促进肠胃动力的药:39年弹指一挥间 AMD x86桌面处理器巡礼

2008年10月11日 星期六 18:18
[1.引言：一路风雨有谁知]
近日，AMD正式宣布业务分拆，坊间一直传言的事情终于变成了现实。在提出“未来即熔合(The Future is Fusion)”的理念之后，AMD的第一个大动作就是分拆业务，摆脱沉重的生产负担，瘦身之后的AMD公司将有更多的精力和资源投入到CPU和GPU设计研发中去，未来更可期待。相关新闻链接：AMD正式宣布拆分芯片制造业务 中东大鳄入主
成立39年以来，同样是仙童系出身的AMD在X86处理器之路上走的异常艰辛，创始人杰里•桑德斯曾经说过：“诺伊斯总是说英特尔花了5分钟就筹集了500万美元，而我花了500万分钟只筹集了5万美元”，其中的艰辛可见一斑。对比两家公司，英特尔多年来引领了CPU的发展方向，称得上伟大，而AMD则算得上可敬。尽管规模与实力上不能与英特尔比肩，甚至多年来一直挣扎在扭亏线上，AMD依然像个顽强的斗士一样向着英特尔的霸业发起冲锋，期间有过辉煌，也有过失落，但是从未停止。

致敬！AMD永远的斗士―创始人杰里•桑德斯
同时代的DEC，国家半导体，Cyrix，摩托罗拉处理器等CPU公司早已没落或或者落得被收购的下场，也正由于AMD公司的存在，英特尔才没有彻底垄断整个CPU市场。在这一点上普通消费者都应该感谢AMD。AMD处理器中也不乏经典之作，有些产品因性能出众直到现在也为玩家所怀念，下面就让我们看看那些带给AMD辉煌与荣耀的CPU产品吧。
[2.初时代：追随Intel的脚步]
创立伊始，AMD犹如硅谷的山寨厂，甚至为英特尔代工生产处理器，直到1982年才得到英特尔的X86处理器授权。此间AMD的产品命名方式都跟英特尔一样，用数字命名为xx86，此类产品有AMD8080(1974年)、8085(1976年)、8086(1978年)、8088(1979年)、80186(1982年)、80188、80286，am386.am486.5x86，5k86等，每款产品又可细分为多种型号。其中，AMD 8080、8085、8086、8088、80186、8018、880286都是基于Intel 8080核心技术，性能和市场定位与Intel同名产品基本相同。

Am386
Am386（1991年发布）有SX和DX之分，分别对应于intel 386SX和386DX。DX系列是32位处理器，SX是标准16位处理器（Intel 386SX为准32位，内部32位，外部16位）。

Am486
Am486共有486DX.486DX2,486DX4,486SX2常见型号。最高频率为486DX4的120MHz，频率首次超过Intel同类产品。

5x86
Am5x86则是AMD在486时代的巅峰之作，频率133MHz（33外频X4），0.35微米工艺，16 KB L1缓存，性能直追Intel Pentium 75。


其余各核心图片欣赏：

8080

8085

8086

8088

80186

80286

5k86
[3.K5：AMD开始独自设计CPU]
486之后，CPU没有按以前的规律进入586时代。因为Intel眼见其他厂商跟在自己屁股后面享受“大树底下好乘凉”的好处，实在愤愤难平，于是打算把“586”申请成为商标，这样其他厂商就不能再使用586的名字了，无奈美国商标法规定数字不能作为品牌名称，只得放弃，重新为产品取名为“Pentium”，其中的“pent”源自于拉丁文的数字“5”，自此CPU开始了品牌时代。
AMD也因此另起炉灶，开始设计生产自己的新CPU―K5系列，并与1996年发布。K5系列拥有5条整数处理单元，1条浮点处理单元（Pentium有两条），两倍于Pentium的16 KB L1缓存，4倍于Pentium的分支预测单元（但实际性能并没有这么大的差距），而且K5并不支持MMX指令。总的来说，K5的性能更接近于Pentium Pro而不是Pentium，它的浮点性能稍弱于Pentium，但强于Cyrix的6x86（Cyrix推出的与Pentium竞争的产品）。
K5系列CPU的频率一共有六种：75/90/100/120/133/166。有意思的是，K5系列的名字里也用了PR前缀，不过标注的频率就是它的实际运行频率。总之，K5作为AMD自立门户设计生产的第一款自有品牌CPU，并不算成功。上市时间晚，浮点性能不济是它的致命伤，只是依靠低廉的价格吸引了部分消费者。

