Взлёты, падения и возрождение AMD

8,3K

Компания AMD является одним из старейших промышленных производителей микропроцессоров. Вот уже 50 лет она привлекает к себе внимание любителей высоких технологий. Её история довольно захватывающая, наполненная героическими успехами, глупыми ошибками и близостью к забвению. Многие другие компании в полупроводниковой промышленности успели родиться и умереть, но AMD пережила много ударов, историй, руководителей и судебных процессов.

В этой статье мы вспомним о прошлом компании, изучим повороты её судьбы на пути к настоящему времени и подумаем над тем, что ждёт AMD в будущем.

Путь к славе и богатству

История начинается в США в конце 1950-х годов. Страна процветала после Второй Мировой войны. Именно США были наиболее подходящим местом для технологических прорывов.

Продолжение после рекламы

Компании вроде Bell Laboratories, Texas Instruments, Fairchild Semiconductor нанимали лучших инженеров, став первыми во многих областях. Именно тогда были созданы биполярные плоскостные транзисторы, микросхемы, полевые МОП-транзисторы и многое другое.

Молодые инженеры исследовали и разрабатывали всё более интересные продукты. Однако, осторожные руководители помнили времена, когда мир был полон страха и нестабильности. Среди инженеров нарастало разочарование и желание самим принимать решения.

В 1968 году два сотрудника Fairchild Semiconductor по имени Роберт Нойс и Гордон Мур ушли из компании и основали собственную под названием N M Electronic. Через несколько недель после своего рождения компания была переименована в Integrated Electronics, или сокращённо Intel.

За ними последовали другие и менее чем через год из компании ушли еще 8 человек. Они основали Advanced Micro Devices (AMD), которая занималась разработкой и производством электроники.

Возглавлял эту группу Джерри Сандерс, бывший директор маркетинга в Fairchild. Они начали вносить изменения в дизайн компонентов производства Fairchild and National Semiconductor вместо того, чтобы напрямую конкурировать с компаниями вроде Intel, Motorola, IBM. Последние расходовали значительные суммы денег на исследования и разработку микросхем.

Такое скромное начало и скорый переезд из Санта-Клары в Саннивейл в Силиконовой Долине в Калифорнии помогло AMD предлагать продукты с повышенной эффективностью и скоростью. Эти микрочипы соответствовали военным стандартам качества США, что давало значительное преимущество в молодой компьютерной промышленности.

В те времена надёжность и постоянство производства были не на высоте.

Когда Intel в 1974 году выпустила первый 8-битный микропроцессор 8008, AMD была публичной компанией с более чем 200 продуктами. Четверть из них была собственной разработки, включая чипы оперативной памяти, логические схемы, bit shifters. В следующем году появился ряд новых моделей. Например, собственное семейство микросхем Am2900 и 8-битные Am9080 2 МГц, полученная методом обратной инженерии копия Intel 8008. Последний представлял собой набор компонентов, которые теперь полностью интегрированы в центральные и графические процессоры.

Продолжение после рекламы

35 лет назад блоки арифметических вычислений и контроллеры памяти представляли собой отдельные чипы.

Открытый плагиат разработок Intel по современным стандартам кажется шокирующим, но в те времена это было нормальным. Клон процессора в итоге был переименован в 8080A, когда в 1976 году AMD и Intel подписали соглашение о взаимном лицензировании. Казалось бы, такая сделка дорого стоит, но она обошлась в $325000. По современному курсу это $1,65 млн.

Эта сделка позволила AMD и Intel наводнить рынок очень прибыльными чипами. В рознице они стоили чуть более $350, для военных закупок в два раза дороже. В 1977 году был выпущен процессор 8085 (3 МГц), затем 8086 (8 МГц). Развитие разработки и производства привели к появлению в 1979 году процессора 8088 (5-10 МГц). В том же году стартовало производство на заводе AMD в Остине, штат Техас.

Когда IBM в 1982 году начала переводить свои мейнфреймы в так называемые персональные компьютеры, компания решила отдать разработку процессоров на аутсорс. Был выбран Intel 8086, первый в истории процессор на архитектуре x86. Вторым источником процессоров стала AMD, чтобы поставки для IBM PC/AT не прерывались.

В феврале того года был подписан контракт между AMD и Intel. Последняя производила процессоры 8086, 8088, 80186, 80188 не только для IBM, но и для многих клонов. Например, одним из них была компания Compaq. AMD в конце 1982 года начала производить 16-битные процессоры Intel 80286 под названием Am286.

Это был первый по-настоящему значительный процессор для персональных компьютеров. Модели Intel предлагали тактовую частоту от 6 до 10 МГц, а AMD от 8 до 20 МГц. Это было началом противостояния за доминирование на рынке центральных процессоров. Intel что-то разрабатывала, а AMD пыталась сделать это лучше.

