Материнская плата под Socket 7 – ASUS P55T2P4

Одними из наиболее памятных соперников Pentium на начало 1997 года выступали процессоры AMD K5, но говорить о том, что они могли предложить сравнимый уровень быстродействия, к сожалению, было невозможно. С одной стороны AMD смогла сделать весьма продвинутый с инженерной точки зрения процессор, в котором нашла свое место масса прорывных для того времени микроархитектурных решений. Так, в K5 присутствовал декодер инструкций, переводящий сложные CISС-инструкции в RICS-микрооперации, и поддерживалось внеочередное исполнение команд. Однако с другой – технически сложный дизайн оказалось не очень-то просто воплотить в кремнии, поэтому в конечном итоге K5 смог стать лишь бюджетным предложением, несмотря на то, что его полупроводниковый кристалл был примерно на 30 процентов крупнее, чем у конкурирующих Pentium. Серьезная проблема заключалась в том, что процессорам K5 не удавалось развивать приемлемые тактовые частоты, и 133-мегагерцевый барьер был для них непреодолимым препятствием. Тепловыделение же при этом оказывалось значительно выше, чем было принято в то время. К тому же, как выяснялось в процессе эксплуатации, K5 были свойственны и некоторые проблемы совместимости: не все программное обеспечение, изначально ориентированное на интеловские процессоры, работало в системах на базе K5 безупречно.

AMD K5 PR200

В конечном итоге это привело к тому, что AMD K5 продавались крайне плохо, и более популярным альтернативным Pentium вариантом в конце 1996 – начале 1997 года удалось стать чипу 6x86 (M1) компании Cyrix. Как и K5, процессоры 6x86 были совместимы с платформой Socket 7 и могли использоваться в тех же самых материнских платах, что и Pentium. Но микроархитектура у них была своя собственная. Подобно K5, они поддерживали переименование регистров, внеочередное и упреждающее исполнение команд, но при этом они оперировали x86-инструкциями напрямую, не прибегая к декодированию микроопераций. Такой подход давал в то время неплохие результаты. В большинстве случаев производительность Cyrix 6x86 была вполне достаточна, и на одинаковой тактовой частоте эти процессоры были способны даже превосходить Pentium. Но портила все ситуация с совместимостью. С программным обеспечением, разрабатываемым под интеловские CPU, у Cyrix 6x86 часто возникали проблемы, и во многих случаях разработчикам приходилось выпускать даже специальные патчи. Но еще большей неприятностью оказалась недостаточная производительность блока FPU. По этой причине многие популярные в то время компьютерные игры (тот же Quake) работали на Cyrix 6x86 заметно медленнее, чем на оригинальных Pentium.

Cyrix 6x86-P166

Таким образом, соперники Petnium были достаточно слабы. Тем не менее, несмотря на отсутствие острой конкуренции, в начале 1997 года компания Intel обновила модельный ряд своих процессоров, добавив в Pentium набор векторных инструкций MMX. Попутно в микроархитектуре был проведен ряд небольших улучшений, которые сегодня наверняка бы окрестили расхожим термином «плюс 5 процентов». В обновленной версии удвоился объем кеш-памяти первого уровня, был слегка переработан исполнительный конвейер и улучшена эффективность предсказания переходов. В остальном же новые Pentium MMX остались похожи на классические суперскалярные Pentium, так что совсем неудивительно, что их совместимость с единой платформой Socket 7 полностью сохранилась. Однако предельные тактовые частоты сделали один шаг вперед и дотянулись до отметки 233 МГц.