K5PR75

[4.K6:革新从我开始]
K5在市场竞争失利之后，AMD于1996年收购了NexGen，融合NexGEN 686的先进技术一举于1997年4月推出了K6处理器。虽然名字延续了K5,但K6几乎是重新设计（以N686处理器为基础）。K6加入了MMX支持，64 KB L1缓存（又比Pentium MMX大了一倍），整体性能方面与Pentium MMX差不多，不过浮点性能依然差些。K6的频率涵盖了从166MHz到266MHz的范围，期间工艺也升级到了0.25um。名称方面与Penntium II一样也带个“2”字-K6PR2。

K6/PR2-166

[5.K6-2：再接再厉终铸辉煌]
K6得到市场的好评之后，AMD趁热打铁于98年及时推出了K6-2。在K6的基础上做了大量改进，最重要的一点就是加入了3DNOW！指令。当时3D加速刚开始兴起，3DNOW！指令大大加强了CPU的3D处理能力，仅凭这一点就足以吸引大量用户。K6-2使用先进的0.25um工艺制造，核心面积从168mm2降到了68mm2，工作电压降低到2.2V，发热量很低，而且大部分K6-2并没有锁倍频，这让超频用户兴奋不已，普通的K6-2就能超到350MHz，如果配以MVP4和ALI阿拉丁5芯片组，其性能可直追售价高昂的Pentium 266。
K6-2期间还有过一次小的升级-K6-2+,主要面向移动市场，加入PowerNow！节能技术，增加了128KB L2缓存，并使用0.18um工艺制造（本质更像K6-III的简化版），不过这个版本影响不大，很快就被K6-III取代了。K6-2造就了AMD的第一次辉煌，也让后来的产品更加值得期待。

经典的K6-2 266

[6：K6-III：英雄终迟暮]
1999年推出的代号为"Sharptooth"的K6-III成了AMD支持Super 7平台架构和CPGA封装的绝唱，这款产品是AMD为对抗Pentium III而推出的杀手锏。本质上讲，K6-III不过是K6-2增加了256KB全速L2缓存(Intel的L2缓存为128KB),同时这也让它的晶体管数量达到了24.1M。还有，K6-III还可支持板载L3缓存。K6-III 400在市场上的销量不错，而K6-III 450则成了当时市场上最快的CPU。K6-III尽管性能不错，但AMD新一代产品发售在即，它最后还是早早退出市场。

K6-III 400

[7:Athlon：开创AMD品牌新时代]
1999年6月23日，AMD又推出了新一代CPU产品。这一次AMD终于不再跟风，而是取了一个全新的名字-Athlon。这是一个古希腊字，意为“运动冠军/奖杯”。值得一提的是它的设计者德克 梅尔（Dirk Meyer,）正是AMD公司的新任CEO，当时他还是DEC Alpha项目的首席工程师。Athlon也正是DEC和AMD合作研发的，使用了DEC公司的EV6总线，拥有点对点传输，支持200MHz外频等优点。
另外，之前的AMD CPU的插槽方式都是物理兼容于Intel的（不过针脚定义不同，不能混用），但是Intel基于竞争压力取消了Slot 插槽对其他厂商的兼容授权，AMD不得不开始推出自己的接口标准。于是在Athlon上AMD启用了全新的 Slot A接口标准，真正地开始了与Intel 的分庭抗礼。Athlon还用上了AMD与摩托罗拉公司合作开发的铜互联技术，这是AMD首次在生产技术方面首次领先Intel。
Athlon经过K7“Argon”（250nm工艺），K75“Pluto/Orion”（180nm工艺）的发展后，在第三代“Thunderbird”（雷鸟）核心达到了巅峰状态，其中雷鸟1GHz更是先于Pentium III达到标志性的GHz，最高1.4GHz。当时雷鸟CPU在市场上炙手可热，几乎所有玩家都以拥有雷鸟1GHz为荣，可以说当时的雷鸟是AMD最成功的产品，赚尽了好评，也赚尽了金子。

