Расцвет, упадок и возрождение AMD

AMD – один из старейших разработчиков массовых микропроцессоров, на протяжении почти пятидесяти лет остающийся главной темой ярых дебатов в среде знатоков компьютерных технологий. История компании – это захватывающий триллер, полный героических успехов, отчаянных ошибок и манёвров по краю пропасти. В то время как другие компании, специализирующиеся на полупроводниках, приходили и уходили, AMD выдержала сотни бурь и сразилась во множестве битв на заседаниях совета директоров, в судах и непосредственно на рынке.

В этой статье мы расскажем о прошлом компании, через какие перипетии пришлось ей пройти, и попробуем дать прогноз о будущем этого ветерана Кремниевой долины.

На пути к славе и успеху

Мы начнем наш рассказ с Америки конца 1950-х. Страна, оправившаяся после тяжёлых лет Второй Мировой Войны, стала местом развития передовых технологических инноваций.

Такие компании, как Bell Laboratories, Texas Instruments и Fairchild Semiconductor, имея в штате лучших инженеров того времени, создали множество прорывных технологий, таких как биполярный и MOSFET транзисторы, а также технологию интегральных схем.

Инженеры Fairchild: слева Гордон Мур, на переднем плане в центре Роберт Нойс. Фото 1960-х годов.

Эти молодые специалисты кипели идеями и горели желанием изобрести самые удивительные вещи, но крайне осторожное высшее руководство, всё ещё оглядывающееся на прибывавший в страхе и неуверенности мир не так давно минувших лет, вынудило инженеров реализовывать свои идеи независимо.

И вот, в 1968 году двое инженеров Fairchild Semiconductor – Роберт Нойс (Robert Noyce) и Гордон Мур (Gordon Moore), ушли из Fairchild, основав летом того же года свою собственную компанию – N M Electronics. Спустя всего неделю её переименовали в Integrated Electronics, дав ей и сокращённый вариант названия – Intel.

Их примеру последовали и другие, и в течение года из Fairchild ушли ещё восемь человек, вместе организовав собственную компанию по разработке и производству электроники: Advanced Micro Devices (AMD, она самая).

Возглавил группу бывший директор по маркетингу Fairchild Джерри Сандерс (Jerry Sanders). Вместо того, чтобы прямо конкурировать с такими компаниями как Intel, Motorola и IBM (которые тратили значительные суммы на исследования и разработки в области интегральных схем), команда AMD начала с перепроектирования продуктов Fairchild и National Semiconductor.

Столь скромно начав, AMD, всего за несколько месяцев перебравшаяся из Санта-Клары в Саннивэйл (Кремниевая долина), приступила к созданию продуктов, отличавшихся повышенной эффективностью, устойчивостью к нагрузкам и высокой скоростью. Эти микросхемы разрабатывались в соответствии со стандартами качества Вооружённых Сил США, что обеспечивало компании значительное преимущество в молодой компьютерной индустрии, где надёжность и стабильность производства сильно варьировались.

Первый клон процессора от AMD – Am9080. Источник: Wikipedia

К тому времени, когда Intel выпустил свой первый 8-битный микропроцессор 8008 в 1974 году, AMD уже была публичной компанией с багажом из более чем 200 продуктов, четверть из которых была её собственными разработками, включая чипы RAM, логические счётчики и сдвиговые регистры. А в следующем году добавилось множество новинок, в том числе собственное семейство интегральных схем Am2900 и 2-мегагерцовый 8-битный процессор Am9080 – клон потомка Intel 8008, полученный с помощью реверс-инжиниринга. Первый являл собой набор компонентов, которые сегодня полностью интегрированы в CPU и GPU, но 35 лет назад логико-арифметические устройства и контроллеры памяти были отдельными чипами.

Столь откровенный плагиат может показаться шокирующим по сегодняшним стандартам, но в те годы, на заре индустрии микрочипов, это было нормой. Позже процессор-клон был переименован в 8080A, потому что в 1976 году AMD и Intel подписали соглашение о перекрёстном лицензировании. Это стоило ни много ни мало 325 тысяч долларов (1,65 миллиона долларов по нынешним деньгам).

Эта сделка позволила AMD и Intel наводнить рынок чрезвычайно прибыльными чипами, продававшимися чуть дороже 350 долларов (для моделей «военного» уровня цена была вдвое большей). В 1977 году появился процессор 8085 (3 МГц), за которым вскоре последовал 8086 (8 МГц). Производственно-конструкторские модернизации привели к появлению в 1979 году 8088 (от 5 до 10 МГц), и в том же году открылось производство на заводе AMD в Остине, штат Техас.

Когда в 1982 году IBM начала переход от мейнфрейм-систем к так называемым «персональным компьютерам» (PC), компания решила отдать производство комплектующих на аутсорс вместо того, чтобы заниматься ими собственными силами. Для этого был выбран первый процессор x86 компании Intel под названием 8086. При этом оговаривалось, что AMD выступает в качестве резервного поставщика, чтобы гарантировать непрерывность поставок процессоров для IBM PC/AT.

Любой цвет на выбор, при условии, что это бежевый. Персональный компьютер IBM 5150 (1981 год).

В феврале того же года был заключен контракт между AMD и Intel, по которому первая компания получала право на производство процессоров 8086, 8088, 80186 и 80188 – не только для IBM, но и для множества появившихся её клонов (Compaq – лишь один из них). Также, ближе к концу 1982 года AMD приступила к производству 16-битного Intel 80286, получившего маркировку Am286.

Вскоре он станет первым действительно значимым процессором для настольных PC, и хотя модели Intel обычно имели частоту от 6 до 10 МГц, AMD начала с 8 МГц и достигла целых 20 МГц. Без сомнения, это ознаменовало начало борьбы за доминирование на рынке CPU между двумя мощными центрами Кремниевой долины. То, что разрабатывала Intel, AMD просто пыталась усовершенствовать.