Intel Pentium MMX 166

Анонс Pentium MMX был не слишком грандиозным событием, и он оказался лишь прелюдией к действительно кардинальным изменениям, которые произошли на рынке всего лишь несколькими месяцами позже. В середине 1997 года Intel выпустила принципиально новый продукт – семейство процессоров Pentium II, первые представители которого носили кодовое имя Klamath. Нового в Pentium II было предостаточно. Микроархитектура этих процессоров была построена на принципах, заложенных в Pentium Pro еще в 1995 году. Это значит, что Pentium II стал первым массовым интеловским процессором с трансляцией x86-команд во внутренние RISC-микроинструкции. Кроме того, в Pentium II появился длинный исполнительный конвейер, шесть параллельных исполнительных устройств, оптимизации под работу с 32-битным кодом, расширенная адресация памяти, внеочередное и спекулятивное исполнение команд, точное предсказание переходов и переименование регистров. Но самое главное – в процессорах Pentium II появился интегрированный кеш второго уровня объемом 512 Кбайт. До Pentium II кеш второго уровня размещался на материнских платах и работал на частоте процессорной шины. Теперь же скорость кеширования сильно возросла, так как кеш стал ближе к CPU и благодаря этому мог функционировать на уполовиненной частоте процессора. Все нововведения в сумме обеспечили впечатляющее 50-процентное преимущество Pentium II перед обычными Pentium на равных тактовых частотах.

Intel Pentium II 300

Но Pentium II поражали воображение не только своим прогрессом в производительности. Удивляли они и возросшими почти в полтора раза тактовыми частотами, сразу достигшими уровня в 300 МГц, несмотря на то, что производство Klamath все еще опиралось на 0,35-мкм нормы. Сильно впечатляло и внешнее исполнение Pentium II: они получили принципиально новый форм-фактор Slot 1. Сами процессоры стали упаковываться в достаточно габаритные SECC-картриджи, внутри которых располагалась дочерняя печатная плата с собственно CPU и микросхемами L2-кеша, а на материнских платах вместо привычного сокета появился специальный процессорный слот.

Материнская плата под Slot 1 – ASUS P2L97-B

Но самое неизгладимое впечатление производили цены. Флагманский Pentium II 300 МГц на момент своего анонса получил рекомендованную стоимость $1 981, а младший процессор в модельном ряду, Pentium II 233 МГц, продавался за $636. Именно поэтому народными Klamath так и не стали, а обладатели систем на базе Slot 1-процессоров долгое время оставались в меньшинстве.

Внутри картриджа Klamath

Настоящей же восходящей звездой в 1997 году стал AMD K6 – новый процессор извечного интеловского конкурента. В отличие от K5 он в конечном итоге сумел стать очень популярным решением благодаря отличному сочетанию цены и производительности, а также благодаря совместимости с широко распространенной и открытой платформой Socket 7.

История появления AMD K6 весьма примечательна. Дело в том, что результатом работы инженеров AMD этот продукт можно назвать лишь весьма условно. Микроархитектурный дизайн K6 компания AMD приобрела в конце 1995 года вместе с небольшой, но талантливой командой разработчиков NexGen, которые собирались выпустить собственный продукт под именем Nx686. Руководству AMD удалось разглядеть потенциал разработки до того, как она была выведена на рынок, и доделывали свой Nx686 инженеры NexGen уже будучи сотрудниками AMD. Под патронажем менеджеров AMD в процессоре была реализована совместимость с Socket 7 и шиной процессоров Pentium, а также добавлен блок MMX. И в таком виде новинка, обретшая новое имя AMD K6, была запущена в тираж.

AMD K6-166

Дизайн K6 оказался для AMD очень удачным приобретением. Разработка NexGen была для своего времени революционной. Микроархитектурно она не уступала Pentium II, а в чем-то даже превосходила его. Ядро K6 опиралась на RISC-архитектуру; оно имело вместительный L1-кеш объемом 64 Кбайт; обладала декодером, способным обрабатывать до четырех x86-инструкций за такт (против трех в Pentium II); с 95-процентной эффективностью предсказывала переходы благодаря огромной таблице истории ветвлений; и была снабжена семью (!) исполнительными устройствами. При этом, несмотря на то, что микроархитектура K6 сильно отличалась от интеловской, у нового процессора AMD практически не было никаких проблем совместимости.

