AMD Athlon 64

Der AMD Athlon 64 ist zusammen mit seiner Schwester-CPU AMD Opteron (für Server und Workstations) die erste Generation die AMDs 64-Bit-Architektur AMD64 (auch x86-64 genannt) besitzt. Der Athlon 64 tritt dabei die Nachfolge des AMD Athlon XP an, der nach und nach ersetzt wurde. Neben der Desktop-Version gibt es noch Modelle für Notebooks (Mobile Athlon 64 bzw. Turion 64 Mobile Technology), für LowCost-Systeme (Sempron) und für den High-End-Markt (Athlon 64 FX). Der Athlon 64 ist generell nicht für Multiprozessor-Systeme geeignet, gleichwohl wurde mit dem AMD Athlon 64 X2 eine CPU auf dem Markt gebracht, die zwei CPU-Kerne besitzt (Dual-Core) und sich deswegen ähnlich wie Dual-CPU-System verhält.

Architektur

Im Gegensatz zu der lange von Intel propagierten IA64-Architektur (siehe Itanium) setzt AMD bei AMD64 auf volle Kompatiblität zur 32-Bit i386-Architektur, dass heißt das alle Betriebssysteme und Anwendungsprogramme wie gewohnt nutzbar sind. Zusätzlich steht aber ein 64-Bit-Modus zur Verfügung, der v.a. einen größeren Speicherbereich ermöglicht und teilweise auch Performance-Verbesserungen durch breite Register mit sich bringt. Mit dem Athlon 64 leitete AMD daher einen sanften Übergang von 32- auf 64-Bit-Umgebungen ein.

Allgemein betrachet erzielt der Athlon 64 den größten Teil seiner Leistungssteigerung gegenüber dem Athlon XP durch vergrößerte bzw. verbesserte Caches sowie Verbesserungen an den Vorstufen der Recheneinheiten (TLB-Puffer, Sprungvorhersage etc.). Außerdem wurden die Speicher-Latenzen drastisch reduziert, da der Speichercontroller aus der Northbridge in den Prozessor selbst verlagert wurde.

Anfangs hatte AMD anscheinend Fertigungs-Probleme mit dem Athlon 64 und konnte die Modelle nicht hoch genug takten. Die Markteinführung verzögerte sich auch erheblich und man war ungefähr ein Jahr hinter dem ursprünglichen Zeitplan. Aus diesem Grund war es anfangs ungewiss, ob AMD mit dem Athlon 64 Erfolg haben wird und mit Intels Pentium 4 mithalten kann. Durch Verbesserung in der Fertigung und neuere Steppings des Athlon 64 konnte aber Skeptiker bald eines besseren belehrt werden und AMD konnt mit dem Newcastle (0,13 µm) und dann mit dem Winchester (0,09 µm) relativ hohe Taktraten erzielen und spielend mit Intel mithalten.

Zwischenzeitlich hat der Athlon 64 den Athlon XP vollständig ersetzt und AMD bietet Modelle mit einem Modell-Rating von 2800+ bis 4000+ an und deckt damit eigentlich den gesamten Markt bis auf den LowCost-Sektor ab. Für diesen ist aber der AMD Sempron entwickelt worden.

Bisher fehlt AMD aber immer noch die wichtige Unterstützung durch ein 64-Bit-Betriebssystem von Microsoft, das sich sehr lange verzögerte, aber nun seit April 2005 als Windows XP Professional x64 Edition auf dem Markt ist. Auf Druck von Microsoft schwenkte auch Intel zwischenzeitlich zu AMD64 um und stattete seine Pentium 4 CPU mit der weitestgehend zu AMD64 kompatiblem EM64T-Erweiterung aus. Allerdings erschien *BSD und Linux als 64-Bit-Betriebssystem schon fast zeitgleich mit den AMD64-Prozessoren.

Als weitere wichtigere Neuerung führte AMD mit Cool'n'Quiet eine Stromspartechnik ein, die vorher nur bei Notebook-CPUs zu finden war. Diese Maßnahme führt zu einer reduzierten Verlustleistung bei Teillastbetrieb der CPU und ist sicherlich mit ein Grund für die Popularität des Athlon 64.

Sockel 754

Der Athlon 64 für den Sockel 754 hat nur ein Single-Channel Speicherinterface und kommt daher mit 754 Pins und 4-lagigen Hauptplatinen aus. Dieser Sockel diente als erste Plattform für den Athlon 64, wurde dann aber durch den Sockel 939 ersetzt. Der Sockel 754 wird langfristig als Plattform für den AMD Sempron und für die Notebookprozessoren Mobile Athlon 64, Turion 64 und Mobile Sempron dienen.

