Posledné mesiace či týždne je internet plný nových a nadšených správ o procesoroch AMD Phenom II. Tie sú prvými 45nm čipmi tejto firmy a v podstate naprávajú všetky problémy prvých Phenom-ov. Pozrime sa bližšie na to, aké sú jednotlivé modely, čo ponúka oproti nim konkurencia a ako sa tieto procesory vyrábajú...
Výroba procesorov v skratke
V rýchlosti si zopakujeme, ako sa vyrábajú procesory.
Obr.1: wafer s 45nm jadrami AMD Deneb
Základným prvkom pri výrobe procesorov je polovodičový wafer kruhového prierezu (Obr.1). Výroba tohto waferu pozostáva z niekoľkých krokov.
Tým prvým je vytvorenie monokryštálu, teda štruktúry polovodičového materiálu bez viditeľných hraníc zŕn či deformácií. Monokryštál sa vyrába napríklad tzv. Czochralského metódou (Obr.2), keď sa do roztaveného, vopred pripraveného a vyčisteného kremíka, vloží monokryštalický zárodok a ten sa postupne vyťahuje. Vyťahovaním sa na pôvodný zárodok „nabaľuje“ roztavený kremík, ktorý chladne a prijíma tú istú kryštalickú štruktúru ako zárodočný kryštál. Do roztavenej hmoty sa dajú pridávať zmesi na vytvorenie potrebného druhu vodivosti polovodiča.
Tento proces je veľmi pomalý, vytvorenie jedného kompletného ingot-u (Obr.2) trvá aj jeden deň.
Obr.2: Czochralského metóda tvormy ingotu kremíka, hotový ingot (foto: materials.usask.ca)
Keď je pripravený takýto monokryštalický ingot, je ho treba narezať na wafery. Zvyčajne sa to robí kotúčovou pílou s diamantovým hrotom – reže sa vnútorným obvodom píly (Obr.3). Monokryštál sa reže v požadovaných rovinách, po narezaní ostáva odpad, ktorý tvorí cca polovicu celého objemu ingotu.
Obr.3: Rezanie ingotu
Takto narezané pláty majú ešte svoje povrchové nerovnosti – tie sa odstraňujú v niekoľkých krokoch, pozostávajúcich z lappovania (mechanické brúsenie) a dodatočných chemických úprav. Okraje wafera sa tiež zaobľujú. Nakoniec sa wafery leptajú do vysokého lesku a oplachujú deionizovanou vodou.
Teraz máme pripravený čistý, polovodičový wafer, čo ďalej? Nasleduje procedúra známa aj ako fotolitografia. Pomocou nej sa vytvárajú jednotlivé logické obvody.
Najprv sa nanesie na wafer oxidová vrstva, nad túto vrstvu zas tzv. fotorezist. Ten je citlivý na svetelné žiarenie – pri jeho dopade sa fotorezist odstráni. Cez vopred pripravenú masku, kde sú „predtlačené“ jednotlivé obvody, sa na fotorezistovú vrstvu privádza svetlo a tak sa vytvoria oblasti bez fotorezistu a s fotorezistom. Ďalším krokom je chemické odstránenie oxidovej vrstvy tam, kde bol odstránený fotorezist. Kde fotorezist ostal, ostáva aj oxidová vrstva. Teraz ostávajú na waferi akési „diery“, cez ktoré sa difúziou alebo iónovou implantáciou dotujú atómy prímesí do kremíkovej základne – vznikajú odlišné P alebo N vrstvy (Obr.4).
Po dokončení sa fotorezist očistí.
Tento proces sa môže opakovať niekoľkokrát, pre vytvorenie viacerých, aj vzájomne prepojených vrstiev z rôznych materiálov.
Vzniknutý wafer sa ďalej testuje a neskôr nareže na jednotlivé časti – jadrá procesorov. Okrajové neúplné časti sa vyhodia. Po oddelení jadier sa tieto pripevnia a vodivo spoja na procesorové die, teda doštičku. Doštička slúži aj na prepojenie výstupov na jadre s pinmi na spodnej strane procesora.