Это был период огромного роста рынка ПК. Заметив, что AMD предлагает Am286 со значительным преимуществом в скорости над 80286, Intel попыталась остановить конкурента. Компания лишилась лицензии на следующее поколение процессоров 386.

AMD обратилась в суд, на завершение которого ушло четыре с половиной года. Было принято решение, что Intel не обязана передавать AMD каждый новый продукт. С другой стороны, было сказано, что более крупный производитель нарушил соглашение доброй воли.

Отзыв лицензии Intel произошёл в критически важный период. Рынок компьютеров IBM ПК взлетел с 55% до 84%. Оставшись без доступа к спецификациям новых процессоров, AMD потратила 5 лет на анализ 80386 и его превращение в Am386. После завершения он в очередной раз превзошёл модель Intel. Оригинальный процессор 386 в 1985 году работал на частоте 12 МГц. AMD предложила процессор 33 МГц. Максимальная версия Am386DX в 1989 году была выпущена с частотой 40 МГц.

За успехом Am386 в 1993 году последовал релиз удачного Am486 МГц. Его производительность была примерно на 20% выше по сравнению с Intel i486 33 МГц по такой же цене. Это повторилось со всей линейкой процессоров 486. Intel 486DX работал на частоте 100 МГц, а AMD предложила процессор 120 МГц. Чтобы продемонстрировать успех компании в этот период, скажем, что доход у неё удвоился с $1 млрд. в 1990 году до более чем $2 млрд. в 1994.

В 1995 году AMD выпустила процессор Am5x86 на смену 486, предлагая возможность обновить старые компьютеры. Am5x86 P75+ работал на частоте 150 МГц.

Обозначение P75 указывало на производительность на уровне Intel Pentium 75. + показывал, что процессор AMD был чуть быстрее при работе с целыми числами.

Чтобы ответить на это, Intel поменяла названия своих процессоров. Am5x86 принёс AMD немалый доход от продаж новых компьютеров и обновления существующих. Как с Am286, 386 и 486, AMD продолжала расширять долю рынка за счёт интегрированных продуктов.

В марте 1996 года появился первый разработанный исключительно инженерами AMD процессор. Это был 5k86, позднее переименованный в K5. Он был создан для противостояния с Intel Pentium и Cyrix 6×86. Реализация этого проекта была важна для AMD. Здесь был более производительный блок для операций над числами с плавающей запятой по сравнению с Cyrix и почти на уровне Pentium 100. Производительность операций над целыми числами была на уровне Pentium 200.

В итоге это была упущенная возможность, поскольку проект страдал от проблем с разработкой и производством. Цели по частоте и производительности не были достигнуты, из-за чего продажи были слабые.

К этому времени AMD потратила $857 млн. в акциях на компанию NexGen без собственных производственных мощностей. Она занималась разработкой процессоров, а производила их IBM. AMD K5 и разрабатывавшийся K6 имели проблемы с масштабированием на высоких тактовых частотах около 150 МГц и больше. При этом NexGen Nx686 уже работал на тактовой частоте 180 МГц. После покупки Nx686 в превратился в AMD K6, а оригинальную разработку отправили на свалку.

Продолжение после рекламы

Рост AMD совпал со спадом Intel. Это произошло в начале жизненного цикла архитектуры K6, которая противостояла Intel Pentium, Pentium II и Pentium III. K6 принёс AMD успех, за что стоит поблагодарить бывшего сотрудника Intel Винода Дхама.

Его называют отцом Pentium. Он покинул Intel в 1995 году и перешёл в NexGen.

Когда K6 был выпущен в 1997 году, он стал качественной заменой Pentium MMX. K6 поначалу работал на частоте 233 МГц, потом в январе 1998 года версия Little Foot получила частоту 300 МГц. Chomper K6-2 в мае того же года работал на частоте 350 МГц, а в сентябре версия Chomper Extended взяла отметку в 550 МГц.

K6-2 принёс с собой набор команд AMD 3DNow! SIMD. Это аналог Intel SSE, который предложил упрощённый доступ к обработке чисел с плавающей запятой. Недостатком было то, что программистам требовалось внедрять в код новые инструкции. Патчи и компиляторы должны были быть переписаны для получения доступа к этим командам.

Как и первоначальный K6, K6-2 представлял большую ценность по сравнению с конкурентом и при этом зачастую стоил в 2 раза дешевле Intel Pentium. Последняя версия K6-III была более сложным процессором. Число транзисторов увеличилось с 8,8 млн. в первом K6 и 9,4 млн. в K6-II до 21,4 млн.