Sockel 939

Der Sockel 939 bietet dem Athlon 64 ein Dual-Channel Speicherinterface. Wegen der damit verdoppelten Speicherbandbreite verfügen die Sockel 939 CPUs über eine höhere Leistung als die Sockel-754-Modelle. AMD setzt deswegen ein anderes Performance-Rating an, um diesem Umstand gerecht zu werden. Deswegen haben Athlon 64 für Sockel 939 bei gleicher Taktfrequenz und L2-Cache ein höheres Rating als beim Sockel 754. Der Sockel 939 wurde nach dem Sockel 754 eingeführt und AMD plant diesen Sockel langfristig für den Mainstream-Markt. Ab 2006 wird er wahrscheinlich durch den neuen Sockel M2 ersetzt werden, der mit neuen Features wie DDR2-RAM Unterstützung aufwartet.

Sockel 940

Der eigentlich nur für den AMD Opteron gedachte Sockel wurde anfangs als Plattform für den Athlon 64 FX genutzt, der im Prinzip nur ein umbenannter Opteron war, wurde dann aber nach kurzer Zeit für den Desktop-Markt überflüssig, da AMD den Athlon 64 FX auch für den Sockel 939 konzipierte.

Modelle

Es wurden verschiedene Varianten des Athlon 64 herausgebracht, die auf die Namen Clawhammer, Newcastle, Winchester, Venice und San Diego hören.

Der Clawhammer ist dabei der älteste Kern und die Revision C0 bildete die Basis für die ersten Athlon 64 mit 1 MB L2-Cache, die ab Mitte 2003 ausgeliefert wurden. Der integrierte Speichercontroller der Revision C0 kann bei umfangreichen Speicherbestückungen (insbesondere mit drei oder mehr doppelseitigen Modulen) den RAM nicht hoch takten. Mit drei 512MB-DDR400-Modulen sind maximal 166 MHz anstatt 200 MHz möglich, und mit drei 1GB-Modulen muss der Controller sogar auf 100 MHz Speichertakt herunterschalten, da andernfalls keine sichere Signalübertragung zu gewährleisten ist. Die neuere Revision CG bot neben verbessertem thermischen Design und erweitertem Powermanagement kleinere Verbesserungen am Speichercontroller und die neue Option "2T Command Rate" an, durch die sich der Maximal-Speichertakt bei großen Bestückungen erhöhen ließ. Dabei wird eine Speicheranforderung nicht wie üblich einen Takt lang über die Prozessorpins signalisiert, sondern zwei Takte lang durchgehalten, so dass auch bei hohen Takten eine sichere Signalerkennung möglich ist. Diese Sicherheit erkauft man sich durch einen Verlust an Übertragungsbandbreite. Ob der 2T-Overhead durch den höheren Speichertakt aufgewogen werden kann, muss im Einzelfall festgestellt werden. Einige BIOS-Versionen aktivieren 2T standardmäßig in jedem Fall und bremsen so auch "schnelle" Speicherbestückungen unnötig um bis zu 15 % aus.

Der Name Newcastle tauchte erstmals in Verbindung mit Prozessoren auf, bei denen eine Hälfte des L2-Caches deaktiviert war und die zum Ausgleich mit mehr Takt liefen, um nominell die gleiche Leistung zu erbringen. Später gab es "echte" Newcastle-CPUs, die physisch tatsächlich nur über 512 kB Cache verfügten.

Danach führte AMD den Winchester (Revision D0) ein, der die Migration zur 90-nm-Fertigung darstellt. Durch die kleineren Strukturbreiten wurden höhere Taktraten bei geringerer Leistungsaufnahme möglich. Durch die 90-nm-Fertigung sank die Verlustleistung des Winchester-Kern um bis zu 20% gegenüber dem Newcastle-Kern, somit war eine effektivere Kühlung unter gleichen Bedingungen möglich. Es wurde nochmals der Speichercontroller verbessert.

Relativ kurz nach dem Winchester folgte aber bereits das nächste Modell names Venice (Revision E3), der erstmals SSE3 unterstützte und ebenfalls in 90 nm gefertigt wurde. Er besitzt dabei physisch 512 KB L2-Cache.

Der San Diego entspricht weitestgehend dem Venice, ist aber mit physischen 1.024 KB L2-Cache ausgestattet.

