HW téma - procesory Athlon 64

Athlon 64, Athlon 64 FX, Pentium 4 a Pentium 4 EE jsou protivníci, kteří se bezlítostně postavili na kolbiště. Který z procesorů si odnesl vavříny pro vítěze? Který z nich je tím pravým pro hráče?

Autor: Celeb
Publikováno: 29.září 2003

Začal souboj titánů. Athlon 64, Athlon 64 FX, Pentium 4 a Pentium 4 Extreme Edition jsou protivníci, kteří se bezlítostně postavili na kolbiště. Který z procesorů si odnesl vavříny pro vítěze? Který z nich je tím pravým ořechovým pro hráče?

• AMD a Intel - vytrvalí rivalové
zdroj: tisková zpráva K pochopení současnosti je potřeba znát minulost, což oprávněně tvrdí nejen učitelky dějepisu. Přibližme si stručně na úvod nedávnou historii obou producentů procesorů. Intel byl vždy „jedničkou“, po léta si držel pozici vylepšováním a oživováním mikroarchitektury P6 (od Pentia PRO až po Pentium III). Firma AMD byla naproti tomu spíše „outsiderem“, obecně se hovořilo o jejích výrobcích jako o napodobeninách originálu (totiž CPU Intelu). Situace se však časem razantně změnila a AMD se dostalo zadostiučinění v roce 1997. Satisfakce přišla v podobě Athlonu vyvíjeného pod kódovým označením „K7“. Jistě, již před uvedením Athlonu se ozývaly hlasy z AMD, že právě tento procesor překoná konkurenci o desítky procent. Bylo však těžko uvěřit, když podobné „chvástání“ z úst výrobce můžete slyšet před uvedením prakticky jakéhokoliv produktu (a nemusí se nutně jednat jen o hardware).

Tím více byla laická i odborná veřejnost šokována po provedení prvních nezávislých testů. Nejen, že si AMD dokázala vyvinout vlastní platformu (SLOT A), ale její „K7“ byl skutečně o poznání výkonnější než konkurence. Pentia tehdy dostaly na frak a webové stránky AMD hrdě hlásaly do světa, že nejvýkonnější desktopový x-86 procesor pochází právě z jejich produkce. Následovalo celkem optimistické období pro dřívější „procesorovou dvojku“, úspěchy náležely spíše AMD a oproti tomu Intelu se příliš nepodařilo ani napjatě sledované uvedení Pentia 4, o které nebyl celé měsíce po uvedení na trh ani zdaleka takový zájem, jak se očekávalo. Svůj podíl na tom jistě měla soudobá tvrdošíjná Intelovská propagace neoblíbených pamětí RDRAM.

Někteří novináři viděli reálně vizi, že AMD získá v nejbližší až třetinu světového trhu. Původní „outsider“ se tetelil ve stínu vlastního úspěchu, zatímco Intel potichu připravoval protiúder. Ten nastal s některými vylepšeními v jádře (uvedení „Northwoodu“), které se začalo vyrábět vyspělejší výrobní technologií (130 nm) a došlo k razantnímu zvyšování frekvencí Pentia 4.

zdroj: tisková zpráva Intel použil zbraň z nejsilnějších, tedy kvalitu své výrobní technologie. Zatímco se přechod Athlonu na 130 nm výrobní proces věčně odkládal, Intel chrlil stále výš a výš taktované Pentia 4. Reakcí AMD bylo uvedení Athlonu XP, který používal „performance rating“, nebo-li označení podle výkonu vzhledem ke konkurenci. Tuto strategii prosazoval v minulosti například Cyrix. Marketingu AMD se však podařilo pomocí poměrně masivní kampaně rating prosadit a pomyslný trn z paty byl na čas vytržen.

„Šachová partie“ mezi oběma výrobci nezastavitelně pokračovala. Intelu již bylo jasné, že použije výhodu AMD proti ní samé. Zpochybnit performance rating - to bylo přesně to, co mohlo konkurenci nejtvrději zasáhnout. Samotné zpochybnění bylo a je prováděno chytře - nikoliv za pomocí okázalé kampaně, ale díky zefektivnění práce Pentia 4. Intel zkrátka sáhl do „brašny dobrých nápadů“ a přidal Pentiu 4 podporu rychlejší systémové sběrnice a HyperThreading. Posledním krokem bylo uvedení Pentia 4 Extreme Edition s 2 MB L3 cache. Tím pádem vzrostla efektivita práce Pentia 4, zatímco rating nasazený Athlonem XP se pomalu a jistě stává překonaným. AMD však přichystala na letošní rok CPU osmé generace - Athlon 64. Ten, po několika odkladech a po dlouhých letech vývoje, má zachránit pozici na trhu a opět obnovit pozici výkonnostní nadvlády Athlonu nad Pentiem. Podaří se to?