Использовалась технология AMD PowerNow!, которая динамически меняла тактовую частоту в зависимости от нагрузки. Максимальная частота достигала 570 МГц. K6-III был довольно дорогим в производстве и у него был относительно короткий жизненный цикл. В этом виновато появление K7, который лучше годился для конкуренции с Pentium III и более современными процессорами.

Начиная с 500 МГц процессоры Athlon использовали новый сокет Slot A (EV6) и новую системную шину, лицензию на которую приобрели у DEC. Её тактовая частота составляла 200 МГц против 133 МГц у Intel. В июне 2000 года появился процессор Athlon Thunderbird. Его многие полюбили за разгон. Здесь была поддержка памяти DDR RAM и кеш 2-го уровня на чипе.

Thunderbird и выпущенные после Palomino, Thoroughbred, Barton, Thorton на протяжении 5 лет боролись с Intel Pentium 4. Они стоили дешевле и были более производительными. Athlon обновили в сентябре 2003 года процессором K8 с кодовым именем ClawHammer. Лучше он известен под названием Athlon 64, поскольку к набору инструкций x86 здесь было добавлено 64-разрядное расширение.

Этот эпизод часто называют определяющим моментом в развитии AMD. Пока компания шла вперёд, в архитектуре Netburst инженеры Intel старались нарастить тактовую частоту любой ценой. Это был классический пример тупика.

Доход и операционная прибыль были отличными для относительно небольшой компании. Пусть не на уровне Intel, но AMD добилась успеха и жаждала большего. Однако, забравшись на вершину самой высокой горы, нужно приложить все усилия, чтобы остаться там. В противном случае путь ведёт только вниз.

Потерянный рай

Нельзя выделить какое-то одно событие, которое пошатнуло позиции AMD. Глобальный экономический кризис, проблемы в управлении внутри компании, неправильные финансовые прогнозы, последствия собственного успеха, удачи Intel. Всё это в той или иной степени сыграло свою роль.

Продолжение после рекламы

Давайте посмотрим, как обстояли дела в начале 2006 года. Рынок процессоров был насыщен предложениями Intel и AMD. Последняя выпускала чипы вроде отличной серии Athlon 64 FX на основе K8. FX-60 был 2-ядерным процессором с тактовой частотой 2,6 ГГц, а FX-57 одноядерным на частоте 2,8 ГГц.

Два этих процессора превосходили все остальные. Они были очень дорогие; FX-60 стоил больше $1000, как и Pentium Extreme Edition 955 3,46 ГГц. AMD имела преимущество и на рынке рабочих станций и серверов благодаря процессорам Opteron, которые опережали Intel Xeon.

Проблемой Intel была архитектура Netburst. Сверхглубокая структура канала требовала очень высоких тактовых частот, чтобы сохранять конкурентоспособность. Это увеличивало энергопотребление и нагрев. Данная архитектура достигла своего предела. Intel прекратила её развитие и вернулась к более старой архитектуре Pentium Pro/Pentium M для создания приемника процессора Pentium 4.

Сначала был представлен дизайн Yonah для мобильных платформ, затем в августе 2006 года 2-ядерный процессор на архитектуре Conroe для персональных компьютеров. Intel настолько нужно было сохранить лицо, что имя Pentium было отдано бюджетным моделям.

Вместо этого стали использовать название Core, а 13 лет доминирования бренда Pentium остались в прошлом.

Переход на энергоэкономичный чип с высокой пропускной способностью отлично соответствовал развитию рынка. Едва ли не в одночасье Intel вернула корону производительности в массовых процессорах и чипах для энтузиастов. К концу 2006 года AMD была уже далеко не на вершине рынка процессоров. Катастрофическое управленческое решение усугубило ситуацию ещё сильнее.

За 3 дня до релиза Intel Core 2 Duo AMD сделала анонс, одобренный генеральным директором Гектором Руисом (Сандерс покинул компанию за 4 года до этого). 24 июля 2006 года AMD объявила, что собирается приобрести производителя видеокарт ATI Technologies. Сумма сделки составляла $5,4 млрд. Из них $4,3 млрд. представляет собой наличные и займы, $1,1 млрд. составляли 58 млн. акций. Это был огромный финансовый риск. Данная сумма представляла собой 50% рыночной капитализации AMD в то время. Хотя покупка имела смысл, цена была слишком высокой.

ATI была сильно переоценена, поскольку и близко не приносила такого дохода. Как и Nvidia. У ATI не было собственных производственных мощностей. Компания была почти полностью основана на интеллектуальной собственности.

AMD в конечном счёте признала свою ошибку, когда частично списала $2,65 млрд. из-за переоценки стоимости имущества ATI.