В этот период произошёл скачок на молодом рынке PC, поэтому Intel обеспокоилась тем, что AMD предлагает свой Am286 со значительно увеличенной скоростью по сравнению с интеловским оригиналом 80286, и попыталась обуздать AMD. Это было достигнуто путём отказа ей в получении лицензии на следующее поколение процессоров 386.

AMD подала иск в суд, но арбитражное разбирательство заняло целых четыре с половиной года. И хотя суд постановил, что Intel не обязана передавать каждый свой новый продукт AMD, было принято решение о нарушении “старшим братом” принципов соглашения о добросовестности.

Intel лишила AMD лицензии в критический период – как раз в тот момент, когда рынок IBM PC увеличился с 55% до 84%. Оставшись без доступа к спецификациям новых процессоров, специалистам AMD потребовалось более пяти лет на реверс-инжиниринг 80386, чтобы получить свой Am386. И этот клон AMD снова обошёл свой прототип от Intel. Оригинальный 386 был выпущен в 1985 году с частотой всего 12 МГц, позже достигнув максимума 33 МГц, в то время как топовая версия Am386DX, появившаяся в 1989 году, имела частоту 40 МГц.

За успехом Am386 последовал выпуск в 1993 году крайне привлекательного Am486 на 40 МГц, обеспечивавшего приблизительно на 20% больше производительности, чем Intel i486 на 33 МГц, имея при этом ту же цену. Ситуация повторялась для всей линейки 486: Intel 486DX достиг максимума в 100 МГц, однако AMD предлагала более быструю альтернативу на 120 МГц. Чтобы лучше проиллюстрировать успехи AMD в тот период, скажем, что доход компании удвоился: с 1 миллиарда долларов в 1990 году до двух с лишним миллиардов в 1994 году.

В 1995 году AMD выпустила процессор Am5x86 в качестве наследника 486, позиционируя его как апгрейд для старых компьютеров. Am5x86 P75+ щеголял частотой 150 МГц, а маркировка «P75+» означала, что по производительности целочисленных вычислений чип AMD не только не уступает Intel Pentium 75, но ещё и несколько превосходит его.

Intel на это ответила тем, что попыталась дистанцироваться от конкурентов и других производителей, изменив маркировку своей продукции. Am5x86 обеспечил AMD значительный доход, как от новых продаж, так и от апгрейдов машин с процессорами 486. Как и в случае с Am286, 386 и 486, AMD продолжила наращивать рыночную долю своих изделий, предлагая их в качестве встроенных решений.

В марте 1996 года состоялась презентация первого процессора, полностью разработанного инженерами AMD: 5k86, позже переименованного в K5. Чип должен был конкурировать с Intel Pentium и Cyrix 6x86, поэтому для AMD было крайне важно не допустить ошибок в реализации проекта. Ожидалось, что чип получит гораздо более мощный вычислительный модуль для обработки значений с плавающей запятой, чем у Cyrix, и примерно равный по производительности сопроцессору Pentium 100, в то время как производительность целочисленных операций должна была достичь уровня Pentium 200.

Снимок кристалла K5, цвета условные. Источник: Wikipedia

Но в конечном итоге возможность была потеряна, потому что у проекта оказался ряд конструкторских и производственных недоработок. В результате, процессоры не достигли запланированных частот и производительности вовремя – с задержкой появившись на рынке, получили низкие объёмы продаж.

К тому времени AMD потратила 857 миллионов долларов на покупку NexGen – небольшой компании-проектировщика чипов, которые на своих производственных мощностях производила IBM. AMD K5 и находившийся в разработке K6 испытывали проблемы с масштабированием до более высоких тактовых частот (от 150 МГц и выше), а NexGen Nx686 уже демонстрировал скорость ядра в 180 МГц. После покупки компании, процессор Nx686 превратился в AMD K6, а проект разработки оригинального K6 отправился на свалку.

K6-2 представил технологию AMD 3DNow! с набором инструкций SIMD (single instruction, multiple data – одиночный поток команд, множественный поток данных).

Успех AMD был обусловлен ослаблением Intel, начавшимся с появления архитектуры K6, конкурировавшей с Intel Pentium, Pentium II и Pentium III. За это стоит отдать должное таланту «отца Pentium» – Виноду Дхаму (Vinod Dham), в 1995 году ушедшему из Intel в NexGen.

Когда в 1997 году на полках магазинов впервые появился K6, он представлял собой вполне достойную альтернативу Pentium MMX. K6 шёл от победы к победе – от 233 МГц в начальной модели к 300 МГц в модели «Little Foot» января 1998 года, за которыми последовали 350 МГц в «Chomper» K6-2 (в мае 1998 года) и небывалые 550 МГц в версии «Chomper Extended» в сентябре того же года.

Источник: Wikipedia

В K6-2 появился набор инструкций AMD 3DNow!, построенный по принципу «одиночный поток команд, множественный поток данных» (SIMD). По своей сути, он ничем не отличался от Intel SSE, однако обеспечивал упрощённый доступ к функциям обработки чисел с плавающей запятой процессора. Недостаток же заключался в том, что программисты вынуждены были встраивать соответствующие инструкции в каждый новый свой код. Вдобавок, необходимо было переписывать патчи и компиляторы, чтобы эту функцию сделать доступной.

Как и первый K6, процессор K6-2 представлялся гораздо более выгодной покупкой, нежели конкурент, и зачастую стоил вдвое дешевле, чем чипы Intel Pentium. Последняя версия K6, названная K6-III, была значительно более сложным процессором: количество транзисторов в нём достигло 21,4 миллиона – против 8,8 миллионов в K6 и 9,4 миллионов в K6-2.

