Схватка двух ёкодзун

Осталось менее суток до начала продаж новых процессоров AMD EPYC™ Rome. В этой статье мы решили вспомнить, с чего начиналась история соперничества двух крупнейших производителей CPU.

Первым 8-битным коммерчески доступным процессором в мире стал Intel® i8008, выпущенный в 1972 году. Процессор имел тактовую частоту в 200 кГц, был выполнен по 10 мкм (10000 нм) технологическому процессу и предназначался для «продвинутых» калькуляторов, терминалов ввода-вывода и автоматов бутылочного разлива.

В 1974 году этот процессор стал основой для микрокомпьютера Mark-8, представленного в виде DIY-проекта на обложке журнала Radio-Electronics. Автор проекта, Джонатан Титус, предлагал всем желающим буклет стоимостью 5 долларов, содержащий рисунки проводников печатных плат и описание процесса сборки. Вскоре на свет появился похожий проект персонального микрокомпьютера Altair 8800, созданного компанией MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems).

Начало соперничества

Спустя 2 года после создания i8008 Intel выпустила свой новый чип — i8080, основанный на усовершенствованной архитектуре i8008 и выполненный по 6 мкм (6000 нм) технологическому процессу. Этот процессор был примерно в 10 раз быстрее предшественника (тактовая частота 2 МГц) и получил более развитую систему команд.

Реверс-инжиниринг процессора Intel® i8080, выполненный тремя талантливыми инженерами — Шоном и Кимом Хейли, а также Джеем Кумаром, привел к созданию модифицированного клона, получившего название AMD AM9080.

Вначале AMD Am9080 выпускался без лицензии, однако позже было заключено лицензионное соглашение с Intel. Таким образом обе компании получили преимущество на рынках чипов, поскольку покупатели старались избежать возможной зависимости от единого поставщика. Первые же продажи были крайне выгодными, поскольку себестоимость производства составляла 50 центов, а сами чипы активно покупались военными по 700 долларов за штуку.

После этого Ким Хейли решил попробовать свои силы в реверс-инжиниринге микросхемы памяти Intel® EPROM 1702. На тот момент это была самая прогрессивная технология постоянной памяти. Затея удалась лишь частично — созданный клон хранил данные только 3 недели при комнатной температуре.

Разломав множество чипов и основываясь на своих знаниях химии, Ким сделал вывод, что без знания точной температуры роста оксида будет невозможно достичь заявленных показателей Intel (10 лет при 85 градусах). Проявив талант социальной инженерии, он позвонил на производство Intel и спросил, на какой температуре работают их печи. Удивительно, но ему без колебаний сообщили точную цифру — 830 градусов. Бинго! Разумеется, подобные трюки не могли не повлечь за собой негативных последствий.

Первый судебный процесс

В начале 1981 года Intel готовились к заключению контракта на производство процессоров с IBM, крупнейшим на тот момент производителем компьютеров в мире. Сама Intel еще не обладала достаточными производственными мощностями для закрытия потребностей IBM, поэтому, чтобы не потерять контракт, пришлось пойти на компромисс. Этим компромиссом стало лицензионное соглашение между Intel и AMD, что позволило последней начать производство клонов Intel® 8086, 80186 и 80286.

Спустя 4 года на рынке процессоров с архитектурой x86 был представлен новейший Intel® 80386 с тактовой частотой 33 МГц и выполненный по 1 мкм (1000 нм) технологическому процессу. AMD в это время также готовили аналогичный чип под названием Am386™, однако выпуск был отложен на неопределенный срок из-за категорического отказа Intel предоставлять данные о технологии в рамках лицензионного соглашения. Это и стало поводом для обращения в суд.

В рамках судебного процесса Intel пыталась доказать, что условия соглашения распространяются только на процессоры предыдущих поколений, выпущенных до 80386. AMD в свою очередь настаивала на том, что условия соглашения позволяют ей не только воспроизводить 80386, но и будущие модели на базе архитектуры x86.

Судебные разбирательства затянулись на несколько лет и завершились победой AMD (Intel выплатила AMD 1 млрд долларов). Доверительным отношениям между компаниями настал конец, а Am386™ вышел только в 1991 году. Тем не менее, процессор был очень востребован, поскольку работал на более высокой частоте, чем оригинал (40 МГц против 33 МГц).