• Trumfy v rukávu
Když se poprvé objevily informace o jádru „K8“ (později přejmenovaného na „Hammer“), vypadaly specifikace nadšeně. Podpora 64 i 32bitových aplikací s plnou zpětnou kompatibilitou! Integrovaný řadič pamětí! HyperTransport namísto klasické sběrnice! Ve vývojovém oddělení AMD se zatím projekt „Hammer“ rozdělil na dva - „ClawHammer“ (dnes Athlon 64) pro stolní počítače a „SledgeHammer“ (dnes Opteron) pro servery.

Uvedení se zdálo být na spadnutí již před loňskými Vánocemi. Ale ouha, nepříjemnosti se zajištěním dostatečně vysoké frekvence procesorů a problémy s výtěžností výroby odložily uvedení až do dnešních dnů.

• Malá cesta do jádra
zdroj: tisková zpráva Podívejme se nyní na tajemství mikroarchitektury všech nových procesorů AMD64 (dříve x86-64). Oproti původním očekáváním, že nová generace procesorů bude postavena na docela nové architektuře, přišlo řekněme mírné vystřízlivění. Podobnost Athlonu 64 a Athlonu XP je totiž značná, i když samozřejmě ne úplná. Jenže je fakt, že při návrhu čipu se nikdy nezačíná úplně od nuly.

Hlavním ukazatelem rozdílů mezi oběmi generacemi čipů je počet tranzistorů. Ten je u Athlonu 64 téměř dvojnásobný (105,9 milionu) oproti CPU starší generace (54,3 milionu - Athlon XP Barton). Plocha jádra se také značně rozrostla, ze 101 na 193 mm čtverečních. Růst plochy zabrané jádrem a počtu transistorů způsobila z největší části větší L2 cache (růst z dosavadních 512 na 1024 kB). Velikost vyrovnávací paměti první úrovně zůstala zachována - 64kB pro instrukce a 64kB pro data (celkem tedy 128 kB).

Výrazně inovativním krokem je integrace řadiče pamětí (s podporou ECC) přímo do jádra, čímž samozřejmě značně klesá latence pamětí a o něco vzrůstá propustnost. V tomto místě tkví rozdíl mezi „obyčejným“ Athlonem 64 (propustnost řadiče pamětí 3,2 GB/s) a výkonnějším Athlonem 64 FX. Verze FX totiž má dvojnásobnou šíři paměťové sběrnice (128 bitů, určeno pro Dual Channel paměti, propustnost až 6,4 GB/s).

zdroj: tisková zpráva
Frekvence operačních pamětí je u Athlonů 64 relativní. Záleží na frekvenci jádra. U tohoto CPU budete muset počítat s nákupem registrovaných paměťových modulů, kterých skutečně není mnoho a jejichž cena je poněkud vyšší. Dá se ale očekávat, že nabídka poroste spolu s poptávkou, a tak cenová hladina čase zřejmě opadne.

Podpora rozšiřujících multimediálních instrukcí se rozrostla o SSE2 a oproti Pentiím 4 (8 registrů SSE2) je v jádře procesorů AMD64 registrů SSE2 dvojnásobek - tedy 16. Došlo k prodloužení CPU pipeline (z 10 na 12 stages) a FPU pipeline (z 15 na 17 stages).

zdroj: tisková zpráva
Hlavním přínosem Athlonu 64, Athlonu 64 FX a Opteronu je však technologie AMD64. Tyto procesory jsou tak schopny provozovat jak 64, tak 32bitové aplikace, přičemž zpětná kompatibilita je zachována hardwarově (nikoliv pomocí softwarového emulátoru jako u IA64 v Itaniích). Naskýtá se tak možnost hladkého přechodu na 64bitový operační systém, ve kterém bude moci uživatel provozovat jakékoliv současné 32bitové aplikace, ale také nové 64bitové, které mohou plně využít výkonnostní potenciál AMD64.

Výhodou, která také není zanedbatelná, je tepelná ochrana procesoru. Že skutečně funguje, dokazuje video z Tom´s Hardware. Termální dioda nedovolí procesoru překročit teplotu 100°C, aby nedošlo k nezvratnému poškození při případném výpadku chlazení. Plusem také je pokrytí jeho vršku heat-spreaderem, takže procesory by měly být pevnější, což je výhodou při montáži.