Medzi týmito poslednými úkonmi je samozrejme aj viacero testov funkčnosti, pričom v jednom z procesov sa aj určuje, o aký procesor pôjde – či o high-end model (vtedy, ak jadro zvláda vysoké frekvencie pri danom napätí a iných parametroch), alebo či sa nastaví a bude predávať ako model nižší (ak jadro nezvláda vysoké frekvencie pri danom napätí, alebo ak má niektoré časti čiastočne alebo úplne nefunkčné – vtedy sa predávajú ako napr. trojjadrové čipy a podobne (viac na ďalších stranách)).
V podstate sa dá povedať, že každý jeden procesor z určitej rodiny je najvyšší model, len nezvládal svoju frekvenciu pri určených parametroch a tak ho výrobca nastavil a predáva ako model nižší. Tu potom prichádza na rad pretaktovanie, keď si sami zvýšime napätie pre jadro a frekvenciu zvyšujeme nad rámec tej výrobnej.
Procesory sa po dokončení testovania posielajú do iných fabrík, kde sa označujú a balia. Dôvod je ten, že cena práce v inej krajine je lacnejšia a oplatí sa ich baliť inde ako vo výrobnej fabrike (preto napr. na Intel procesoroch vidíme názvy ako Costa Rica či Taiwan).
45nm od AMD/Globalfoundries
Prvé Phenom procesory sú architektúrou a návrhom určite veľmi pokročilé procesory, no k dosiahnutiu vysokého a konkurencieschopného výkonu im chýbalo pár dôležitých vecí – vyššie frekvencie, nižšia spotreba a väčšia cache. Dočasne situáciu s prvými Phenom procesormi riešila firma najlepšie ako mohla – znížila im ceny. A vskutku – kúpiť dnes štvorjadrový procesor za niečo cez 110 EUR, to by čakal málokto. Aby však AMD začalo konkurovať skutočne agresívne a na svojich procesoroch aj zarábať, potrebovala so svojimi Phenom-mi spraviť spomínané úpravy. Tie by mali byť všetky možné realizovať prechodom na 45nm výrobný proces. A treba povedať – podarilo sa.
Phenom II sa oproti pôvodnému Phenom-u nezmenil – je to len zmenšená verzia toho istého jadra, ale s väčšou L3 cache. To aj procesorom veľmi pomohlo, u 65nm procesu jednoducho nebolo možné vtesnať viac ako 2MB L2 cache, po zmenšení na 45nm tranzistory sa objavilo miesto pre ďalšie 4MB L3 cache – teda spolu už 6MB. Počet tranzistorov stúpol z 450 miliónov na 758 miliónov, no veľkosť jadra trocha poklesla – z 285 mm^2 na 258mm^2.
Menší výrobný proces znamená aj nižšiu spotrebu, nové Phenom-y II tak už nemajú hrozivú nálepku 140W TDP. V skutočnosti sa spotrebou dostali niekde na úroveň veľmi vydarených Core2 procesorov na 45nm procese.
Stúpli konečne aj frekvencie a to do oblastí 3GHz a viac, keď 65nm Phenom-y končili pri 2,6GHz. Konečne sa dostali nové AMD procesory aj do pozornosti overclockerov – bez prítomnosti tzv. cold-bugu (procesor od určitej nízkej teploty odmieta nabehnúť) a s vôľou poddať sa pod dusíkom (alebo aj héliom) až na frekvencie za 6GHz sú tieto čipy podstatne zaujímavejšie ako prvé Phenom-y.
Napriek tomu, že AMD má dnes procesory vyrábané 45nm procesom, nie je to to isté, ako 45nm proces Intel-u. Obe firmy (za AMD už dnes vlastne Globalfoudries) dosahujú 45nm iným spôsobom.
Ako bolo v predchádzajúcej časti spomínané, obvody sa na wafer dostávajú pomocou fotolitografie. Vlnová dĺžka použitého žiarenia udáva minimálnu veľkosť týchto obvodov a dnes používané 193nm ultra-fialové žiarenie je použiteľné do cca 50nm. Pre 45nm teda treba niečo navyše.