Развитие конкуренции

Первым процессором в мире, основанным на гибридном CISC-RISC-ядре и имеющим математический сопроцессор (FPU) непосредственно на том же кристалле, стал Intel® 80486. FPU позволил серьезно ускорять операции с плавающей точкой, снимая нагрузку с CPU. Еще одной инновацией стало внедрение конвейерного механизма выполнения инструкций, что также увеличивало производительность. Размер одного элемента был от 600 до 1000 нм, а на кристалле размещалось уже от 0,9 до 1,6 млн транзисторов.

AMD в свою очередь представила полный функциональный аналог под названием Am486 с использованием микрокода Intel® 80386 и сопроцессора Intel® 80287. Это обстоятельство стало поводом для многочисленных судебных разбирательств. Судебное решение от 1992 года подтвердило, что AMD нарушила авторские права в отношении микрокода FPU 80287, после чего компания приступила к разработке собственного микрокода.

Дальнейшие судебные процессы то подтверждали, то опровергали права AMD на использование микрокодов Intel®. Окончательную точку в этих вопросах поставил верховный суд штата Калифорния, признав незаконным право компании AMD использовать микрокод 80386. Итогом стало подписание соглашения между обеими компаниями, что все же позволило AMD производить и продавать процессоры, содержащие микрокод 80287, 80386 и 80486.

Остальные игроки на рынке x86, такие как Cyrix, Texas Instruments и UMC также стремились повторить успех Intel, выпуская функциональные аналоги чипа 80486. Так или иначе им это не удалось. UMC выбыла из гонки после судебного запрета продажи своего Green CPU на территории США. Cyrix не удалось заключить выгодные контракты с крупными сборщиками, а также велись судебные тяжбы с Intel относительно эксплуатации патентованных технологий. Таким образом, лидерами рынка x86 оставались только Intel и AMD.

Наращивание темпов

Стремясь завоевать первенство, и Intel, и AMD старались достичь максимальной производительности и скорости. Так AMD первой в мире преодолела планку в 1 ГГц, выпустив свой Athlon™ (37 млн транзисторов, 130 нм) на ядре Thunderbird. На этом этапе «гонки» Intel имела проблемы с нестабильностью кэша второго уровня у своего Pentium® III на ядре Coppermine, что и вызвало задержку выпуска продукта.

Интересный факт — название Athlon пришло из древнегреческого языка и может переводиться как «соревнование» или «место боя, арена».

Такими же успешными этапами стали для AMD выпуск двухъядерного процессора Athlon™ X2 (90 нм), а спустя 2 года Quad-Core Opteron™ (65 нм), где все 4 ядра выращены на одном кристалле, а не представляют собой сборку из 2 кристаллов по 2 ядра в каждом. В тоже время Intel выпускает свои знаменитые Core™ 2 Duo и Core™ 2 Quad, выполненные по 65 нм технологическому процессу.

Вместе с увеличением тактовых частот и увеличением количества ядер остро встал вопрос об освоении новых технологических процессов, а также выхода на другие рынки. Крупнейшей сделкой корпорации AMD стала покупка ATI Technologies за 5,4 млрд долларов. Таким образом, AMD вышла на рынок графических ускорителей и стала основным конкурентом Nvidia. Intel же в свою очередь приобрела одно из подразделений Texas Instruments, а также компанию Altera за 16,7 млрд долларов. Результатом стал выход на рынок программируемых логических интегральных схем и SoC для потребительской электроники.

Примечательным фактом является то, что с 2009 года AMD отказалась от собственного производства, сосредоточившись исключительно на разработке. Современные процессоры AMD выпускаются на производственных мощностях компаний GlobalFoundries и TSMC. Intel, напротив, продолжает развивать собственные производственные мощности по производству полупроводниковых элементов.

С 2018 года помимо прямой конкуренции у обеих компаний появились и совместные проекты. Ярким примером стал выпуск процессоров Intel® Core™ 8-го поколения с интегрированной графикой AMD Radeon™ RX Vega M, объединив таким образом сильные стороны обеих компаний. Такое решение позволит уменьшить размеры ноутбуков и мини-компьютеров, одновременно увеличивая производительность и время автономной работы.

Заключение

За всю историю существования обеих компаний было множество эпизодов разногласий и взаимных претензий. Борьба за лидерство шла непрерывно и продолжается по настоящий момент. В этом году мы увидели серьезное обновление линейки Intel® Xeon® Scalable Processors, о чем уже рассказывали в нашем блоге, и вот пришла пора очередь AMD выйти на сцену.

Уже совсем скоро новые процессоры AMD EPYC™ Rome появятся в нашей лаборатории. Узнайте об их поступлении первыми.