Не подкачала и производительность. На одинаковой тактовой частоте K6 превосходил процессоры Pentium MMX и был сопоставим с Pentium Pro. Новым Pentium II он все же несколько уступал в чистом быстродействии, но с точки зрения сочетания цены и производительности перевес оказывался на стороне новинки AMD. За 1997 год было выпущено несколько моделей K6 с максимальной тактовой частотой 233 МГц, но стоимость старшей версии составляла достаточно демократичные для того времени $469, что было немного ниже цены флагманских моделей Pentium MMX. Цена же самого дешевого варианта K6 166 МГц была установлена в $244. И такая ценовая политика привлекала покупателей.

Стоит отметить, что K6 и его последователи в виде K6-2 и K6-III в течение четырех последующих лет оставались весьма востребованными предложениями. Именно они долгое время поддерживали популярность платформы Socket 7, которую, пожалуй, можно назвать одной из самых долгоживущих, несмотря на то, что Intel в 1997 году перестала выпускать для нее какие-либо новые CPU. Кроме того, с момента выхода K6 в жизни AMD начался период уверенного роста, и на протяжении нескольких следующих лет она стабильно наращивала свою рыночную долю примерно по 2 процента в год.

Появились в 1997 году новые Socket 7-решения и у других конкурентов Intel — Cyrix и IDT. Правда, на фоне K6 выступили они не слишком ярко. Новый Cyrix 6x86MX (M2) получил поддержку расширений MMX и расширенный L1-кеш, но главным усовершенствованием стал переход на 0,35-мкм производственную технологию и последовавшее за этим увеличение до 187 МГц тактовых частот. В целом 6x86MX показывал вполне приемлемое быстродействие и вполне бы мог стать неплохим недорогим вариантом в массовом сегменте. Однако смертельный удар по будущему процессоров Cyrix нанесла покупка этого разработчика гигантом National Semiconductor, который принял решение отказаться от прямой конкуренции с AMD и Intel. Новые хозяева скорректировали приоритеты Cyrix в сторону недорогих систем-на-чипе, в результате чего рынок производительных x86-процессоров понес невосполнимую утрату.

Cyrix 6x86MX-PR200

Не слишком много внимания привлек к себе и анонс разработанных компаний Centaur Technology процессоров IDT WinChip C6. Эти чипы не позиционировались в роли производительных решений изначально. Разработчики Centaur выбрали иную стратегию и создали максимально простой и энергоэффективный Socket 7-процессор с микроархитектурой, подобной 80486, то есть с единственным конвейером и с последовательным исполнением команд. В результате WinChip C6 мог конкурировать с Pentium MMX и K5/K6 лишь в сравнительно простых задачах, в первую очередь в офисных программах. Поэтому в конечном итоге он смог заинтересовать лишь отдельных корпоративных заказчиков, которых подкупили предложенные IDT низкие цены.

IDT WinChip C6 240

***

Ретроспективный взгляд на процессорный рынок 1997 года хорошо показывает, насколько живой и изменчивой была ситуация в то время. Сейчас, спустя 20 лет, подобного числа крупных процессорных анонсов, сконцентрированных в столь ограниченном периоде времени, уже не бывает. А ведь мы описали лишь самые важные события. За кадром остались процессоры Pentium OverDrive, позволявшие модернизировать системы прошлых поколений. Не упоминали мы и про мобильные Mobile Pentium, которые в этот период времени тоже начинали свой жизненный путь. Без внимания осталась и параллельно происходящая в недрах Intel активная подготовка 64-битной архитектуры IA-64, первые процессоры на базе которой увидели свет спустя два года.

Совершенно неудивительно, что под впечатлением от всей этой чехарды событий находились не только простые пользователи, но и признанные отраслевые эксперты. Например, двадцать лет тому назад тогдашний исполнительный директор компании Intel Эндрю Гроув (Andrew Grove) совершенно искренне обещал, что к 2011 году интеловские процессоры будут состоять из миллиарда транзисторов, смогут работать на частоте 10 ГГц и окажутся способны обеспечить производительность на уровне 100 тысяч MIPS. Впрочем, к чести Эндрю Гроува, не сбылось это предсказание лишь в части тактовых частот. В остальном же, получив 20 лет назад мощный импульс, прогресс в процессорной отрасли до начала 2000-х шел без каких-либо явных признаков застоя.