AMD používa techniku nazývanú „immersion lithography“ – medzi masku a wafer sa vloží kvapalina, ktorá zvyšuje rozlíšenie „zaostrenia“ žiarenia. To umožní vytvoriť 45nm obvody aj s použitím súčasných nástrojov, čo znamená nižšie vstupné náklady na produkciu. Kvapalina slúži v podstate ako lupa.
Intel túto techniku nepoužíva, namiesto toho vyrába 45nm štruktúry tzv. „double patterning“ -om. Tu sa využívajú namiesto jednej dve masky, pričom najprv sa osvetlí fotorezist cez jednu, a potom cez druhú masku. Po odstránení „vyvolaného“ fotorezistu a oxidovej vrstvy tak vzniknú 45nm diery pre dotovanie prímesami.
Double patterning jediná známa metóda pre vytvorenie 32nm a 22nm štruktúr.
Metóda AMD Globalfoudries je lacnejšia z pohľadu začiatočných investícií – netreba vytvoriť toľko masiek. Technika ktorú používa Intel je síce drahšia, no vykompenzuje sa to vyššou výťažnosťou (viac podarených jadier na jeden wafer).
Súčasnou výhodou Intel-u je aj high-k materiál využívaný pri tvorbe hradiel (Gate) tranzistorov. Vďaka nemu je lepšie redukovaný tok prúdu cez tranzistor vtedy, keď to nie je žiaduce. AMD začne používať high-k materiál až s 32nm procesom (rok 2010).
Hlavný problém AMD
Že čo môže byť problém AMD? Veď nové procesory sú výkonné a za dobrú cenu, predávajú sa tiež veľmi dobre...tak kde má byť ten problém? Problém AMD je v tom, že výroba procesorov stojí veľa a predávajú sa za málo. Zmätení? Vysvetlím.Pozrime sa na nasledovnú tabuľku veľkostí jadier procesorov:
Zamerajme sa teraz iba na veľkosť jadier, počet tranzistorov necháme bokom.
Ako vieme, na wafer sa zmestí určitý počet jadier. Čím sú jadrá menšie, tým sa ich zmestí viac, tým viac procesorov sa vyrobí z jedného waferu. Jeden wafer pritom stojí rovnako, bez ohľadu na to, koľko na ňom je jadier. Pre výrobcu je teda dôležité vytvoriť čo najviac jadier na jeden wafer, aby čo najviac zarobil.
A teraz sa pozrime na veľkosť jadier jednotlivých štvorjadrových procesorov. AMD Phenom II X4 a Core i7 majú veľkosť veľmi podobnú, no Intel predáva svoje Core i7 od 260 do 950 EUR, zatiaľ čo AMD podobne veľké Phenom II X4 od 160 do 220 EUR.
Ešte nepríjemnejšie pre AMD je to v prípade porovnania s Intel Core2Quad, ktorým sú nové Phenom-y II hlavnou konkurenciou – Core2Quad Q8000 a Q9000 s 6MB L2 cache majú asi o 2/5 menšie jadrá (presnejšie o 36%), Core2Quad s 12MB L2 cache asi o 1/5 (o 17% menšie).
Predajné ceny sú pritom nastavené presne na úrovni, alebo dokonca kúsok pod úrovňou podobne výkonných Core2Quad. Je teda jasné, že AMD na svojich štvorjadrách zarába podstatne menej ako Intel, a navyše má Intel aj väčší priestor na manévrovanie s cenou smerom dolu.
Pri pohľade na trojjadrové a dvojjadrové procesory je to pre AMD ešte horšie (už sa mi tlačí do oka slza ľútosti) – na ploche, ktorú potrebuje AMD pre vytvorenie Phenom II X3, vytvorí Intel dva Core2Duo E8400, ktoré sú jeho priamou výkonovou konkurenciou. A to AMD ešte predáva svoje trojjadro lacnejšie.
A čo dvajjadrové Phenom II X2? Doslova katastrofa – na tej istej ploche waferu vyrobí Intel troch konkurentov pre tento procesor.
Prečo sú tu také rozdiely? AMD využíva pre Phenom II X3 a X2 rovnaké jadrá ako pre Phenom II X4, len s uzamknutými časťami (a tu sa tiež začína veselé odomykanie uzamknutých jadier a cache, o ktorom sa dnes toľko hovorí).