• Výroba
zdroj: tisková zpráva S růstem velikosti plochy jádra procesoru klesá výtěžnost výroby. AMD používá waffery (křemíkové pláty) s průměrem 200 mm. Při ploše jádra procesoru (zabere 193 mm čtverečních) je možné na jeden waffer vměstnat až 122 CPU. Ovšem, teoreticky. Praxe je něco docela jiného, výtěžnost výrobního procesu není ani zdaleka stoprocentní. V důsledku toho se odhaduje, že na jednom wafferu vznikne cca 73 použitelných procesorů (interní kalkulace Tom´s Hardware Guide počítající s 60% výtěžností). Přitom u starších procesorů Barton se z jednoho křemíkového plátu podařilo získat 153 CPU (teoretické maximum 255 CPU). Uvidíme, zda AMD nasytí trh dostatečným množstvím procesorů. Nejistota však panuje i mezi výrobci desek, kteří chtějí ke svým produktům přibalovat i samotné procesory.

• Patice, čipsety, desky
Patice, do kterých se procesory AMD64 osazují, jsou dvě. SOCKET 754 pro Athlon 64 a SOCKET 940 pro Athlon 64 FX a Opteron. Důvodem existence dvou patic je integrovaný řadič pamětí. Procesory s jednokanálovým řadičem pamětí využívají SOCKET 754, zatímco CPU s řadičem dvoukanálovým mají více pinů („nožiček“ zespodu procesoru) a k jejich provozu je nutné vlastnit desku se SOCKETem 940.

zdroj: tisková zpráva K Athlonu 64 si budete moci volit čipovou sadu od celé palety výrobců: VIA, nVidia, SiS, ATi a ALi. Běžně se objevují nVidia nForce3 a VIA K8T800. NForce však trpí chybou, která snižuje výkonnost AGP až o 33,2 %, navíc v současné verzi (vzorek, který testovali na Tom´s Hardware) nepodporuje Serial ATA. Abych byl přesný, podporu sice obsahuje, avšak je momentálně deaktivována kvůli problémům. VIA K8T800 je tedy v současnosti celkově výkonnější i spolehlivější volbou.

• Softwarová otázka
Jak jsem již uváděl výše, Athlon 64 bude schopen pracovat ve stávajících Windows XP Ovšem i na 64bitovém operačním systému budete moci spouštět jak 32, tak 64bitové aplikace. Co vlastně přinese 64 bitový operační systém a aplikace? Jednak je to vyšší výkon a pak samozřejmě podstatně větší množství adresovatelné paměti (limit pro 32bitové CPU je 4 GB). Na 64bitových Windows XP podle testerů není skutečně žádný problém se spouštěním staršího 32bitového softwaru. Kámen úrazu tohoto O.S. je ale v ovladačích hardwaru. Ty totiž musí být speciálně naprogramované pro nový operační systém, neboť staré drivery z klasických Windows XP jsou nepoužitelné.

Je tedy nezbytně nutné, aby firma AMD přesvědčila klíčové výrobce hardwaru k včasnému dokončení vývoje ovladačů pro 64bitové Windows. Pokud nebudou ovladače pro hardware, jež se běžně používá, pak nastanou těžké dny pro celou architekturu AMD64, která má za úkol zajistit plynulý přechod ke čtyřiašedesátibitovým aplikacím. Starý dobrý software může na 64bitových Windows XP běžet o něco pomaleji, rozdíl však bývá v řádu procent a tím pádem je těžko rozpoznatelný. Především je ale nutné utvořit skutečně silnou podporu mezi výrobci her (Unreal Tournament 2003-4, Far Cry atd.), ale i dalších programů, aby vydali 64bitové edice svého softwaru. Pak teprve bude mít index „64“ v názvu procesoru Athlon patřičný význam.

• Označení procesoru
zdroj: tisková zpráva Athlon 64 bude používat i nadále performance rating. CPU s frekvencí 1,8 GHz bude v obchodě označeno jako 3000+, 2 GHz CPU bude prodáváno pod označením 3200+. Athlon 64 FX bude využívat trochu jiný systém odvozený z označování Opteronů. 2,2 GHz CPU bude k dostání jako „Athlon 64 FX 51“. Marketingová strategie AMD je i nadále jasná - snažit se vytlačit frekvenci jako měřítko výkonu. Pravdou je, že orientace výhradně podle frekvence je nesmysl - různé procesory totiž pracují s různou efektivitou, takže CPU pracující na nižší frekvenci může být výkonnější než výše taktovaný procesor s jinou architekturou.