Чтобы загладить недостаток управленческого предвидения, подразделение по выпуску карманных графических устройств ATI Imageon продали Qualcomm за $65 млн.

Продолжение после рекламы

Сейчас это подразделение называется Adreno, что является анаграммой от слова Radeon. Его продукты входят в состав мобильных процессоров Snapdragon.

32-разрядный процессор Xilleon для телевизионных кабельных коробок отправили в компанию Broadcom за $192,8 млн.

Кроме ненужных трат денег сыграл роль слабый ответ AMD на обновлённую архитектуру Intel. Через 2 недели после релиза Core 2 президент AMD Дирк Мейер объявил о завершении разработки процессора K10 Barcelona. Это был решительный шаг на серверном рынке. Чип был 4-ядерный, тогда как Intel Xeon были максимум 2-ядерные.

В сентябре 2007 года появился новый чип Opteron. Дать отпор Intel ему не удалось. В нём нашли баг, который в редких обстоятельствах мог привести к блокировке кеша «nested cache writes». Редко или нет, баг TLB привёл к остановке производства AMD K10. Обновление БИОС, которое исправляло проблему, приводило к снижению производительности на 10%. Когда через полгода вышли процессоры степпинга B3, удар по продажам и репутации уже был нанесён.

К концу 2007 года AMD выпустила 4-ядерный K10 для рынка ПК. К тому моменту Intel представила знаменитый процессор Core 2 Quad Q6600. На бумаге K10 имел превосходство. Все четыре ядра здесь были на одном кристалле, в отличие от Q6600 с двумя кристаллами внутри одного чипа. Вот только у AMD были проблемы с достижением нужной тактовой частоты и лучшая версия смогла набрать всего 2,3 ГГц. Это на 100 МГц меньше по сравнению с Q6600, а ещё процессор AMD был дороже.

Другое странное решение заключалось в названии модели Phenom. Intel перешла на Core, потому что слово Pentium стало синонимом дороговизны и большого энергопотребления при не очень высокой производительности. С другой стороны, имя Athlon компьютерные энтузиасты знали за высокую скорость этих процессоров. Первая версия Phenom была неплохой, но уступала Core 2 Quad Q6600. Последний уже был в продаже, а у Intel были и более быстрые процессоры.

Как ни странно, AMD приняла сознательное решение воздержаться от рекламы. Также она не занималась программным обеспечением. Таким образом сложно победить в полупроводниковой войне. Однако, рассказ о жизни AMD в эти годы был бы неполным без антимонопольных дел Intel. AMD сражалась не только с чипами Intel, но и с монопольной активностью компании. Например, она платила крупные суммы денег OEM-производителям, чтобы они не пользовались процессорами AMD.

В 1-м квартале 2017 года Intel заплатила Dell $723 млн, чтобы остаться единственным поставщиком процессоров и чипсетов для неё. Это 76% общей операционной прибыли AMD в размере $949 млн. Позднее AMD получила $1,25 млрд. за урегулирование дела, что довольно мало. Повлиять могло то, что во время проделок Intel сама AMD не могла удовлетворить спрос на процессоры со стороны потенциальных покупателей.

Intel могла обойтись без всего этого. В отличие от AMD, у неё были долгосрочные планы, более качественные продукты и разнообразие интеллектуальной собственности. Также у компании были денежные запасы. К концу первого десятилетия нового века доход Intel превышал $40 млрд., операционная прибыль была $15 млрд. Это обеспечивало огромные бюджеты для рекламы, исследований и программной разработки, а также создания заводов для производства собственных продуктов. Эти факторы влияли на проблемы AMD с долей рынка.

Продолжение после рекламы

Переплата за ATI и сопутствующие проценты по кредиту, слабая замена процессора K8 и выходящие слишком поздно проблемные чипы не внушали оптимизма. Однако, ситуация стала ещё хуже.

Шаг вперёд, шаг вбок и множество назад

К 2010 году мировая экономика так и не отправилось от кризиса 2008 года. Несколькими годами ранее AMD избавилась от подразделения по выпуску флеш-памяти и от всех производящих чипы заводов. Они превратились в компанию GlobalFoundries, которую AMD продолжает использовать для производства некоторых своих продуктов. Примерно 10% персонала AMD были уволены. Экономия и вливание средств позволили компании сосредоточиться исключительно на разработке процессоров.

Вместо улучшения дизайна K10 AMD начала новую разработку. К концу 2011 года была представлена архитектура Bulldozer. Если K8 и K10 были по-настоящему многоядерными процессорами с поддержкой одновременной многопоточности (SMT), новый процессор поддерживал так называемую кластерную многопоточность.