В нём была реализована встроенная функция AMD PowerNow!, динамически изменявшая тактовую частоту в соответствии с нагрузкой. K6-III, частота которого со временем достигла 570 МГц, был довольно дорог в производстве и довольно скоро уступил дорогу K7, который лучше подходил для конкуренции с Pentium III и последующими моделями.

Зенитом золотой эпохи AMD стал 1999 год, ознаменованный появлением процессора K7 под брендом Athlon, показавшим, что отныне продукция AMD не является просто клонами по более выгодной цене.

Процессоры Athlon, частота которых начиналась с 500 МГц, устанавливались в новый Slot A (EV6) и использовали новую внутреннюю системную шину, лицензированную у DEC и работающую на частоте 200 МГц, тем самым значительно превосходя 133-мегагерцовую шину Intel. В июне 2000 года появился Athlon Thunderbird – процессор, высоко оцененный многими за свою разгоняемость. Он обладал встроенной поддержкой модулей DDR RAM и полноскоростным внутренним кэшем второго уровня.

2 гигагерца 64-битной процессорной прелести. Источник: Wikipedia

Thunderbird и его последующие модификации (Palomino, Thoroughbred, Barton и Thorton) сражались с Pentium 4 на протяжении первых пяти лет нового тысячелетия, как правило предлагая меньшую цену, но непременно более высокую производительность. В сентябре 2003 года Athlon обзавёлся 64-битным расширением в дополнение к набору команд x86, и этот значительный апгрейд под кодовым названием ClawHammer известен нам как K8, а ещё лучше известен как Athlon 64.

Этот момент многие считают решающим для AMD: стремление добиться мегагерцев любой ценой превратило интеловскую архитектуру Netburst в классический пример технологического тупика.

И прибыль, и операционные доходы были на высоте для такой относительно небольшой компании. И хотя её уровни доходов не дотягивали до Intel, AMD всё-ж гордилась своим успехом и жаждала большего. Но когда находишься на вершине высочайших из гор, приходится прилагать максимальные усилия, чтобы оставаться там, иначе путь у тебя только один.

Потерянный рай

Не было какой-то одной конкретной причины, столкнувшей AMD с этой вершины. Глобальный экономический кризис, внутренние ошибки руководства, неверное финансовое прогнозирование, головокружение от собственных успехов, успешные ходы и контрходы Intel – всё это в той или иной мере сыграло свою роль.

Давайте взглянем, как складывалась ситуация на начало 2006 года. Рынок CPU был насыщен продуктами AMD и Intel, но у первой были такие процессоры, как выдающаяся линейка Athlon 64 FX на базе K8. FX-60 – это двухъядерный процессор частотой 2,6 ГГц, а FX-57 – одноядерный, работавший на частоте 2,8 ГГц.

Оба процессора значительно превосходили все остальные продукты на рынке, что видно из обзоров того времени. Они были очень дорогими – FX-60 продавался более чем за 1000 долларов, но такую же цену имел и самый мощный процессор Intel – 3,46-гигагерцовый Pentium Extreme Edition 955. AMD, судя по всему, имела преимущество и на рынке рабочих станций/серверов – чипы Opteron обгоняли по производительности процессоры Intel Xeon.

Проблема Intel заключалась в её архитектуре Netburst – сверхглубокой конвейерной структуре, требующей очень высоких тактовых частот, чтобы быть конкурентоспособной, что, соответственно, повышало энергопотребление и тепловыделение. Архитектура достигла своего лимита и больше не могла обеспечивать должный уровень развития, поэтому Intel закрыла её разработку и вернулась к своей старой архитектуре процессоров Pentium Pro/Pentium M для работы над новым поколением Pentium.

В рамках этой программы сначала был спроектирован Yonah для мобильных платформ, а затем, в августе 2006 года, двухъядерная архитектура Conroe для десктопов. Intel настолько сильно стремилась сохранить лицо, что оставила название Pentium только низкобюджетным моделям, заменив его на Core – 13 лет доминирования бренда внезапно закончилось.

Переход к высокопроизводительному чипу с низким энергопотреблением идеально совпал с появлением множества развивающихся рынков, и практически моментально Intel вернула себе корону, вырвавшись вперёд по производительности в секторе как потребительских, так и продвинутых систем. К концу 2006 года AMD толкнули с пика максимальной производительности, но непосредственной причиной её падения стали убийственные решения руководства.

За три дня до презентации Intel Core 2 Duo компания AMD опубликовала заявление, заверенное подписью Гектора Руиза (Hector Ruiz), на тот момент CEO компании (Сандерс отправился на покой за четыре года до этого). 24 июля 2006 года AMD заявила, что намеревается приобрести производителя графических карт ATI Technologies. Сумма сделки составляла 5,4 миллиарда долларов (из них 4,3 миллиарда наличными средствами и займами, и 1,1 миллиарда было получено от продажи 58 миллионов акций). Эта сделка была большим финансовым риском, её сумма составила 50% рыночной капитализации AMD, и хотя такая покупка имела смысл, цена совершенно её не оправдывала.

Одно из подразделений ATI под названием Imageon, занимавшееся графикой для портативных устройств, было продано Qualcomm всего лишь за 65 миллионов долларов. Теперь это подразделение известно нам как Adreno (анаграмма слова «Radeon») и её продукт стал интегральным компонентом SoC Snapdragon

ATI была чрезвычайно переоценена, потому что (как и Nvidia) совершенно не обеспечивала подобный уровень доходов. Кроме того, у ATI не было производственных мощностей, её цена почти полностью состояла из интеллектуальной собственности.

Со временем AMD признала свою ошибку, отчитавшись об убытках на 2,65 миллиардов из-за завышенной стоимости ATI.