极为经典的雷鸟850

[8：Duron：与Celeron棋逢对手]
市场上的大获成功让Athlon不再是低端的代名词，Athlon脱离了低端市场，AMD迫切需要一款新产品占领低端市场，同时Intel推出Celeron面向入门级市场，于是在2000年AMD顺理成章地拿出了Duron（毒龙）这一品牌。和Intel的做法类似，毒龙也只是削减二级缓存容量（仅有64 KB大小），降低前端总线频率，其余的与Athlon基本相同。
最早的毒龙代号Spitfire，生产于2000到2001年，基于雷鸟核心的Athlon，频率介于600到950MHz。其中的毒龙600在超频史上也是赫赫有名，虽然AMD进行了锁频，但毒龙600还是很容易超到1GHz。第二代毒龙代号Morgan基于180nm的Palomino核心Athon XP，支持Intel SSE多媒体指令，更多的TLB，支持硬件数据预读，集成温控二极管，其频率介于900到1300MHz。
第三代代号Applebred或Appalbred，基于Thoroughbred核心Athlon XP，当时有1.4，1.6,1.8GHz三款可选择。当时有玩家研究后发现，Applebred核心毒龙其实是Thoroughbred核心Athlon屏蔽了部分L2缓存而来，而且有很大几率还原为拥有256KB 全速L2缓存的Athlon。尽管AMD很快更改芯片设置使之不能再还原成Athlon，但是这一发现已足以让玩家兴奋不已。（有些人要庆幸自己的好运了）。可惜的是，毒龙存在的时间并不长，到了2004年因市场竞争AMD终止了毒龙品牌，取而代之的是另一个品牌。

Spitfire核心Duron近照

[9. Athlon XPR命名法大显其道]
转眼间到了Pentium 4时代，频率大战中Intel依靠P4超高的流水线又占到了上风,尤其是Pentium 4 1.7GHz的频率压得AMD的产品抬不起头来。AMD认为Intel的处理器频率虽高，但是性能只相当于自己的低频产品，就采用P-Rating（性能等级）方法给自己的处理器重新命名（说白了就是AMD看自己的孩子吃亏了，就不干了，想重新洗牌），称为Athlon XP PR，其中XP代表eXtreme Performance（极致性能）。

Athlon XP的PR命名法让人有些摸不清头脑
Athlon主要经历了四次核心，2001年面世的Palomino是第一代，工艺依然为0.18um，相比前代最主要的是增加了Intel SSE指令支持，这使得它的多媒体性能大为提升。同时功耗有了20%左右的下降，同样的工艺下最高频率达到了1.7GHz（2100+）。Palomino核心实际上是移动PC准备的，名为Mobile Athlon 4，同样还衍生出熟知的多路服务器处理器-Athlon MP。
第四代Thoroughbred核心首次使用0.13um工艺，前端总线提高到333MHz，AMD也因为更改了PR计算公式。第五代Barton核心的L2缓存达到了512KB，前端总线频率为400MHz（200x2）。Thorton核心则像是Barton阉割了一半L2缓存，因为性能类似于T-bred核心Athlon XP。这期间Barton 2500+（低端些的是Barton 1800+）因其良好的超频性能大受瞩目，成就了K7架构在市场上最后的辉煌时刻。

T-bred核心XP 1700+

Barton 2500+，一代超频明星

[10.K8:大锤带来64位新纪元]
2003年9月23日AMD发布了跳票多时的第八代处理器-K8系列。首发的是面向服务器市场代号为SledgeHammer的Opteron，接着是代号CawHammer的桌面处理器，正式定名为Athlon 64。作为AMD潜心研制5年之久的重量级大作，Athlon 64身上集成了大量新技术。
这是首款集成了双通道内存控制器的CPU，显著降低了内存读取延迟，内存读写性能成了AMD的强项。K8采用HyperTransport点对点传输。HT总线传输速度达到了普通技术的40倍，极大地改善了处理器与I/O设备的通讯带宽。指令方面则支持AMD和Intel所有32 X86指令集，包括MMX，3DNOW!PRO（整合3DNOW!和SSE指令），SSE2等。生产工艺上也率先使用了SOI（Silicon on Insulator）绝缘硅技术，提高了产品的性能。

K8核心架构
Athlon 64最主要也是最吸引人的功能则是提供了名为X86-64的64位运算技术。X86-64有两种运算模式，兼容模式和64位模式。前者使其可以在64位下执行普通的32位和16位程序，后者则可以进行纯64位计算。这是桌面处理器首次拥有兼容的64位技术（Intel的IA-64技术不支持普通的32位运算），在这一点上Athlon 64意义非凡。