Разработчики взяли на вооружение модульный подход. Каждый кластер или модуль содержал два вычислительных ядра, но они не были полностью независимыми. У них были общие кеши инструкций L1 и данных L2, блоки декодирования и обработки операций с плавающей запятой. AMD отказалась от названия Phenom и вспомнила о славных днях Athlon FX. Первый процессор на архитектуре получил простое название AMD FX.

Суть изменений заключалась в сокращении размера чипа и повышении его энергоэффективности. Уменьшение размеров повышало процент выпуска годных чипов, что увеличивало прибыль. Улучшение эффективности позволяло повысить тактовые частоты. Масштабируемый дизайн делал процессоры пригодными для разных сегментов рынка.

Лучшая модель октября 2011 года FX-8510 обладала четырьмя кластерами. Её рекламировали как 8-ядерный процессор с восемью потоками. В это время процессоры обладали разными тактовыми частотами. Базовая частота FX-8150 была 3,6 ГГц, а частота Turbo 4,2 ГГц. Площадь чипа составляла 315 кв. мм, максимальное энергопотребление более 125 Вт. Intel выпустила Core i7-2600K с четырьмя ядрами и восемью потоками команд, частота достигала 3,8 ГГц. Он был значительно меньше по сравнению с процессором AMD с площадью 216 кв. мм, а расход энергии меньше на 30 Вт.

На бумаге новый FX должен был доминировать, но на практике его производительность оставляла желать лучшего. Иногда возможность обрабатывать много потоков команд одновременно ярко проявляла себя, но однопоточная производительность зачастую была не лучше, чем у процессоров Phenom, несмотря на более высокие тактовые частоты.

Вложив миллионы долларов в разработку Bulldozer, AMD не собиралась отказываться от неё. Приобретение ATI начало приносить плоды. В предыдущее десятилетие первая попытка AMD объединить центральный и графический процессоры под названием Fusion вышла неудачной. Зато этот проект дал компании необходимый опыт, чтобы выйти на новые рынки. В начале 2011 года была выпущена ещё одна новая архитектура под названием Bobcat.

Она предназначалась для энергоэкономичных продуктов, вроде встраиваемых систем, планшетов и ноутбуков. Дизайн полностью отличался от Bulldozer. Здесь было всего несколько каналов и ничего лишнего. Через несколько лет архитектура Bobcat получила необходимое обновление под названием Jaguar. Microsoft и Sony в 2013 году избрали процессоры на её основе для работы игровых консолей Xbox One и PlayStation 4.

Хотя прибыль от этого была относительно невелика, поскольку консоли продаются по минимально возможной цене, они разошлись миллионами и показали умение AMD создавать кастомные системы на чипах.

Компания продолжила развивать архитектуру Bulldozer. Ядра Piledriver принесли с собой монструозный процессор FX-9550 с TDP 220 Вт и частотой 5 ГГц. Steamroller и последняя версия под названием Excavator (представлен В 2011 году, продукты на его основе только 4 года спустя) были сосредоточены на сокращении расхода энергии вместо других новшеств.

К тому моменту структура наименования процессоров стала запутанной. Phenom ушли в историю, FX имели плохую репутацию. AMD снова внесла изменения и назвала настольные процессоры Excavator «Серия A».

Графическое подразделение компании также выдавало смешанные результаты. Бренд ATI использовался до 2010 года, после чего перешли на свой собственный. Созданная ATI архитектура была полностью переписана в конце 2011 года. Тогда состоялся релиз архитектуры Graphics Core Next (GCN). Она продержалась почти 8 лет, попав в игровые консоли, настольные компьютеры, рабочие станции и серверы. Даже сейчас она используется в интегрированных графических процессорах в составе APU.

Процессоры GCN наращивали вычислительную мощь, но структура у них была не лучшая. Самый мощный в истории AMD Vega 20 GPU в Radeon VII обладал производительностью 13,4 TFLOPs и пропускной способностью 1024 Гб/с, но в играх не мог на равных противостоять видеокартам Nvidia.

Видеокарты Radeon имеет репутацию слишком горячих, шумных и прожорливых. Первое поколение архитектуры GCN в Radeon HD 7970 потребляло более 200 Вт при полной нагрузке. Чип производила TSMC на техпроцессе 28 нм. Когда GCN была доработана окончательно в видеокартах Vega 10, чипы производила GlobalFoundries на техпроцессе 14 нм. Энергопотребление при этом меньше не стало и Radeon RX Vega 64 при максимальной нагрузке расходовала почти 300 Вт.

Хотя у AMD был приличный выбор продуктов, они могли бы быть и лучше и приносить больше денег.