Чтобы оценить эту недальновидность руководства, сравним ситуацию с продажей одного из подразделений ATI под названием Imageon, занимавшегося графикой для портативных устройств. Оно было продано Qualcomm всего лишь за 65 миллионов. Теперь это подразделение известно нам как Adreno (анаграмма слова «Radeon») и её продукт стал интегральным компонентом SoC Snapdragon (!).

32-битная SoC Xilleon для цифровых телевизоров и телевизионных приставок, была продана Broadcom за 192,8 миллиона долларов.

Кроме брошенных на ветер денег, не могла не разочаровать и реакция AMD на обновлённую архитектуру Intel. Спустя две недели после выпуска Core 2 президент и исполнительный директор AMD Дёрк Мейер (Dirk Meyer) объявил о завершении работ над созданием нового процессора AMD K10 Barcelona. Это мог бы быть внушительный шаг на рынок серверов, поскольку это был мощный четырёхъядерный процессор. Intel же в то время производила только двухъядерные Xeon.

Новый чип Opteron, с помпой появившийся в сентябре 2007 года, не смог забрать пальму лидерства у Intel: всё веселье внезапно закончилось после обнаружения бага, при котором в редких случаях могли происходить зависания во время записи во вложенный кэш. Несмотря на редкость возникновения, баг TLB (Translation Lookaside Buffer) положил конец производству AMD K10. Позже был выпущен патч BIOS, устранявший проблему на успевших уйти в продажу процессорах, хоть и ценой потери примерно 10% производительности. Спустя 6 месяцев, на момент выпуска процессоров новой версии «B3 stepping», ущерб уже был нанесён, как денежный, так и по репутации.

Спустя год, ближе к концу 2007 года, AMD вывела на десктопный рынок четырёхъядерный K10. К тому времени Intel вырвалась вперёд и выпустила знаменитый сегодня Core 2 Quad Q6600. Теоретически, K10 обладал более совершенной конструкцией – все четыре ядра находились на одном кристалле, в отличие от Q6600, использовавшего два отдельных кристалла. Однако AMD с трудом удавалось достичь заявленных тактовых частот, и лучшая версия нового CPU имела частоту всего 2,3 ГГц. Процессор был медленнее, чем Q6600, хоть всего и на 100 МГц, но зато оказался чуть дороже него.

Но самым загадочным оказалось решение AMD дать модели новое название: Phenom. Intel перешла на Core, потому что Pentium стал синонимом дороговизны и высокого энергопотребления, имея при этом довольно низкую производительность. В свою очередь Athlon у пользователей крепко ассоциировался со скоростью, что и обеспечивало его высокую репутацию. Первая версия Phenom была не так уж плоха, просто не настолько хороша, как Core 2 Quad Q6600, который уже присутствовал на рынке. Более того, Intel уже успела вывести на рынок более быстрые процессоры.

Как ни странно, но AMD, похоже, сознательно воздерживалась от рекламы. Кроме того, компания совершенно не участвовала в софтверной части бизнеса – весьма оригинальная бизнес-стратегия, не говоря уже о конкурентной борьбе на рынке полупроводников. Обзор этой эпохи в истории AMD был бы неполным без упоминания антиконкурентных действий Intel. На этом этапе AMD приходилось бороться не только с чипами Intel, но и со стремлением компании к монополизации рынка, что проявилось, в частности, в активном финансовом вливании в пользу OEM-производителей (в сумме составившем миллиарды долларов), чтобы те не использовали процессоры AMD в новых компьютерах.

В первом квартале 2007 года Intel заплатила Dell 723 миллиона долларов, чтобы остаться для неё единственным поставщиком процессоров и чипсетов, что составило 76% от общего операционного дохода компании в 949 миллионов. Позже AMD отсудит себе 1,25 миллиарда – кажется, что это на удивление мало, но, вероятно, был учтён тот фактор, что когда Intel занималась своими махинациями, сама AMD не смогла бы поставить достаточное количество процессоров своим покупателям.

Не то чтобы Intel было обязательно идти на всё это. В отличие от AMD, она имела жёстко заданные цели, а также более широкое разнообразие продуктов и объектов интеллектуальной собственности. Также она обладала несравнимыми ни с кем денежными ресурсами: к концу первого десятилетия века выручка Intel составила более 40 миллиардов долларов, из которых 15 миллиардов – операционный доход компании. Это позволило выделить огромные бюджеты на маркетинг, исследования и разработку ПО, а также на производства, идеально адаптированные под собственные продукты и графики компании. Уже только эти факторы гарантировали, что AMD придётся бороться за свою долю на рынке.

Многомиллиардная переплата за ATI и сопутствующие проценты по кредиту, неудача в развитии K8 и проблемные чипы, опоздавшие на рынок – всё это было тяжёлыми ударами. Но вскоре ситуация должна была стать ещё хуже.

Шаг вперёд, шаг в сторону, и сколь угодно назад

В 2010 году мировая экономика продолжала бороться с последствиями финансового кризиса 2008 года. Несколькими годами ранее AMD отказалась от своего подразделения по разработке флеш-памяти вместе со всеми предприятиями по изготовлению чипов – в конечном итоге они превратились в GlobalFoundries, которую AMD до сих пор использует для некоторых из своих продуктов. Было уволено примерно 10% сотрудников, и из-за всех этих мер AMD пришлось умерить свои амбиции и целиком сосредоточиться на проектировании процессоров.

Вместо совершенствования K10, AMD приступила к созданию нового проекта, и ближе к концу 2011 года была выпущена новая архитектура Bulldozer. K8 и K10 были истинно многоядреными процессорами с одновременной многопоточностью (SMT – simultaneous multithreaded), а новое решение классифицировалось как устройство с «кластерной многопоточностью» (CMT – clustered multithreading).