Situácia sa zlepšuje až s Athlon II X2, ktorý je natívnym dvojjadrom, o tom ale až na ďalšej strane.
45nm Phenom II procesory sú pre nás zákazníkov veľmi príjemným produktom – sú lacné (často lacnejšie ako podobne výkonné procesory od Intel-u), majú nízku spotrebu a slušný výkon. Pre AMD je ale predaj tak veľkého (a drahého) procesora za cenu, akú pýta Intel za oveľa menšie jadrá, veľmi nepríjemným ekonomickým problémom. Odladenie 45nm procesu a zvýšenie výťažnosti síce trocha pomôže, Intel ale bude stále zarábať viac.
AMD Phenom II – špecifikácie a modely
Spravme si na úvod malý prehľad procesorov, ktoré boli dodnes uvedené na trh:Najviac je zatiaľ štvorjadrových modelov. Niet sa čo čudovať, Phenom-y sú monolitické štvorjadrá, menej jadrové verzie sú iba odvodené z nich.
Ako prvé boli na trh uvedené dva modely iba pre socket AM2+ - Phenom II X4 940 Black edition s otvoreným násobičom a Phenom II X4 920. Tieto boli vôbec prvé 45nm procesory od AMD a boli akousi predzvesťou návratu AMD na výslnie. Keďže však mal Intel už dlhšie načatú tému DDR3 pamätí (už od čipsetu P35), nadišla úloha priniesť na trh procesory kompatibilné aj s novým štandardom RAM. Objavil sa socket AM3 a procesory preň, tiež so zvýšeným taktom časti jadra un-core (alebo Northbridge ak chcete).
Najprv sa predstavili nižšie modely Phenom II X4 810 s 4MB L3 cache a Phenom II X3 720 Black edition s troma jadrami a plnou L3 cache. Až neskôr prišiel high-end model Phenom II X4 955 Black edition s frekvenciou 3,2GHz.
Pár dní dozadu sa rodina 45nm procesorov opäť rozrástla, tentoraz o úsporný Phenom II X4 905e a X3 705e, oba s TDP 65W a frekvenciou 2,5GHz. Pribudli aj dlhočakávané dvojjadrá – Phenom II X2 550 Black Edition a Athlon II X2 250.
Ako sú jednotlivé procesory vyrábané? Ukážeme si na obrázkoch.
Keď sa pozriete na wafer z prvej strany, uvidíte na ňom mnoho rovnakých jadier. Sú to všetko 45nm štvorjadrové čipy Deneb. Pokiaľ sa jadro podarí, je z neho Phenom II X4 900:
Často ale nastane situácia, keď sa určité časti vyrobeného jadra nepodaria. Vtedy má výrobca dve možnosti – jadro vyhodiť, alebo poškodenú časť uzamknúť a predávať ako lacnejší model. Výroba ho síce stojí rovnako a na lacnejšom zarobí menej, no stále je to lepšie ako vyhodiť celé jadro.
U AMD takto vznikajú Phenom II X4 800, ktoré majú nefunkčnú časť L3 cache, a Phenom II X3 700, ktorým zas nefunguje jedno jadro.
O odomykaní zamknutých jadier u týchto čipov počul snáď každý. V niektorých prípadoch bolo odomknuté jadro celkom stabilné. Teda tak sa to aspoň javilo v domácich podmienkach. Výrobca totiž má oveľa prísnejšie pravidlá na posúdenie stability, a že jadro alebo cache uzamkne, má svoj dôvod. Len zriedkavo sa stane, že uzamknuté jadro je plne funkčné – taký prípad možno pozorovať snáď iba pri prvých revíziách alebo testovacích vzorkách, kde chce výrobca dodávať takéto procesory no nemá dostatok nepodarkov, alebo chce, aby redaktori spravili pozitívne recenzie.