„Konkurence nikdy nespí“ je známá formulka, se kterou musí počítat nejen všichni producenti čipů. Intel také nezaspal a připravil si na nové procesory AMD odpověď. Tou je Pentium 4 Extreme Edition. Jedná se vlastně o klasické Pentium 4 (Northwood), ovšem s podporou HyperThreadingu, 800 MHz QPB systémovou sběrnicí a především s 2 MB (!) L3 cache.

• Kdo z koho?
Měření sil Athlonů 64 a Pentií 4 proběhlo na mnoha známých stránkách (například: Tech Report, Anandtech, AMD Zone, Tom´s Hardware, HardOCP , X-Bit Labs a dalších, viz linky v naší středeční novince).

Výsledky? Athlon 64 je ve většině testů (hlavně ve hrách) výkonnější než "obyčejné" Pentium 4. Souboj high-endových procesorů Athlon 64 FX vs. Pentium 4 Extreme Edition dopadl řekněme nerozhodně. V kancelářských aplikacích Athlon 64 (FX) exceluje, zatímco Intel vítězí v software, který je pro Pentium 4 speciálně naprogramován. Ve hrách jsou výsledky různé - například speciálně upravený Unreal Tournament 2003 více svědčí Athlonu, ovšem ve starší FPS Quake III Team Arena výrazně vede Pentium 4 EE - viz některé ukázkové grafy níže:

zdroj: tisková zpráva

zdroj: tisková zpráva

zdroj: tisková zpráva

zdroj: tisková zpráva

zdroj: tisková zpráva
• Cena
Za Athlon 64 3200+ (2 GHz) zaplatíte 417 USD - kolem 12 tisíc Kč, Athlon 64 FX 51 (2,2 GHz, Dual Channel, SOCKET 940) stojí 733 USD - přes 21 tisíc Kč . „Lidovější“ Athlon 64 3000+ ještě není k dostání, jeho cena by se měla pohybovat okolo 300 USD (tedy okolo 9 tisíc Kč). Pentium 4 Extreme Edition 3,2 GHz vyjde na drsných 849 USD - přes 25500 Kč. K dostání je však v současnosti spíše „obyčejný“ Athlon 64 a „obyčejné“ Pentium 4. Athlon FX je zatím dodáván v omezenějším množství, nebude tedy snadné se k němu dostat, zvlášť u nás. Pentium 4 Extreme Edition bude na pultech až v příštích měsících. Ovšem do ceny k systému s Athlonem FX si připočtěte rovnou něco navíc za registrované paměťové moduly, jež bývají dražší než klasické. Takže cena za počítač s Athlonem FX a Pentiem 4 EE je v podstatě ekvivalentní.

• Bitva skončila, válka nikoliv
Rodina procesorů AMD64 je úspěchem, její uvedení 23. září bylo pro AMD dnem s velkým „D“ (novinka). Opteron si buduje velice solidní pozici mezi serverovými CPU, Athlon 64 má našlápnuto k překonání Pentia 4 a Athlon 64 FX je v současnosti nejvýkonnějším „dostupným“ desktopovým procesorem na světě. Notebookový Athlon 64 3000+ a 3200+ s technologií PowerStep (snižuje frekvenci procesoru při nízkém zatížení, aby se šetřila baterie) bude pohánět nejvýkonnější přenosné počítače dneška. Pro koncové zákazníky znamená uvedení osmé generace procesorů AMD snížení cen a možnost koupě CPU, které může provozovat jak 32, tak 64bitové aplikace budoucnosti.

zdroj: tisková zpráva Athlon 64 je tedy velmi výkonným procesorem, o kterém se průběhem času vyplatí uvažovat, ovšem je nutné brát ohled na nutnost/dostupnost 64bitových ovladačů operačního systému. Verze „FX“ je podstatně dražší, takže je vhodná jen pro velice náročné hráče, kteří skutečně nehledí na investované peníze. „Staré“ dobré Pentium 4, zvlášť pomalejší modely, se zase může pochlubit slušnou přetaktovatelností, což je velká výhoda pro experimentátory. Nové Pentium 4 Extreme Edition bude zdatnou konkurencí Athlonu 64 FX, alespoň do doby, dokud nebude k dispozici jeho nástupce - Prescott.

Zdroje: Tom´s Hardware, X-Bit Labs, AnandTech, Ace´s Hardware, The Inquirer, AMD

Více aktuálních informací ze světa HW a předchozí týdenní přehledy naleznete na adrese hardware.tiscali.cz

Celeb
autorovi je 18 let, psaní o hardware se specializací na procesory se věnuje déle než čtyři roky, studuje gymnázium Mariánské Lázně, bavi ho žurnalistika všech forem, DJing, promotérství a fotografování (všechny články autora)