K8正式开启64位时代
面对AMD以64位技术相逼，Intel多次公开宣称桌面64位技术并没有实际需求（实际上到现在64位技术也没有真正的应用和普及，但硬件提前做好未来技术的支持无疑是非常必要的），他们不打算迅速跟进。不过面临AMD巨大的竞争优势，Intel还是被迫在2004年推出了自己的EM64T 64位技术。由于微软不打算再为Intel单独开发64位操作系统，EM64T实际上就是AMD的X86-64技术。这也算是AMD首次引领X86处理器的技术发展吧。
这一时期的杰出代表当属Athlon 64 3000+，低廉的价格，优异的性能是它的制胜法宝，而且发热量较低，超频性能出众，适当调高一些核心电压就能让它性能有极大增强，成为当时装机热门之选。

Athlon 64 3000+，单核时代平民游戏超值


[11.Athlon 64 X2：真假双核的口水战]
2005年Intel率先发布了双核处理器——Pentium D系列，此时AMD的双核处理器未上市，但是真刀真枪还未登场，口水仗先打起来了，AMD指责Intel的双核处理器并非真双核，充其量只是双芯，是在欺骗消费者。对此Intel回应说“爱咋咋地，消费者才不管是不是真双核，只要性能强劲就够了”。虽然打起嘴仗，AMD实际上也没闲着，也紧接着于2005年5月31日发布了自己的Athlon 64 X2双核处理器。

X2的发布代表着AMD双核时代的到来
源自K8的优良架构使得AMD的双核处理器性能非常强劲，可以轻易地在测试和游戏中击败Pentium D系列，再加上AMD一贯的性价比优势，Athlon 64 X2在市场上深得人心。X2系列使用名为TLP的技术增强了CPU的多线程处理能力，在音视频编码和专业渲染软件上可以大大缩短时间。X2系列一共有Manchester，Toledo，Wisdor，Brisbane四种核心，其中在Brisbane时代，AMD推出了低功耗版本，命名方式也有了变化，名字中不再包含64字样，因为AMD认为现在所有的处理器都已支持 64位技术，不用过分强调了。
不过这一时期AMD的产品规格较为混乱，高低端接口不一，同时为降低成本削减L2缓存也造成了同型号产品L2缓存却不一样的尴尬局面，让消费者选择时颇为费心。此间的明星当属X23600+和黑盒5000+。前者因价格便宜量又足成了“平民的法拉利”，为普及双核做了贡献，黑盒5000+则因不锁倍频成了超频爱好者的最爱。简单调整下倍频就能超到3GHz，而价格却很便宜。现在虽然已经被更强的5400+取代，但是5000+的功绩还是无法取代。

Athlon 64 X23600+

黑盒5000+带来超频新概念


[12.Athlon FX：地球上最快的单核CPU]
Intel拥有定位顶级的Pentium EE至尊版，AMD又怎能没有相对应的产品呢？于是AMD也推出了自己的至尊CPU：Athlon FX，定位顶级玩家尤其是游戏玩家，每款Athlon都是基于同时代的Athlon 64核心，但是不锁倍频，任由玩家超频或者降频（估计买得起的玩家没一个这么干吧）。

AMD的至尊级CPU
FX系列共发展了三代，FX-50是单核心设计，其中FX-57在当时可以荣膺地球上最快的单核心处理器的称号，许多玩家和媒体都用它来搭建顶级平台冲击超频记录或者进行高端测试。FX-60是双核心，最新的FX-70系列则支持AMD Quad FX platform.,可以使用两块FX-70 CPU并行工作。虽然FX系列拥有无与伦比的性能，但是发热量大，价钱更是死贵死贵的，注定了它只能限于个别场合（顶级产品好像都有这个问题），用得上的大呼过瘾，买不起的也不会关注这类产品。

单核时代最强者-FX-57


[13.Sempron：低端放着我来]
2004年全新Sempron接过了前辈毒龙的枪，与Celeron D争夺销量最大的低端市场。第一代闪龙基于Athlon XP的T-bred或Thorton核心，Socket A插槽，256 L2缓存，166MHz外频，基于Barton核心的Sempron 3000+拥有512K L2缓存，也是市场的热门之选，200多的价格颇受低端用户青睐。

早期Socket A Sempron 3000+
第二代闪龙使用Athlon 64的Paris及Palermo核心，Socket 754插槽，拥有K8系列的优良架构，但不支持64位技术，直到2005AMD才跟随Intel在低端产品中加入64位技术，这时的闪龙被称为 Sempron 64，不过并非官方命名。2006年推出的闪龙开始支持双通道DDR2内存，AM2插槽，普通版功耗62W,低功耗版只有35W，适合那些追求低功耗低噪音的玩家。