Четырёхмодульная структура архитектуры Bulldozer. Источник: Wikipedia

При разработке Bulldozer, AMD применила модульный подход – каждый кластер (или модуль) содержал два целочисленных ядра, но они не были по-настоящему независимыми. У них имелись общие кэши L1 (команд) и L2 (данных), устройство выборки/декодирования и узел обработки значений с плавающей запятой. AMD зашла настолько далеко, что отказалась от названия Phenom и вернулась к дням славы Athlon FX, дав первым процессорам Bulldozer простое название AMD FX.

Смысл всех этих инженерных усилий заключался в уменьшении общего размера чипов и повышении их энергоэффективности. При уменьшении площади кристалла увеличивается количество изготавливаемых чипов, что приводит к повышению рентабельности, а повышение энергоэффективности позволяет увеличить тактовые частоты. Кроме того, благодаря своей масштабируемости, архитектура должна подойти для большего количества разных рыночных ниш.

FX-8150 – лучшая модель на момент выпуска в октябре 2011 года – продавалась как 8-ядерный 8-поточный процессор. К тому времени процессоры обладали несколькими тактовыми частотами: базовая частота FX-8150 составляла 3,6 ГГц, а турбочастота – 4,2 ГГц. Однако чип имел площадь 315 квадратных миллиметра и максимальное энергопотребление более 125 Вт. Intel уже выпустила Core i7-2600K: традиционный 4-ядерный 8-поточный CPU, работавший на частоте до 3,8 ГГц. Он был значительно меньше нового чипа AMD, всего 216 квадратных миллиметров, и потреблял на 30 Вт меньше.

Теоретически, новый FX должен был выйти в лидеры, но его производительность оказалась довольно разочаровывающей – иногда проявлялась его способность одновременной обработки нескольких потоков, однако однопотоковая производительность часто оказывалась не лучше, чем у линейки Phenom, несмотря на более высокие тактовые частоты.

Вложив миллионы в долларов в разработку Bulldozer, AMD не собиралась отказываться от этой архитектуры, и в этот момент начала приносить плоды покупка ATI. В предыдущем десятилетии первый проект гибридного CPU/GPU в одном корпусе под названием Fusion появился на рынке слишком поздно и оказался очень слабым.

Но этот проект позволил AMD выйти на другие рынки. В начале 2011 года была выпущена ещё одна новая архитектура под названием Bobcat.

Чип AMD с совмещёнными CPU+GPU в PlayStation 4. Источник: Wikipedia

Предназначенная для устройств с низким энергопотреблением – встроенные системы, планшеты и ноутбуки – эта архитектура была диаметрально противоположной Bulldozer: просто несколько конвейеров и больше ничего лишнего. Спустя несколько лет Bobcat получил долгожданное обновление, превратившееся в архитектуру Jaguar, которая в 2013 году была выбрана Microsoft и Sony для использования в Xbox One и PlayStation 4.

Хотя сверхприбылей это не обещало, ведь консоли обычно создаются с расчетом на максимально низкую цену, обе платформы продались миллионами экземпляров, что подтвердило способность AMD создавать специализированные SoC (системы на кристалле).

По выбору Microsoft и Sony, архитектура AMD Jaguar на базе Bobcat в 2013 году стала сердцем Xbox One и PlayStation 4.

В течение последующих лет AMD продолжала совершенствовать архитектуру Bulldozer – первым проектом стал Piledriver, давший нам FX-9550 (монстр с частотой 5 ГГц и мощностью 220 Вт), однако Steamroller и последняя версия, Excavator (разработка которой началась в 2011 году, а выпуск – четырьмя годами позднее), были больше озабочены снижением энергопотребления, чем реализацией новых возможностей.

К тому времени кодирование наименований процессоров стало довольно запутанным, если не сказать большего. Phenom уже давно превратился в историю, а FX имел довольно слабую репутацию. AMD отказалась от всех этих названий и назвала десктопные процессоры проекта Excavator просто «A-series».

Графический отдел компании, занимавшийся продуктами Radeon, испытал и взлёты, и падения. AMD сохраняла название бренда ATI до 2010 года, заменив его собственным. Кроме того, в конце 2011 года компания полностью переписала созданную ATI архитектуру GPU, выпустив Graphics Core Next (GCN). Эта архитектура продолжала развиваться ещё в течение восьми лет, найдя своё место в консолях, настольных PC, рабочих станциях и серверах; она по-прежнему используется сегодня как интегрированные GPU в так называемых APU процессорах компании.

Дебют архитектуры Graphics Core Next (GCN) – видеокарта Radeon HD 7970

Процессоры GCN развивались, получив впечатляющую производительность, но их структура не позволяла с лёгкостью выжать из неё максимум. Самая мощная версия, созданная AMD – GPU Vega 20 в карте Radeon VII, могла похвастаться 13,4 TFLOPS вычислительной мощи и пропускной способностью 1024 ГБ/с, но в играх ей не удавалось достичь тех же результатов, как у лучших карт Nvidia.

На продукты Radeon часто жаловались по поводу их прожорливости, шумности и сильного нагрева. Первая реализация GCN, использованная в карте HD 7970, требовала при полной нагрузке многим больше 200 Вт мощности, но она производилась на относительно крупном 28-нанометровом техпроцессе компании TSMC. Ко времени достижения GCN зрелости с чипом Vega 10, процессоры в GlobalFoundries уже производились по 14-нанометровому техпроцессу, однако уровень энергопотребления оказался не лучше, чем у карт типа Radeon RX Vega 64, максимально потреблявших примерно 300 Вт.

Хоть у AMD и был приличный выбор продуктов, компании не удавалось добиться высоких показателей, а также выйти на достаточный уровень дохода.