К концу 2016 года компания теряла деньги четыре года подряд. В 2012 году финансы пострадали от последнего списания $700 млн. на GlobalFoundries. Уровень долга оставался высоким даже после продажи заводов и подразделений. Успех процессоров для Xbox и PlayStation мало помогал.

В общем, в финансовом плане перед AMD стояли большие проблемы.

Восход новых звёзд

Продавать стало ничего и инвестиции взять было негде. AMD оставалось только удвоить усилия и начать реструктуризацию. В 2012 году в компанию пришли два человека, которые сыграли важную роль в её возрождении.

Джим Келлер, бывший ведущий архитектор процессоров K8, вернулся в AMD спустя 13 лет и возглавил два проекта. Один был связан с архитектурой ARM для серверных процессоров, другой с x86. Майк Кларк, ведущий разработчик Bulldozer, стал главным архитектором.

К ним присоединилась Лиза Су, которая была исполнительным вице-президентом и генеральным менеджером в компании Freescale Semiconductors. Эту же должность она заняла в AMD. Су наряду с тогдашним президентом Рори Ридом считается ответственной за выход на рынки за пределами ПК, особенно в игровые консоли.

Через два года после появления Келлера в компании генеральный директор Рори Рид оставил свой пост. AMD возглавила Лиза Су. У неё есть докторская степень в области электроники Массачусетского Технологического Института и опыт исследований в сфере МОП-транзисторов с кремнием на изоляторе (SOI MOSFETS). Су обладала академическими знаниями и промышленным опытом, который был необходим для возвращения AMD на вершину. Конечно, ничего не происходит за один день. На разработку процессоров уходит несколько лет. AMD нужно было пережить эти годы.

Пока AMD продолжала испытывать проблемы, Intel покоряла новые высоты. Архитектура Core и технологические процессы заметно улучшились. К концу 2016 года доход компании составил почти $60 млрд. На протяжении ряда лет Intel использовала в разработке процессоров подход «тик-так». «Тик» означал новую архитектуру, «так» усовершенствование этой архитектуры, главным образом за счёт уменьшения техпроцесса.

Однако, за кулисами всё было не так гладко, хотя по огромным прибылям и почти полному доминированию на рынке это было сложно заметить. В 2012 году от Intel ждали чипов на передовом техпроцессе 10 нм в ближайшие три года. Этот этап «так» не состоялся. Первые процессоры 14 нм на архитектуре Broadwell выпустили в 2015 году. Принципиальный дизайн и техпроцесс не менялись на протяжении половины десятилетия.

У инженеров на фабриках постоянно были проблемы с процентом выпуска годных чипов на техпроцессе 10 нм. Из-за этого Intel каждый год приходилось дорабатывать старые техпроцессы и архитектуры. Тактовые частоты и энергопотребление росли каждый год, но новые архитектуры не появлялись. Возможно, это отголоски эпохи Netburst. Обладатели компьютеров были поставлены перед плохим выбором: взять какой-то мощный чип из линейки Core по высокой цене или выбрать более слабый и дешёвый процессор FX/A.

Продолжение после рекламы

Однако, AMD постепенно восстанавливалась. Она разыграла свои карты в феврале 2016 года на конференции Е3. Воспользовавшись анонсом долгожданной игры Doom, компания представила новую архитектуру Zen.

Мало что говорилось относительно нового дизайна, кроме фраз вроде «одновременная многопоточность», «кеш с высокой пропускной способностью» и «энергоэффективный дизайн finFET». Больше информации было дано во время Computex 2016, в том числе улучшение производительности на 40% по сравнению с архитектурой Excavator.

Это была очень амбициозная задача. Особенно в свете того, что каждая ревизия дизайна Bulldozer приносила лучшем случае 10% улучшений.

Потребовалось ещё 12 месяцев, прежде чем чип появился в продаже. После этого долгосрочные планы AMD стали очевидными.

Новые аппаратные разработки требуют подходящего программного обеспечения. Многопоточным процессором предстоял тяжёлый бой. Несмотря на наличие в игровых консолях 8-ядерных процессоров, большинство игр задействовали только 4 ядра. Основная причина была в доминировании Intel и в дизайне процессоров AMD для Xbox One и PlayStation 4. В первом случае применялся 6-ядерный процессор 2010 года по очень высокой цене, примерно $1100. Скоро появились и другие, но пришлось ждать ещё 7 лет, прежде чем Intel предложила по-настоящему доступный по цене 6-ядерный процессор. Это был Core i5-8400 менее чем за $200.

