用的耐用品,那么Athlon就是追赶潮流的Geek们在那个奔腾年代竞相追逐的奖品。

    题外话:日常生活中常见的运动超市迪卡侬Decathlon(可直译作十项全能运动)也是一个颇有渊源的品牌。

    Pentium和Athlon这两个词汇如果合体,形成的单词Pentathlon,意为军事五项运动,可细分为古代五项和现代五项,前者为古希腊时期的铁饼、跳远、标枪、赛跑和摔跤,后者为现代奥运会的射击、击剑、赛跑、游泳和马术(AMD许多产品代号跟马驹有关,后文有述)。

Pentathlon现代五项纪念邮票

    K7架构的处理器家族,AMD先后流片了将近10款硅片,大致可以分成5波,其内部代号的命名非常生动有趣,早期大多取自天上飞的,中后期则是取自地上跑的……

零世代

    最初的一款K7只是工程样品,代号Argon,采用相对陈旧的工艺打造,频率止步700Mhz。"Argon"源自于希腊文字中的 ἀργόν,意思是“懒惰的”、“不活跃的”,这颗硅片也如其名,在频率上很低调从不攀比。(Argon也可指惰性气体元素氩Ar)

第 1 波   

    90年代末真正批量上市的Athlon处理器,采用的是180nm工艺打造的Pluto硅片,频率提高到了900Mhz以上,产品形态为Slot A(意味着硅片上只集成L1 cache,通过后端总线再连接片外的非全速L2 cache)

Slot A形态的Athlon(SRAM-K7 CPU-SRAM)

    硅片代号Pluto取名自矮行星冥王星,之后AMD为了在世纪之交抢夺1GHz的世界纪录,推出了该硅片的超频版Orion,取名自猎户星座。(AMD此时的代号出自天文圈的各大星宿)

    希腊神话中Orion是月亮女神的爱人,臂力过人,于是猎户星座Orion也就成了力量和胜利的象征。世纪之交那时,Intel和AMD都处于180nm工艺的发展早期,而Intel的coppermine硅片已经是P6架构的Developed阶段(cache on-die和128bit的SSE)集成度高,提升频率时难度较大。AMD的K7架构此时却仅仅是Developing阶段(仅有片外L2 cache和64bit的MMX\3D NOW),集成度低,提升频率相对容易。为了增加Athlon的商业号召力,AMD挑出部分体质好的K7硅片,配置上特制的缓存策略,并加以官方超频,于是千禧年时地球上终于出现了第一颗1GHz的X86处理器(Pluto的超频版:Orion),虽然性能并不算特别理想,但是其高频率仍然征服了世人,AMD第一次“阔”了一把……

    被AMD骚操作惊得目瞪口呆的Intel,后来也系统性,有预谋地搞出了Netbrust架构的Pentium4处理器,接连夺回了2GHz、3GHz的阶段性桂冠,但是这种为了频率而频率的玩法始终因其高频低能的先天不足而备受业内指责。

第 2 波

    紧接着,K7架构迭代进化,AMD成功流片了两款cache on-die的Thunderbird和Spitfire硅片(后者用于Duron品牌),仍然由180nm工艺打造,产品形态从Slot A改为Socket A,成本的下降有利于产品的全球普及。

Thunderbird和Spitfire硅片的Socket A处理器

    硅片代号Thunderbird取自雷鸟飞行表演队(AMD此时的代号出自航空圈)

(航空圈)Thunderbird 飞行表演队

    硅片代号Spitfire取自喷火式战斗机,大陆俗称“烈火”。

(航空圈)Spitfire MK VII VIII尖翼款喷火战斗机

第 3 波

    为了进一步优化K7架构处理器的功能特性,AMD再接再厉打磨出了Palomino和Morgan两款硅片(后者用于Duron品牌),虽然还是180nm+++工艺打造的,但是频率已经上探到了接近1.8GHz的工艺极限(因而导致发热量巨大,需要强力散热)。同时,因为开始支持128bit的SSE指令集,Athlon处理器品牌进化成为Athlon XP,开启了K7架构的一个崭新阶段。

Palomino和Morgan 硅片的Socket A处理器

    在各种典礼场合,常会出现一种栗色骏马,白鬃白尾(我国古代习惯称之为银鬃马),国际上则笼统地将其称为帕洛米诺马,硅片代号Palomino即是出于此,AMD自此开始从马驹圈为加持了SSE指令集的新一代K7架构硅片取名……

(马驹圈)Palomino 帕洛米诺马,我国古代习惯称为银鬃马,礼仪用途马种

    在新大陆,Justin Morgan历经多年,终于繁育出以自己名字命名的优良马种Morgan,自18世纪末这种多用途马就以其外表俊朗、脾气温驯,结实力大著称于世。而AMD的Morgan硅片在大陆却被俗称为“野马”,实属那个时代的误读。

(马驹圈)Morgan,即Justin Morgan's horse ,多用途马种

    早期180nm工艺的Athlon和Duron分别采用不同的硅片,在AMD导入130nm工艺节点后,Duron品牌处理器采用Athlon同款硅片,但是部分模块会因各种原因而被阉割屏蔽,从而拉开性能差距。

第 4 波 

    AMD终于跟上了当时intel的脚步,硅片工艺从180nm进化到了130nm,提高了性能,降低了功耗,采用这款Thoroughbred硅片的AMD处理器在桌面市场上广受好评,风头日盛。

Socket A的Thoroughbred(130nm工艺)外形稍小于Thunderbird(180nm工艺)容易混淆

    Thoroughbred horse即纯血马,是在17-18世纪发展起来的马种,平地速度赛的首选马种。

(马驹圈)Thoroughbred horse 纯血马,平地速度赛的首选马种

    Thoroughbred硅片和Thunderbird硅片在大陆都常被缩略为TB,了解到他们一个地上跑、一个天上飞就不会张冠李戴啦。

第 5 波

    130nm工艺完全成熟之后,AMD终于打磨出了K7架构的终极之作——Barton硅片,不仅在L2 cache上追平了对手Intel Tualatin,而且工作频率和内存带宽还能将其全面超越,AMD K7架构处理器终以其不俗的性能实力而被时代铭记……

Socket A处理器的终极杰作——正面的Barton硅片及背面462针的接口针脚

    肯塔基德比(Kentucky Derby,2000米)、普利克内斯锦标赛(Preakness Stakes,1900米)和贝尔蒙特锦标赛(Belmont Stakes,2400米)是在美国赛马圈备受瞩目的“三冠赛”(Triple Crown)。1919年,Sir Barton作为全美第一匹赢下Triple Crown的杰出赛马而写入历史……

(马驹圈)Sir Barton (horse) - American Classic Pedigrees 美国首匹三冠王赛马(1919年)

    总结:Intel的P6架构处理器在250nm工艺世代引领业界一路狂 “奔”,终于在180nm工艺世代“腾”飞,铸造了“奔腾”CPU的金字招牌;AMD面对强大的对手,在180nm工艺世代敢与奔腾同台竞“速”,稳扎稳打持续改进K7架构处理器,最终在130nm工艺世代反超P6架构桌面处理器,真正走向了兴”隆“,同时也打磨出了Geek心中那款完美的AMD经典“速龙”处理器。

    续篇将讲述硬核的K7架构技术演进,敬请关注……



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