Shanghai vs. Nehalem aneb co chystá AMD a Intel?

Protože vývoj na trhu s x86 procesory prochází poměrně překotným vývojem, pojďme se nejprve v krátkosti ohlédnout za děním v oblasti v posledních několika letech.

Lehký úvod aneb od Netburstu po K10

Začněme 22. dubna 2003, kdy AMD uvedlo první procesory s architekturou K8, a tím se započala úspěšná éra procesorů řady AMD Opteron a AMD Athlon 64. Procesory AMD se těšily velké oblibě a oproti architektuře K7 se jednalo o obrovský krok kupředu. Rychlá HyperTransport sběrnice, integrovaný řadič paměti a 64bit představovaly revoluci na poli x86 procesorů. Proti architektuře K8 stály procesory Intel s architekturou Netburst. Ačkoliv často zatracovaný (i řada příznivců Intelu po Pentiu 3 označovala architekturu P4 a Netburst jako "krok vedle"), z marketingového hlediska se jednalo o geniální krok.

Výkon Neburstu a vývoj architektury měl být dosažen (s pomocí postupných optimalizací jádra, s větší cache a s rostoucí délkou pipeline) zejména díky navyšování frekvence procesoru. Netburst se postupně vyvíjel, od prvních nesmělých krůčků v podobě jádra Willamette, přes úspěšný Northwood, až po "legendární" Prescott. Z počátku výborná myšlenka se ale s 3. generací Netburstu, s jádrem Prescott na 90 nm, ukázala jako nepříliš štastná. Pro další evoluci Netburst architektury a jádra Tejas a Nehalem (ano, název je skutečně správně) Intel plánoval frekvence až 5, respektive přes 10 GHz. Již jádro Tejas ale mělo plánované TDP okolo 150 wattů a spotřeba byla neúnosně vysoká u testovacích čipů již okolo 3 GHz. Architektura Netburst se tak postupně ukázala jako slepá ulička.
Koncem května 2005 přišla dvoujádrová varianta Athlonů a Opteronů, někdy také označovaná jako K9. Zde P4ky ani v dvoujádrové variantě (a v oblasti high-endu byl boj opravdu tuhý) nebyly dostatečným řešením a spotřeba také nebyla příliš příznivá. Posledním dechem Netbust architektury jsou procesory s jádrem Cedar Mill, které již trochu s "křížkem po funuse" napravují rodině P4 jméno. AMD si užívalo své pozice na výsluní stvrzené dvoujádrovými Athlony a Opterony a Cedar Mill (ač poměrně levný a výborně taktovatelný) byl pouze předzvěstí změn, které přinesla další generace procesorů 65 nm s novou architekturou.

Nic netrvá věčně a Intel 27. července 2006 uvedl na trh procesory architektury Core s jádrem Conroe řady Core 2 Duo. S uvedením procesorů Core 2 Duo, která navrátila Intelu onu pověstnou výkonnostní korunu, přišel opět výrazný zvrat v x86 procesorovém průmyslu. Neburst nahradila nová architektura založená na poznatcích z mobilní sféry a Pentia M (s delší pipeline, výrazně vylepšeným jádrem a větší L2 cache). Tuto kombinaci navíc Intel doplnil o 64bit EM64T jako odpověď na AMD64, což tehdy u předešlé generace mobilních procesorů Pentium M chybělo. Výkon, i přes poměrně nízké pracovní frekvence, vzrostl o desítky procent a zároveň výrazně klesla spotřeba. AMD a řada procesorů s architekturou K8, včetně jejich dvoujádrových variant, se tak dostaly pod obrovský tlak - ten se navíc s ústupem procesorů založených na Netburst architektuře a s klesající cenou procesorů Core 2 Duo dále zvyšoval.

Intel později uvedl také čtyřjádrové procesory s architekturou Core - řada Core 2 Quad, kde zvolil pro nové procesory stejný postup, jaký byl použit již u starších Pentií. MCM (Multi Chip Module, více čipů na jedné destičce pod IHS) tak v případě čtyřjader pouze sdružuje dva dvoujádrové čipy. Tyto procesory již každopádně přináší čtyři plnohodnotná jádra a špičkový výkon, proti čemuž AMD nemá již co postavit. Výjimkou byl snad pouze serverový trh s více sockety nebo Quad FX platforma (což ale s ohledem na spotřebu bylo opravdu extrémní "řešení" a navíc se dvěma sockety).

