Bericht: AMD Prozessor History

Einleitung

Eigentlich sollte unser Einblick in die Prozessor-Geschichte von AMD nur einen kleinen Teil unseres Prozessorsvergleiches bilden. Doch schnell wurde klar, dass auch ein recht beschränkter Überblick über die letzten paar Entwicklungsjahre von AMD nicht in zwei Sätzen abzuhandeln ist. Zu viele wichtige und interessante Details ließen den Umfang letztendlich auf ein vorher so nicht eingeplantes Volumen anwachsen, so dass wir uns dazu entschlossen haben, die "History" kurz vor dem Review zu veröffentlichen. Und dennoch war es kaum möglich, jeden einzelnen Entwicklungsschritt bis ins kleinste Detail abzuhandeln. Deshalb beginnt unser Rückblick im Jahre 1997, dem Veröffentlichungsjahr des letzten AMD K5 Prozessors. Der im Übrigen mit seinem 'Performance-Rating' einen wunderschönen Bogen zum aktuellen Top-Modell, dem Athlon XP, zieht.

1997: K5, der Pentium Rivale

AMD wurde im Jahre 1969 gegründet und gehört somit zu den Großvätern im Bereich der Mikroelektronik. Im Zeitraum von 1982 bis Anfang 1997 konnte man insgesamt 90 Millionen x86-Prozessoren verkaufen. Alleine von 1992 bis 1997 wurden 50 Millionen Stück unter das Volk gebracht. Die Nachfrage boomte und das Interesse am Computer war durch die fallenden Preise ungebrochen. Mit dem Ende der 486er-Ära und dem Ruf nach neuen Technologien und mehr Leistung schickten die Jungs aus dem sonnigen Kalifornien den K5 ins Rennen, der trotz einiger guter Ansätze nur wenig dem damaligen Klassenprimus 'Pentium' von Intel entgegen zusetzen hatte. Der letzte K5-Prozessor für den Desktopmarkt war der AMD-K5-PR166. Das „PR“ in der Bezeichnung des Prozessors stand hierbei für „Performance Rating“ und sollte verdeutlichen, dass dieser Prozessor zumindest die selben oder gar bessere Leistung gegenüber einem Intel Pentium 166 MHz erreichte.

Zitat

The new AMD-K5-PR166 processor delivers system performance equal to or better than a 166MHz Pentium, as indicated by the P-Rating. The P-Rating, based on the Ziff-Davis Winstone 97 benchmark suite, provides the PC industry with a single, meaningful measurement of true system performance provided by the processor.

Der Preis des Prozessors lag bei der Abnahme von 1000 Stück bei 167 US-Dollar. Heutzutage erhält man für dieses Geld laut aktueller AMD Preisliste einen Athlon XP 1600+ Prozessor. Doch trotz enormer Leistungsunterschiede spannt die Nomenklatur beider CPUs einen weiten Bogen, denn das P-Rating erlebte Ende 2001 eine Wiedergeburt.

Die folgende Tabelle zeigt sowohl die erste als auch die zweite Generation des K5-Prozessors. Für die Entwicklung des K5 stand im großen Maße der SSA/5 Pate.

So gesehen handelte es sich beim K5 um die überarbeitete Prozessor-Serie des SSA/5, der allerdings bei identischem Takt durch einige Verbesserungen ein höheres P-Rating erhalten konnte. So lautete das PR des mit 100 MHz getakteten K5 nun PR133 und nicht mehr PR100, wie zuvor noch bei dem gleich getakteten SSA/5.

Um das Performance Rating zu erhalten, wurde zum Prozessortakt einfach die Hälfte des System-Bus-Taktes hinzugefügt. Bei der zweiten Generation des K5 Prozessors, dessen einziger Vertreter der K5-PR166 werden sollte, wurde das Performance-Rating als Produkt des System-Taktes mit dem Multiplikator gewählt. Allerdings wurde der externe Multiplikator von 2,5 intern vom Prozessor als 1,75 interpretiert, so dass das Performance Rating gut 42% über dem realen Takt des Prozessors angesiedelt war.

1997: Der Einstand des K6

Am 2. April 1997 verkündete AMD voller Stolz, man habe mit der Auslieferung des K6 Prozessors mit MMX-Technologie begonnen. Es handelte sich somit nunmehr um die sechste Generation des Prozessors aus dem Hause AMD. Der Prozessor wurde in 0,35µm gefertigt, verfügte über insgesamt 8,8 Millionen Transistoren und war mit 166 MHz, 200 MHz und 233 MHz im Handel erhältlich. Der Preis des 233 MHz Modells lag bei der Einführung bei 469 US-Dollar und würde heute mühelos für die Kauf von gleich zwei Athlon XP 1,8+ Prozessoren ausreichen. Der Prozessor verfügte wie die Konkurrenz von Intel über keinen internen L2-Cache. Dieser sehr schnelle Zwischenspeicher war noch auf dem Mainboard untergebracht, meistens 256-512KB groß und konnte in manchen Fällen sogar erweitert werden. Der angegebene Takt entsprach im Gegensatz zum K5 nun wieder dem real anliegenden Takt.