Im Juni 2005 wurde dann der AMD Athlon 64 X2 mit Dual-Core basierend auf dem Manchester (512Kb Cache) und dem Toledo-Kern (1024Kb Cache) released.

Im Verlaufe des Jahres 2006 soll dann ein neuer Speicherkontroller integriert werden. Es soll sich hierbei mindestens um einen DDR2-SDRAM, wenn nicht gar um einen DDR3-SDRAM (FB-DIMM)-Speicherkontroller handeln.

Modelldaten

Clawhammer

Revision C0 und CG
L1-Cache: 64 + 64 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: 1.024 KB mit Prozessortakt
MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX-Bit (Nur CG)
Sockel 754, HyperTransport mit 800 MHz (HT800)
Sockel 939, HyperTransport mit 1.000 MHz (HT1000)
Betriebsspannung (VCore): 1,50V
Leistungsaufnahme (TDP): 89W
Erscheinungsdatum: 23. September 2003
Fertigungstechnik: 0,13 µm (SOI)
Taktfrequenzen: 1.800 - 2.400 MHz
Die-Größe: 193 mm² bei 105,9 Millionen Transistoren
- 3200+: 2.000 MHz (Sockel 754)
- 3400+: 2.200 MHz (Sockel 754)
- 3700+: 2.400 MHz (Sockel 754)
- 4000+: 2.400 MHz (Sockel 939)

Newcastle

Auch Clawhammer mit zur Hälfte deaktiviertem L2-Cache möglich (Clawhammer-512)

Revision CG
L1-Cache: 64 + 64 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: 512 KB mit Prozessortakt
MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX-Bit
Sockel 754, HyperTransport mit 800 MHz (HT800)
Sockel 939, HyperTransport mit 1.000 MHz (HT1000)
Betriebsspannung (VCore): 1,50V
Leistungsaufnahme (TDP): 89W
Erscheinungsdatum: 2004
Fertigungstechnik: 0,13 µm (SOI)
Die-Größe: 144 mm² bei 68,5 Millionen Transistoren
Taktfrequenzen: 1.800 - 2.400 MHz
- 2800+: 1.800 MHz (Sockel 754)
- 3000+: 1.800 MHz (Sockel 939)
- 3000+: 2.000 MHz (Sockel 754)
- 3200+: 2.000 MHz (Sockel 939)
- 3200+: 2.200 MHz (Sockel 754)
- 3400+: 2.400 MHz (Sockel 754)
- 3500+: 2.200 MHz (Sockel 939)
- 3800+: 2.400 MHz (Sockel 939)

Winchester

Revision D0
L1-Cache: 64 + 64 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: 512 KB mit Prozessortakt
MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX-Bit
Sockel 939, HyperTransport mit 1.000 MHz (HT1000)
Betriebsspannung (VCore): 1,40V
Leistungsaufnahme (TDP): 67W
Erscheinungsdatum: 2004
Fertigungstechnik: 0,09 µm (SOI)
Die-Größe: 84 mm² bei 68,5 Millionen Transistoren
Taktfrequenzen: 1.800 - 2.200 MHz
- 3000+: 1.800 MHz
- 3200+: 2.000 MHz
- 3500+: 2.200 MHz

Venice

Revision E3
L1-Cache: 64 + 64 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: 512 KB mit Prozessortakt
MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX-Bit
Sockel 939, HyperTransport mit 1.000 MHz (HT1000)
Betriebsspannung (VCore): 1,35V und 1,40V
Leistungsaufnahme (TDP): 67W (ab 3800+: 85,3W)
Erscheinungsdatum: April 2005
Fertigungstechnik: 0,09 µm (SOI)
Die-Größe: 83,5 mm² bei 68,5 Millionen Transistoren
Taktfrequenzen: 1.800 - 2.400 MHz
- 3000+: 1.800 MHz
- 3200+: 2.000 MHz
- 3500+: 2.200 MHz
- 3800+: 2.400 MHz

San Diego

Revision E4
L1-Cache: 64 + 64 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: 1.024 KB mit Prozessortakt
MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX-Bit
Sockel 939, HyperTransport mit 1.000 MHz (HT1000)
Betriebsspannung (VCore): 1,35V und 1,40V
Leistungsaufnahme (TDP): 85,3W
Erscheinungsdatum: April 2005
Fertigungstechnik: 0,09 µm (SOI)
Die-Größe: 115 mm² bei 114 Millionen Transistoren
Taktfrequenzen: 2.200 - 2.400 MHz
- 3700+: 2.200 MHz
- 4000+: 2.400 MHz

Siehe auch

Weblinks

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