Horúcou témou posledných dní sú nové dvojjadrá – Phenom II X2 550 a Athlon II X2 250. Prvý spomínaný procesor je vytvorený rovnakým postupom ako napríklad trojjadrové čipy – teda uzamknutím nefunkčných jadier. Nový Athlon však je celkom vlastný dizajn – natívne dvojjadro. Nemá teda žiadne časti uzamknuté, obsahuje fyzicky menej tranzistorov (vďaka tomu je tu aj nižšie TDP – 65W, oproti dvojjadrovému Phenom-u s 80W). Paradoxne zarobí AMD viac na lacnejšom Athlon II X2 ako na drahšom Phenom II X2 – veľkosť jadra Athlon-a je podstatne menšia, teda sa ich zmestí na wafer viac.
Athlon II X2 nemá žiadnu L3 cache, no zato má zdvojnásobenú veľkosť L2 cache na 2x1MB. Schválne uvádzam 2x1MB a nie 2MB, pretože L2 cache nie je zdieľaná, ale každé jadro má svoj 1MB.
Keď vedľa seba postavíme Phenom II X2 a Athlon II X2, uvidíme rozdiel vo veľkosti samotného die ako aj L2 cache, samotné jadro ostáva rovnaké:
Dávnejšie sme si na našich stránkach mohli pozrieť prehľad súčasných aj chystaných 45nm AMD procesorov, do kompletnej rodiny nám ešte chýbajú Athlon-y II X3 a X4, plus jeden jednojadrový Sempron.
Athlon II X4 a X3 budú založené na rovnakom jadre ako Phenom II X4 900 s jediným rozdielom v kompletne vypnutej L3 cache. Jadrá budú tak mať k dispozícií iba L2 cache, každé po 512kB.
45nm Sempron 140 bude s najväčšou pravdepodobnosťou „odpad“ z výroby Athlon II X2.
AMD Phenom II – ceny
Čo sa týka cien, pozrime si najprv ceny oficiálne, v amerických dolároch. Tieto ceny určujú samotné firmy, a môžu byť v podstate akýmsi „meradlom stratégie“:Okomentovať tieto ceny je pomerne zložité až nemožné. Výkon procesorov sa nedá zovšeobecniť, niektorý procesor a architektúra jeho jadra môže byť vhodnejšia pre určitú aplikáciu, na inú zas nie. Povedať teda že „tento procesor je výkonnejší ako tento“ je už dnes pomerne ťažké, hlavne keď sa množia aplikácie, ktoré ťažia z viacerých jadier no stále napr. hry majú radšej vysokotaktované dvojjadro ako štvorjadro na nízkej frekvencii. Taký prípad nastáva napríklad u Core2Duo E8400 vs. Phenom II X3 720 – v hrách sú dve jadrá na 3GHz výkonnejšie ako tri na 2,8GHz od AMD, no v iných aplikáciách dokáže tretie jadro zabodovať.
Kvôli tomuto odporúčam pri posudzovaní cien pozrieť sa na recenzie uznávaných serverov (Anandtech, X-bit-labs,...) a rozhodnúť sa podľa výkonu v aplikáciách, na ktorých vám konkrétne záleží.
Ceny u nás v podstate až na malé odchýlky kopírujú pozície procesorov podľa oficiálnych cien.
Anandtech:
AMD Phenom II X4 940 & 920
AMD Phenom II X4 810 & X3 720
AMD Phenom II X4 955
AMD Athlon II X2 & Phenom II X2
X-bit labs:
AMD Phenom II X4 920
AMD Phenom II X4 810
AMD Phenom II X3 720
AMD Phenom II X2 550 and AMD Athlon II X2 250
Techreport:
AMD Phenom II X4 940 & 920
AMD Phenom II X4 810, Phenom II X3 720
AMD Phenom II X4 955
Z týchto uvedených procesorov by som rád vybral, podľa môjho názoru, kúsky vhodné na nákup.
Z procesorov od Intel-u je veľmi zaujímavý napríklad Pentium E6300 s 2,8GHz a 2MB L2 cache, s ktorým sa vďaka vysokému násobiču bude ľahko taktovať, alebo Q8400, ktorý má 4 jadrá za celkom dobrú cenu pri pomerne vysokej frekvencii 2,66GHz. Pokiaľ pracujete s aplikáciami, ktoré dokážu využiť veľa výpočtových vlákien (spracovanie videa, 3D rendering a pod.), je Core i7 pre vás najvýhodnejší procesor na trhu.