AMD zatím připravovalo architekturu AMD K10, která měla přinést nutnou inovaci CPU založených na architektuře K8 a také "nativní čtyřjádro". Někým předem vynášená do nebe, někým předem zatracovaná, taková byla Barcelona. Bohužel řada potíží, které provázely vývoj a uvedení "ká desítky", způsobila několik odkladů. Konečné uvedení nových Opteronů založených na architektuře K10, bohužel s poměrně nízkou startovací frekvencí, vyvolalo spíše rozpaky. Architektura K10 z hlediska návrhu čipu přináší řadu inovací, ale z jejích výhod těží nejvíce serverový segment, kam je ostatně také cílena (do serverového segmentu a HPC). Nepříliš pozitivní byl pro AMD i dokola zmiňovaný "TLB bug" a u revize B2 stále poměrně nízké dosažitelné frekvence - nedostatečné pro nasazení v high-end oblasti desktopů. High-end procesory jsou po serverovém trhu také velice ziskové, ale hlavně vytváří názor o možnostech a výkonu architektury CPU daného výrobce (ačkoliv z hlediska počtu prodaných procesorů se jedná o poměrně malý trh).
Frekvence K10 ale rostou pomalu a hospodářské výsledky firmy také nejsou příliš povzbudivé. AMD rozhodně nepřidaly ani obrovské investice do akvizice ATI. Ačkoliv se jednalo z dlouhodobějšího hlediska o nevyhnutelný krok, bohužel negativně ovlivnil i investice do vlastních FABů (přestavbu FAB38 v Dráždanech) a investice do vývoje. AMD v současnosti nemá prostředků nazbyt, takže firmu aktuálně zefektivňuje restruktualizace.

Další událostí v x86 procesorovém průmyslu bylo uvedení 45nm Penrynu. S použitím nových materiálů na bázi hafnia a technologie kovových hradel se příjemně snížila spotřeba. Ačkoliv se oproti jádru Conroe výkon liší minimálně (v případě použití nových SSE instrukcí se ale může jednat až o desítky procent), výrazně se posunul poměr výkonu na watt. Nižší spotřeba se projevuje zejména u rychlejších modelů a čtyřjader, kde se u řady modelů podařilo snížit skutečnou spotřebu až o desítky wattů. Postavit úsporné čtyřjádro na Penrynu není problém (a jak se ukázalo například v našem testu procesoru Intel Core 2 Quad QX9650, Yorkfield tak přináší v tomto směru oproti Kentsfieldu obrovské zlepšení).
I u AMD jsou zde ale pozitivnější zprávy, zejména s ohledem na restrukturalizaci společnosti a B3 revizi jádra AMD K10. Ta přináší vyšší dosažitelné frekvence a odstraněn byl i zmiňovaný TLB bug - cenová politika AMD posouvá Phenomy X4 do oblasti s dobrým poměrem výkon/cena. Nabídku AMD produktů nakonec rozšiřují i Phenomy X3, nejdříve pro OEM výrobce počítačů a v současnosti běžně dostupné i pro koncové uživatele. AMD nicméně stále drží při životě i architekturu K8, kde jsou postupně vytlačovány 90nm modely Windsor jádrem Brisbane na 65 nm se sníženou spotřebou.

Zde se již pomalu dostáváme do současnosti. Ačkoliv Core architektura a procesory Core 2 Duo poskytují výborný výkon i nízkou spotřebu, stále je samozřejmě co zlepšovat. Intel se v současnosti připravuje na brzké uvedení další generace procesorů NGA (Next Generation Architecture, architektura nové generace) - Intel Nehalem. Ta má přivést do řad procesorů Intel malou revoluci. Jak po stránce výkonu a škálovatelnosti, tak z hlediska inovací samotného jádra. Je zde asi vhodné podotknout, že novinky v podobě integrovaného řadiče paměti nebo implementaci efektivní sběrnice v podobě HyperTransportu má AMD již dávno za sebou. Protože se ale jedná o rozdílné architekury a jádro Nehalem bude více jak dvakrát větší než Penryn, bude o to zajímavější sledovat, jaký dopad budou mít připravované změny architektury na výkon. Pojďme se podívat na připravované architektury a procesory, které mají v oblasti osobních počítačů a serverů přijít na trh v následujících letech...

Nejprve se podíváme na připravované novinky u AMD.