Проблема консольных процессоров была в том, что они состояли из двух 4-ядерных сегментов на одной плате. Из-за этого была большая задержка между двумя секциями процессора. По этой причине разработчики игр старались, чтобы игровой движок задействовал только одну секцию и использовали другую только для некоторых фоновых процессов. Только в мире рабочих станций и серверов была потребность в серьёзных многопоточных процессорах. До тех пор, пока AMD не решила по-другому.

В марте 2017 года пользователи домашних персональных компьютеров могли обновить их одним из двух 8-ядерных процессоров с 16 потоками команд. AMD отказалась от Phenom и FX в пользу процессоров Ryzen.

Они не были дешёвыми. Ryzen 7 1800X с частотами 3,6 и 4 ГГц стоил $500, более медленный 1700X предлагался на $100 дешевле. AMD хотела избавиться от восприятия продавца бюджетных процессоров. Впрочем, Intel продавала 8-ядерный Core i7-6900K более чем за $1000, так что на его фоне предложение AMD всё равно было намного доступнее.

Продолжение после рекламы

Архитектура Zen взяла лучшее у предыдущих и предложила структуру, которая максимально задействовала каналы. Чтобы сделать это, требовались значительные улучшения в системах конвейеров и кеша. Новый дизайн отказался от деления кеша L1/L2, которое есть в Bulldozer. Каждое ядро стало полностью независимым, появилось больше конвейеров, лучшее предсказание ветвлений и более широкая пропускная способность кеша.

Как и в случае с процессорами в игровых консолях Microsoft и Sony, Ryzen тоже представлял собой систему на чипе. Только здесь не было встроенного GPU. Позже в бюджетных моделях появился процессор GCN.

Кристалл был разделён на две секции под названием CPU Complexes (CCX). Каждая из них содержала четыре ядра и обрабатывала 8 потоков команд. Ещё здесь был процессор Southbridge, отвечающие за контроллеры и шины PCI Express, SATA, USB. Теоретически материнские платы могли обойтись без собственной шины, но почти на всех она была. Это расширяло количество доступных для подключения устройств.

Это никому не было бы интересно, не будь у Ryzen достаточно высокой производительности. AMD постаралась улучшить ситуацию в этой сфере после многих лет отставания от Intel. Модели 1800X и 1700X не были идеальными. Они не уступали Intel в профессиональных сферах применения, но отставали в играх.

У AMD на руках были и другие карты. Через месяц после появления в продаже первых Ryzen вышли модели Ryzen 5 с 6 и 4 ядрами. Через два месяца появились 4-ядерные Ryzen 3. Они выглядели на фоне процессоров Intel так же, как более старшие модели, но по цене были намного привлекательнее.

Затем появился козырь в лице 16-ядерного Ryzen Threadripper 1950X с 32 потоками команд по цене $1000. Для серверов предлагались процессоры EPYC с 32 ядрами и 64 потоками. Эти гиганты состояли из двух и четырех Ryzen 7 1800X соответственно на одном чипе. Использовалась новая система связей Infinity Fabric для передачи данных между ними.

В течении 6 месяцев AMD продемонстрировала, что может конкурировать на всех возможных рынках персональных компьютеров на x86 всего лишь благодаря одной архитектуре.

Через год архитектура была обновлена до Zen+. Была улучшена система кеша и отказались от техпроцесса GlobalFoundries 14LPP в пользу более современного 12LP. Размер чипа остался неизменным, однако новый техпроцесс позволил повысить тактовые частоты.

Летом 2019 года AMD выпустила архитектуру Zen 2. На этот раз изменения были более значительные и стал популярным термин «чиплет». Вместо монолитной конструкции, где каждая часть процессора находится на одном куске кремния, как у Zen и Zen+, инженеры отделили Core Complexes от системы связей.

Core Complexes производила TSMC на техпроцессе N7. Это были полноценные чипы, откуда и пошло название Core Complex Die (CCD). Структура ввода-вывода производилась предприятиями GlobalFoundries. Модели Ryzen для настольных ПК использовали техпроцесс 12LP, а процессоры Threadripper & EPYC создавались на техпроцессе 14 нм.

Дизайн чиплетов был улучшен для Zen 3, которые ждут в конце 2020 года. Наверняка изменения будут напоминать Zen+. Это означает улучшение кеша, энергоэффективности и тактовой частоты.

За 8 лет архитектура Zen от чистого листа бумаги дошла до конкурентоспособных реальных продуктов. Процессоры начинались от 4-ядерных с 8 потоками по цене $99 до 64-ядерных со 128 потоками за $4000.

В результате финансовое состояние AMD значительно улучшилось. От миллиардных потерь и долгов AMD перешла на операционную прибыль более $600 млн. Архитектура Zen может быть не единственным фактором успеха, но она значительно поспособствовало ему.