Финансовый год	Выручка (млрд долларов)	Валовая прибыль	Операционные доходы (млн долларов)	Чистый доход (млн долларов)
2016	4.27	23%	-372	-497
2015	4.00	27%	-481	-660
2014	5.51	33%	-155	-403
2013	5.30	37%	103	-83
2012	5.42	23%	-1060	-1180
2011	6.57	45%	368	491

К концу 2016 года балансовая ведомость компании четвёртый год подряд фиксировала убыток (финансовое положение в 2012 году ухудшилось на 700 миллионов из-за окончательного расставания с GlobalFoundries). Долг по-прежнему был высоким, даже с учётом производств и других филиалов, и даже успех с Xbox и PlayStation оказался недостаточным.

В целом, AMD испытывала большие трудности.

Новые звёзды на небосклоне

Больше продавать было нечего, никаких признаков крупных инвестиций, способных спасти ситуацию, не предвиделось, и AMD оставалось делать лишь одно: удваивать усилия и реструктурироваться. В 2012 году компания наняла двух людей, которые сыграют жизненно важную роль в её возрождении.

Джим Келлер (Jim Keller), в прошлом главный разработчик линейки K8, вернулся после 13-летнего отсутствия и возглавил два проекта: первый – это архитектура на базе ARM для серверных рынков, второй – стандартная архитектура x86. Главным архитектором стал Майк Кларк (Mike Clark) – ведущий разработчик Bulldozer.

К ним присоединилась Лиза Су (Lisa Su), ранее работавшая старшим вице-президентом и генеральным менеджером Freescale Semiconductors. В AMD она заняла аналогичную должность, и именно благодаря её и президента компании Рори Рида (Rory Read) заслугам, компания смогла выйти за пределы рынка ПК, особенно на рынок консолей.

Лиза Су (в центре) и Джим Келлер (справа)

Спустя два года после возвращения Келлера в отдел исследований и разработок генеральный директор Рори Рид ушёл из компании, а Лиза Су получила повышение. Имея докторскую степень по электронике, полученную в Массачусетском технологическом институте, а также опыт разработки MOSFET-транзисторов по технологии SOI (silicon-on-insulator, «кремний на изоляторе»), Су обладала и научными знаниями, и опытом в производстве, необходимыми для возвращения AMD её былой славы. Однако в мире полномасштабных процессоров ничто не происходит мгновенно – проектирование чипов занимает несколько лет. До того времени, когда эти планы начнут приносить свои плоды, AMD придётся выдержать бурю.

Пока AMD выкарабкивалась, Intel становилась всё крепче и крепче. Архитектура Core и техпроцессы изготовления постепенно совершенствовались, и к концу 2016 года компания отчиталась о почти 60-миллиардной выручке. В течение нескольких лет Intel разрабатывала процессоры по схеме «тик-так»: «тик» – это новая архитектура, а «так» – усовершенствование её производства, как правило, за счёт уменьшения масштаба техпроцесса.

Но за кулисами Intel всё было не так радужно, несмотря на огромные доходы и почти полное доминирование на рынке. В 2012 году ожидалось, что в течение трёх лет Intel перейдёт на новейший 10 нм техпроцесс производства. Но этот "так" так и не произошёл, впрочем, и "тика" тоже не было. Первый 14-нанометровый CPU, основанный на архитектуре Broadwell, появился 2015 в году, после чего техпроцесс и конструктивная основа оставались неизменными в течение пяти лет.

Инженеры постоянно сталкивались с проблемами на 10 нм производстве, что вынуждало Intel каждый год совершенствовать старый техпроцесс и архитектуру. Тактовые частоты и энергопотребление становились всё выше, но новых архитектур не ожидалось; возможно, это всё ещё давала о себе знать их эпоха Netburst. А пользователи PC были поставлены перед таким-себе выбором: либо покупать мощные, но дорогие продукты линейки Intel Core, либо более слабые но более доступные AMD FX/A-series.

Однако AMD потихоньку собирала выигрышную комбинацию карт, вскрыв её в феврале 2016 года на ежегодной выставке E3, посвященной игровой индустрии. В рамках анонса долгожданного перезапуска Doom, компания представила публике свою совершенно новую архитектуру Zen.

Помимо общих фраз об «одновременной многопоточности», «кэше с высокой пропускной способностью» и «энергоэффективной конструкции finFET», о новой архитектуре было сказано мало. Больше подробностей было раскрыто на Computex 2016, в том числе и о планах повысить производительность Excavator на 40%.

Назвать такие заявления амбициозными было бы преуменьшением, особенно в свете того, что с каждой новой версией Bulldozer компания в лучшем случае обеспечивала прирост лишь на скромные 10%.

Им понадобился ещё год для того, чтобы такой чип действительно появился, но зато после его появления долговременные планы AMD наконец стали понятны всем.

Любое новое оборудование нуждается в соответствующем программном обеспечении, но многопоточные процессоры ожидала ещё и тяжёлая борьба. Несмотря на то, что консоли могли похвастаться 8-ядерными процессорами, большинству игр вполне хватало и четырёх. Основными причинами этого были рыночное доминирование Intel и архитектура чипов AMD в Xbox One и PlayStation 4. Intel выпустила свой первый 6-ядерный CPU ещё в 2010 году, но он был очень дорогим (почти 1 100 долларов). Вскоре появились и другие, но по-настоящему недорогой шестиядерный процессор Intel смогла представить только через семь лет – Core i5-8400 по цене ниже 200 долларов.

Проблема с консольными процессорами заключалась в том, что схема процессора состояла из двух 4-ядерных CPU на одном кристалле, и между двумя частями чипа существовала высокая задержка. Поэтому разработчики игр стремились выполнять потоки движка в одной из частей, а вторую использовать только для общих фоновых процессов. Лишь в мире рабочих станций и серверов существовала необходимость процессоров с серьёзной многопоточностью, пока AMD не решила иначе.