双核闪龙2100+，最便宜的双核
今年早期则推出了双核闪龙，首款产品为Sempron 2100+，上市后价格直线下滑，现今只有200出头，低廉的价格早已让单核处理器没有了市场。


[14.K10：飞龙在天待何时？]
AMD的K8架构在市场已经存在4年多，虽然架构非常优异，但是已略显疲惫，而且Intel在2006年凭借Core架构成功实现了逆转，重夺性能第一,相比之下，AMD的产品倒成了高功耗低性能的代表了。（Intel：风水轮流转，你AMD也有今天啊），AMD只有不断降价，硬生生把以前的高端产品Athlon X2降成了低端产品，当然消费者可以偷着乐了。

Phenom X4承载着AMD的希望
忍耐多时之后，2007年AMD宣布了它的第十代架构产品-Phenom（羿龙）。（标题上的飞龙并非正式名称）。正式产品有四核心Phenom X4 9000（代号Agena），三核心Phenom X3 8000（代号Toliman），双核心产品继续沿用Athlon，双核的有代号Kuma的6xxx系列，单核有代号Lima的1xxx，入门级继续由代号Spartar的单核闪龙承担。
K10采用HT3.0总线，系统带宽最大可达14.4GB/s，2MB L2缓存，共享至少2MB L3缓存，Socket AM2+接口，集成内存最高支持DDR2-1066,暂不支持DDR3，128位浮点运算单元，65nm SOI工艺生产,TDP功耗95W。K10上使用大量节能技术，支持Cool'n'Quiet 2.0，独立动态核心技术“CoolCore”，开启节能后可大幅降低系统功耗。羿龙的竞争对手本该是Intel 45nm Penryn核心处理器，然而实测中，对付英特尔E6000系列都不能取得明显优势。

B3步进的phenom终于消除了让AMD难堪的TLB Bug
羿龙最知名的应该是它的TLB Bug问题。B2步进的羿龙TLB有个错误，导致频率无法提升，虽然几率极低，而且主要出现在商用场合，对普通用户没什么影响。但这严重影响了羿龙的形象，阻挡了用户拥抱羿龙的决心。今年初，B3步进的羿龙解决了TLB Bug，但是先机已失，而且B3步进的羿龙性能并未有多少提高，而且发热量巨大，高端的Phenom 9950一度因没有主板可以支持其140W的TDP而面临无板可用的尴尬。

Spider（蜘蛛）预示AMD开始走平台化之路
还好AMD在收购ATI之后推出了Spider平台，利用780芯片组+R600显卡+Phenom的组合拳来曲线竞争，这一着算是击中了Intel的软肋，Intel暂时还没有显卡产品线。AMD采取了灵活的市场策略，高端四核拿不出有效武器，就在中端市场祭出三核X3 8000系列对抗Intel的双核产品，低端则靠旧有产品的价格优势抢占市场，这一田忌赛马的策略至少保住了AMD的基本盘。等到年底，AMD的45nm工艺的新核心羿龙将开始量产，那时候有望与Intel 45nm产品正式较量一下。

9850黑盒版

热门的X3 8750三核处理器

[15.Fusion，Bulldozer….无法预见的未来]
K10的出师不利让AMD K8时代的光荣远离而去，未来AMD到底能拿出什么样的产品现在谁也无法预料，唯一可以预料的这将是一场苦战，因为Intel下一代Nehalem平台也即将于10月面世，据透露，其性能将比现有的Core架构高20%,左右，如果真是如此，那AMD的境况更加堪忧，不过AMD也并非没有希望。下一代K11桌面版处理器，目前只知道代号Bulldoze（推土机），支持AMD提出的SSE5指令集，原生支持8-16核，支持DDR3内存，每核心1MB L2缓存，共享6MB L3缓存，使用AMD 45nm工艺生产。至于性能，可以期待，但因为没有实际测试谁也不敢断定到底如何。

疑问之后，AMD能否带给人们新的惊喜
真正值得关注的应该是AMD的Fusion，它将带来CPU历史最大的变革之一：集成GPU功能。尽管初期的方案只是把一块低端级别的显示芯片跟CPU封装在一起，而且主要是面向对显示性能要求不高的移动市场，但这无疑也是巨大的进步。试想一下，在不远的将来，你只需要一个芯片就能实现CPU+GPU的功能，那该是如何让人兴奋。当然，要想实现这一步AMD还需要很多工作要做，如果AMD成功做到这一点，那它将会真正成为CPU市场的领导者。对此，我们只有耐心等待。