Графическое подразделение компании тоже проявляет себя всё лучше. В 2015 году ему была дана полная независимость и оно стало называться Radeon Technologies Group (RTG). Наиболее значительной разработкой инженеров стала архитектура RDNA, переработанная GCN. Изменения в структуре кеша и в размере и расположении вычислительных блоков позволили видеокартам лучше проявлять себя в играх.

Первые модели на новой архитектуре относились к серии RX 5700 и показали её серьезный потенциал. Это не прошло незаметным для Microsoft и Sony. Они выбрали Zen 2 и обновлённый вариант RDNA 2 для будущего поколения игровых консолей Xbox и PlayStation 5.

Хотя успех Radeon Group не был таким же масштабным, как у подразделения по выпуску процессоров, и видеокарты компании рассматриваются как лучшие среди доступных по цене, компания вернулась во времена Athlon 64 в плане разработки архитектур и технологических инноваций. Можно сказать, что AMD возродилась из пепла.

Взгляд в будущее с умеренным оптимизмом

Возникает вопрос: может ли AMD вернуться в тёмные времена некачественных продуктов и отсутствия денег?

Даже если 2020 год окажется для компании отличным и результаты 1-го квартала на 40% лучше по сравнению с показателями годичной давности, доход в $9,4 млрд. уступает Nvidia ($10,7 млрд. в 2019) и тем более Intel ($72 млрд.). У Intel намного больше продуктов и собственные заводы, а вот Nvidia зарабатывает почти исключительно на видеокартах.

Доход и операционная прибыль должны расти, чтобы будущее AMD было более стабильным. Как этого достичь? Значительная часть дохода приходит от подразделения Computing and Graphics. То есть это продажи процессоров Ryzen и видеокарт Radeon. Они должны продолжить улучшаться, поскольку Ryzen получились очень конкурентоспособными. Архитектура RDNA 2 становится популярной платформой для игр не только на консолях, но и на компьютерах.

Последние процессоры Intel для ПК теряют преимущество в играх. Им не хватает широты функциональных возможностей Zen 3. Nvidia лидирует на рынке видеокарт, но в среднем ценовом сегменте видеокарты Radeon навязывают борьбу. Это может быть только совпадением, но хотя RTG является совершенно независимым подразделением AMD, его доходы и операционная прибыль в отчётах объединяют с процессорами. Это наводит на мысль, что видеокарты не приносят столько же денег, сколько процессоры, несмотря на их популярность.

Большей проблемой является то, что подразделения Enterprise, Embedded и Semi-Custom в 1-м квартале принесли меньше 20% прибыли, а также операционные убытки. Это можно объяснить тем фактом, что продажи приставок текущего поколения Xbox и PlayStation падают из-за появления Nintendo Switch и грядущего выпуска новых моделей Microsoft и Sony. Intel доминирует на корпоративном рынке. Обладатели датацентров стоимостью в миллионы долларов не собираются обновлять их только потому, что появился новый интересный процессор.

В ближайшие пару лет это может измениться. В первую очередь благодаря новым игровым консолям, но также из-за неожиданного союза. Nvidia выбрала AMD вместо Intel для поставки процессоров в новые вычислительные кластеры DGX 100 глубокого обучения и ИИ. Причина простая: процессор EPYC имеет больше ядер и каналов памяти, а также более быстрые шины PCI Express по сравнению с предложениями Intel.

Если Nvidia готова пользоваться продуктами AMD, то другие и подавно. AMD стоит перед крутой вершиной, но сейчас кажется, что она имеет все возможности забраться на неё. TSMC продолжает усовершенствовать технологический процесс N7, поэтому чипы AMD на нём будут становиться только лучше.

В некоторых областях AMD есть ещё к чему стремиться. Например, в плане маркетинга. Фраза Intel Inside существует уже больше 30 лет. AMD потратила немало денег на продвижение Ryzen, но ей нужны производители вроде Dell, HP и Lenovo, чтобы они продавали на её процессорах устройства такого же уровня, как на процессорах Intel.

Что касается программного обеспечения, проделано немало работы над приложениями для удобства пользователей, такими как Ryzen Master. Однако, ещё недавно драйверы Radeon имели широко распространённые проблемы. Игровые драйверы могут быть очень сложными, но их качество может вознести видеокарты на пьедестал или заставить покупателей отвернуться от них.

Позиции AMD сейчас сильны как никогда за её 51-летнюю историю. Амбициозный проект Zen продолжает развиваться и обеспечивает успех компании. Однако, она пока не на вершине и это может быть хорошо. Говорят, что история повторяется, но хочется верить, что этого не произойдёт. Конкурентоспособная AMD не даст расслабиться Intel и Nvidia, что будет только к лучшему для покупателей.