В марте 2017 года у рядовых пользователей ПК появилась возможность обновить свои системы, выбрав один из двух 8-ядерных 16-поточных процессоров. Совершенно новая архитектура обязана была получить собственное название, и AMD отказалась от Phenom и FX, явив нам Ryzen.

Особо дешёвыми их было не назвать: Ryzen 7 1800X 3,6 ГГц (макс. 4 ГГц) продавался по цене 500 долларов, а на 0,2 ГГц более медленный 1700X – на 100 долларов дешевле. Частично, такая цена обусловлена желанием AMD избавиться от ярлыка производителя дешёвых альтернатив, но по большей части она объясняется тем, что Intel за свой 8-ядерный Core i7-6900K просила 1 000 долларов.

Zen унаследовала всё самое лучшее от всех предыдущих архитектур и соединила их все в структуру, задача которой заключалась в максимальной загруженности конвейеров; а для этого требовались значительные усовершенствования систем конвейеров и кэшей. В новой конструкции разработчики отказались от общих кэшей L1/L2, использовавшихся в Bulldozer – каждое ядро теперь было полностью независимым, имело больше конвейеров, улучшенное прогнозирование действий и повышенную пропускную способность кэшей.

Подобно чипу, работавшему в консолях Microsoft и Sony, процессор Ryzen также являлся SoC-системой (системой на чипе). Единственное, чего ему не хватало – это GPU (в более поздних бюджетных моделях Ryzen появился процессор GCN).

Кристалл разделили на два 4-ядерных 8-поточных так называемых CPU-комплекса (CPU Complexes, CCX). Также на кристалле расположился процессор Southbridge, отвечающий за контроллеры и соединения с PCI Express, SATA и USB. Теоретически это означало, что материнские платы теперь можно изготавливать без южного моста, но почти во всех платах южные мосты по-прежнему устанавливались просто чтобы увеличить количество возможных подключений устройств.

Но всё это ничего не стоило бы, если бы Ryzen не обеспечивал нужной производительности, и после многих лет отставания от Intel, AMD пришлось приложить много усилий, чтоб доказать свою состоятельность в этом плане. 1800X и 1700X не были идеальными: они проигрывали Intel в играх, будучи на равных с ней в неигровой сфере применения.

На руках у AMD имелись и другие карты: месяц спустя после выпуска на рынок первого процессора Ryzen, появились 6- и 4-ядерные модели Ryzen 5, за которыми ещё через два месяца последовали бюджетные 4-ядерные Ryzen 3. Они конкурировали с продукцией Intel так же, как и их более мощные собратья, но были гораздо более выгодными по цене.

Наконец, пошли тузы: 16-ядерный 32-поточный Ryzen Threadripper 1950X (с ценой от 1 000 долларов) и 32-ядерный 64-поточный серверный процессор EPYC. Эти монстры состояли из двух и четырёх чипов Ryzen 7 1800X в одном корпусе соответственно, и использовали для передачи данных между чипами новейшую систему интерконнекта Infinity Fabric.

За шесть месяцев AMD продемонстрировала, что она всерьёз нацеливается на все возможные ниши рынка десктопов x86, используя универсальную архитектуру процессоров.

Годом позже архитектура была обновлена до Zen+. Усовершенствования коснулись системы кэшей, а также техпроцесса – вместо устаревшего 14LPP от GlobalFoundries/Samsung, теперь использовался обновлённый и более мелкий 12LP. Размер кристаллов процессоров остался таким же, однако новый производственный метод позволил процессорам работать с повышенными тактовыми частотами.

AMD выпустила Zen 2: на этот раз изменения стали более значительными и мы стали часто слышать термин «чиплет».

А ещё через год, летом 2019 года, AMD выпустила Zen 2. На этот раз изменения стали более значительными и мы стали часто слышать термин «чиплет». Вместо использования монолитной конструкции, где все части CPU – это один и тот же кусок кремния (как это было и в Zen и Zen+), инженеры отделили модули CCX от системы интерконнекта.

Эти модули изготавливались TSMC по их техпроцессу N7 и сами стали полноценными кристаллами, отсюда и их название Core Complex Die (CCD). Структура ввода-вывода производилась GlobalFoundries, при этом в десктопных моделях Ryzen использовался чип, производимый по 12LP техпроцессу, а в Threadripper и EPYC – по более крупному 14 нм.

Инфракрасные снимки Zen 2 Ryzen и EPYC. Видно, что чиплеты CCD отделены от чипа ввода-вывода. Источник: Fritzchens Fritz

В Zen 3, выпуск которого запланирован на конец 2020 года, ожидается усовершенствования чиплета. Вряд ли будет изменена сама 8-ядерная 16-поточная структура, скорее улучшения будут в стиле Zen+ (то есть, улучшение кэша, а также повышение энергоэффективности и тактовых частот).

Стоит подвести итоги тому, что AMD смогла достичь с помощью Zen. За 8 лет архитектура прошла путь от чистого листа до внушительного списка продуктов, включающего и 4-ядерные 8-поточные бюджетные предложения за 99 долларов, и 64-ядерные 128-поточные серверные CPU за четыре с лишним тысячи долларов.

Также заметно поправилось финансовое положение AMD: в прошлом её убытки и долги доходили до миллиардов долларов, теперь AMD находится на пути к избавлению от долгов и сообщает о том, что ожидаемые операционные доходы в следующем году превысят 600 миллионов долларов. Хоть Zen и не была единственной причиной финансового восстановления компании, но безусловно значительно способствовала.

Похожая судьба сложилась и у графического подразделения AMD – в 2015 году ему была предоставлена полная свобода действий в качестве независимой Radeon Technologies Group (RTG). Наиболее значимым достижением инженеров RTG стала микроархитектура RDNA – сильно переработанная GCN. Изменения, внесённые в структуру кэша, вкупе с улучшенной компоновкой вычислительных элементов, сместили фокус применения архитектуры непосредственно на игры.