Od AMD sú tu podarené procesory Black Edition – ako dvojjadrový Phenom II X2 550, tak aj Phenom II X3 720. S otvoreným násobičom je tu jednoduchá možnosť pretaktovania aj bez podrobných znalostí ako na to, pričom poslúži aj lacnejšia základná doska. Pokiaľ vám záleží na nižšej spotrebe, nový Athlon II X2 250 je vďaka 65W TDP fajn voľba, konkuruje Pentiu E6300 statočne.
Zo štvorjadier by bol celkom vhodný trocha osekaný model Phenom II X4 810 s 4MB L cache a 2,6GHz, pokiaľ chcete plnohodnotný Phenom II X4, siahnite po najvyššom modeli X4 955 BE – za len malý príplatok oproti X4 945 dostanete o 200MHz vyššiu frekvenciu a otvorený násobič. Cenovo je postavený výborne, Q9550 sa popri ňom neoplatí.
Do obchodov by sa čoskoro mali dostať aj úsporné verzie s označením „e“ – tie sú za rovnakú cenu ako ich výkonnejší bratia, no nezaplatíte za ne toľko navyše ako za 65W „s“ verzie Core2Quad.
Jedným z možných dôvodov, prečo sa dnes rozhodnúť pre AMD a jeho AM3 platformu, je možnosť upgrade v budúcnosti. U LGA775 už žiadne novinky čakať nemôžeme, architektúra s FSB zbernicou má už najlepšie časy za sebou, budú už iba zľavy.
Zato AM3 tu bude ešte minimálne niekoľko rokov, teda ak dnes kúpite Athlon II X2, môžete si byť viac-menej istý, že aj o rok-dva kúpite nejaké lepšie štvorjadro a nebude treba meniť základnú dosku. Kým nepríde Intel s LGA1156 a Lynnfield procesormi (ktoré mimochodom vyzerajú byť výkonom nebezpečne blízko ku dnešným Core i7), v tejto cene je životaschopnejšia platforma od AMD – AM3. A ceny DDR3 pamätí sa už pomaly dostávajú na úroveň DDR2, takže to tiež nemusí byť problém, ku koncu roka už nebude ani o čom diskutovať.
Záver
Myslím že bude so mnou každý súhlasiť – AMD je späť v hre.45nm výroba Phenom-om výrazne prospela, dostali to, čo im predovšetkým chýbalo – vyššie frekvencie, väčšiu cache, nižšiu spotrebu a lepšie pretaktovanie. Navyše sa firma rozhodla nasadiť zaujímavé ceny, často pod úrovňou konkurenčnej ponuky.
Škoda je, že si s týmito procesormi AMD nepomôže tak, ako by sa patrilo – jadrá veľké ako Core i7 predáva za ceny podstatne menších Core2Quad a Core2Duo. To ale nás trápiť nemusí, koniec koncov – AMD na Phenom II zarobí určite viac, ako na prvých 65nm Phenom-och.
Podľa mňa vynikajúcim krokom AMD sú Black Edition procesory – otvorený násobič aj v lacnejších procesoroch ocení mnoho domácich užívateľov, aj bez detailnej znalosti princípov pretaktovania si môže každý skúsiť navýšenie výkonu zadarmo.
Za AMD procesory momentálne hovorí aj väčšia „životnosť“ platformy oproti LGA775 od Intel-u.
Neskôr cez prázdniny, ak sa mi to podarí, si dáme test pár základných dosiek pre tieto nové AMD procesory a povieme si tiež, aké DDR3 pamäte bude vhodné k nim kúpiť.
C1cOo
RomYt
RomYt
AmOK
predatormx5
fmb
avixe
juloSVKxxl
maugly
Gudas
avixe
juloSVKxxl
Gudas
thimy
maugly
Miriamka
Gudas
vagi
trunks
Miriamka
Gudas
AmOK
mahony
4Brunco
kremik
fmb
kremik
roob
fmb
flanker
kremik
Gudas
lkuzman
Shatterhand
Glauko
Snake
Fly
juloSVKxxl
Gudas
juloSVKxxl
Gudas
juloSVKxxl
Gudas
Toman
Fly
AmOK
Snake
flanker
juloSVKxxl
Glauko