Линейка видеокарт Radeon RX 5700, где впервые была использована эта новая архитектура, продемонстрировала серьёзный потенциал разработки. И он не остался незамеченным для Microsoft и Sony: обе компании выбрали Zen 2 и обновлённую RDNA 2 для установки в свои новые консоли Xbox и PlayStation 5.

С точки зрения разработки архитектур и технологических инноваций, AMD смогла вернуть себе положение, в котором она была в эпоху Athlon 64. Компания добралась до вершины, пала, и как мифическое существо, возродилось из пепла

Пусть Radeon Technologies Group и не добилась такого же уровня успеха, как подразделение разработки CPU, и её видеокарты будут, по всей видимости, и дальше рассматриваться как «бюджетный вариант», но с точки зрения разработки архитектур и технологических инноваций, AMD смогла вернуть себе положение, в котором она была в эпоху Athlon 64. Компания добралась до вершины, пала, и как мифическое существо, возродилось из пепла.

Осторожный взгляд в будущее

Вполне уместным будет задаться простым вопросом: не повторятся ли те трудные времена провальных продуктов и отсутствия средств?

Даже если 2020 год окажется успешным для AMD, и в доказательство тому положительные финансовые результаты за первый квартал демонстрируют рост на 40% по сравнению с предыдущим годом, доход в 9,4 миллиарда по-прежнему оставляет её позади даже Nvidia (10,7 миллиарда в 2019 году), не говоря уже об Intel (с её недосягаемыми 72 миллиардами). Конечно, ассортимент продуктов последней гораздо более широк, к тому же она владеет собственными производствами, зато прибыль Nvidia почти полностью зависит от видеокарт.

Понятно, что и прибыли, и операционные доходы должны расти для полной стабилизации AMD в будущем, но как этого можно достичь? Основная часть дохода компании по-прежнему поступает от того, что она называет «вычислительно-графический сегмент», то есть от продаж Ryzen и Radeon. Без сомнений, он продолжит развиваться, поскольку Ryzen очень конкурентоспособен, а архитектура RDNA 2 обеспечивает общую платформу для игр, работающих как на PC, так и на консолях нового поколения.

Новым процессорам Intel для игровых ПК всё труднее удерживать лидерство. Более того, им не достаёт функциональности в сравнении с Zen 3. Nvidia по-прежнему держит корону в области производительности GPU, но столкнулась с жесткой конкуренцией со стороны Radeon в секторе средней ценовой категории. Возможно, это не более чем совпадение, но хоть RTG и является полностью независимым подразделением AMD, её выручка и операционные доходы с ней общие, из чего можно сделать вывод, что несмотря на популярность графических карт Radeon, продаются они не в таком же количестве, как продукты Ryzen.

Ещё более серьёзную проблему для AMD, вероятно, представляет то, что на её сегменты Enterprise, Embedded и Semi-Custom продуктов приходится лишь менее 20% от прибыли в первом квартале 2020 года, что приводит к операционным убыткам. Это можно объяснить тем фактом, что в свете успеха Nintendo Switch и ожидаемого выпуска новых моделей консолей Microsoft и Sony, продажи текущего поколения Xbox и PlayStation стагнируют. Кроме того, на корпоративном рынке доминирует Intel и никто, владеющий многомиллионным дата-центром, не готов отказаться от её продуктов лишь потому, что появился новый замечательный процессор.

Nvidia DGX A100, оснащённая двумя 64-ядерными процессорами AMD EPYC

Но ситуация может измениться в течение следующей пары лет благодаря новым игровым консолям или неожиданному альянсу. Для своих вычислительных кластеров глубокого обучения/ИИ системы DGX 100 Nvidia выбрала процессоры AMD, а не Intel. Причина проста: процессор EPYC имеет больше ядер и каналов памяти, а также более быстрые линии PCI Express по сравнению с тем, что может предложить Intel.

Если Nvidia осталась довольна продуктами AMD, то за ней точно последуют и другие. AMD придётся взбираться на крутую гору, но вроде бы на сегодня у неё есть всё, что нужно для этого. Пока TSMC продолжает совершенствовать и оттачивать свой техпроцесс N7, все использующие этот процесс чипы AMD также будут совершенствоваться.

Если посмотреть в будущее, то есть несколько областей, на которые AMD определённо стоит обратить больше внимания. Например, маркетинг. Слоган «Intel Inside» на протяжении 30 лет красовался везде, и хотя на продвижение Ryzen AMD потратила какие-то деньги, ей не помешает сотрудничество с такими производителями, как Dell, HP и Lenovo для продажи устройств, столь же ярко рекламирующих её процессоры, как это делает Intel.

Что касается программного обеспечения, то тут была проделана большая работа по созданию приложений, повышающих удобство для пользователей, в частности, Ryzen Master, но совсем недавно у драйверов Radeon встретился ряд проблем. Разработка драйверов для игр – невероятно сложный процесс, но от их качества зависит вся репутация аппаратного продукта.

Сегодня AMD находится в самой сильной позиции за всю свою 51-летнюю историю. Благодаря амбициозному проекту Zen, в ближайшем будущем которого не видно никаких пределов, возрождение компании подобно фениксу стало огромным успехом. Однако она ещё не на вершине, и, вероятно, это к лучшему. Говорят, что история повторяется, но будем надеяться, что этого не случится, и компании не придётся снова падать. Сильная и конкурентная AMD, вполне способная соревноваться с Intel и Nvidia, означает для пользователей одну только выгоду.

Что вы думаете об AMD, об её взлётах и падениях? Был ли у вас процессор K6, или, может быть, Athlon? Какая видеокарта Radeon вам больше всего нравится? Какой процессор Zen впечатлил сильнее всего? Делитесь своими комментариями.