Genau am 6. Januar 1998, also einen Tag und vier Jahre vor der Einführung des Athlon XP 2000+, begann AMD mit der Auslieferung des K6-Prozessoren mit 233 und 266 MHz, die erstmals in 0,25µm gefertigt wurden. Die Leistung des Prozessors war allgemein gut, konnte aber nicht mit der des inzwischen von Intel eingeführten Pentium II mithalten. Ende Januar konterte Intel mit der Vorstellung des, im Gegensatz zu seinen Pentium II Vorgängern mit 233, 266 und 300 MHz, bereits in 0,25µm und nicht wie bisher in 0,35µm gefertigten 333 MHz schnellen Pentium II. Der Preis dieses Prozessors lag bei der Abnahme von 1000 Stück bei sage und schreibe 722 US-Dollar. Gut zwei Monate später zog AMD mit dem K6 mit einem Takt von 300 MHz nach. Mit einem Preis von 246 US-Dollar kostete er weit weniger als die Hälfte eines, zugegebenermaßen schnelleren, Pentium II Prozessors. Obwohl Intel mit der Einführung des Pentium II für reichlich Aufregung sorgen konnte, wurden die schnellsten Intel und AMD Prozessoren nachwievor mit einem konservativen Front-Side-Bus von 66 MHz betrieben. Dies sollte sich jedoch am 15. April 1998 mit der Vorstellung des neuen Pentium II mit Deschutes-Kern ändern. Dieser wurde fortan mit einem Front-Side-Bus von 100 MHz betrieben und stand in Taktfrequenzen von 350, 400 und 450MHz zur Verfügung. Noch am selben Tag gab Intel den Startschuss für den Celeron Prozessor mit einer Taktrate von 266 MHz.

Zitat

Moderne Anwendungen verlangen von den PCs mehr Leistung und Funktionalität als jemals zuvor. Die Pentium II Prozessoren mit 350 und 400 MHz werden zusammen mit neuen, dazu passenden Technologien ausgeliefert, um den steigenden Anforderungen an die Systemleistung gerecht zu werden. So unterstützt das Intel 440BX AGPset den neuen P6-Systembus mit 100 MHz. Verglichen mit dem heute üblichen 66-MHz-Systembus erlaubt diese neue Datenautobahn die schnellere Kommunikation zwischen dem Pentium II Prozessor mit 350 oder 400 MHz und den restlichen Computer-Komponenten, einschließlich den modernen AGP-Grafikkarten.

Der Intel Celeron Prozessor mit 266 MHz für Basis-PCs basierte auf der gleichen P6-Mikroarchitektur wie der Pentium II Prozessor. Dies verbesserte entscheidend die Multimedia-Leistung von Basis-PCs, vergleicht man den Intel Celeron Prozessor mit dem Pentium Prozessor mit MMX Technologie.

Bei Abnahme von 1000 Stück kostete der Pentium II Prozessor mit 400 MHz ganze 824 US-Dollar. Der Intel Celeron Prozessor mit 266 MHz wechselte für 155 US-Dollar den Besitzer (ebenfalls bei der Abnahme von 1000 Stück). Intel forcierte den Kampf um den Prozessor unaufhaltsam und schlug sich nun mit dem Celeron auch in dem bisher von AMD und Cyrix dominierten Low-Cost Segment.

1998: Der K6-2 mit 3DNow!

Mit der Einführung des K6-2 Prozessors Ende Mai 1998 konnte AMD deutlich an Boden gewinnen. Der Prozessor bot mit 3DNow! nicht nur einen erweiterten Multimediabefehlssatz sondern wurde fortan mit einem Front-Side-Bus von 100 MHz auf dem erweiterten Sockel7, dem Super Sockel7, in so genannten Super7 Boards betrieben. Da Intel den Sockel 7 allerdings mit der Einführung des Pentium II für tot erklärt hatte, mussten spätestens ab diesem Zeitpunkt andere Hersteller für entsprechende Chipsätze sorgen. Hier beginnt im Übrigen auch der Anfang der Erfolgsstory VIA Technologies. Durch den Ausbau des Befehlssatzes stieg die Anzahl der Transistoren um 0,5 Millionen von 8,8 Millionen beim K6 auf nunmehr 9,3 Millionen beim K6-2. Das viel umworbene 3DNow! konnte sich allerdings nur langsam durchsetzen und auch weiterhin die eklatanten Schwächen in der Floating-Point-Unit der AMD CPUs nicht ausmerzen. Allerdings konnte sich die Office-Performance dieser Prozessor-Serie sehen lassen und war der eines gleich getakteten Pentium II mehr als ebenbürtig. Im Mai konnte AMD bereits den K6-2 mit 266, 300 und 333 MHz liefern. Für das dritte Quartal 1998 wurde bereits die Variante mit 350 MHz und für das vierte Quartal die 400 MHz schnelle Version des Prozessors erwartet. Die Entwicklung schritt schnell voran und man konnte am 27. Oktober den Verkaufsstart des K6-2 mit 350 MHz verkünden. Man reagierte auf die Vorstellung des Pentium II mit 450 MHz und die des Celeron mit 333 MHz, die zwei Tage zuvor erfolgt war. Was die Taktfrequenz und den Preis anging, konkurrierte man von nun an meistens mit Intels Low-Cost-Prozessor, obwohl die Leistung des K6-2 eigentlich sogar darüber lag.

Um dennoch weiter konkurrenzfähig zu bleiben, enthüllte man am 13. Oktober 1998 auf dem Microprocessor Forum in Kalifornien erstmals die siebte Design-Generation der eigenen Prozessoren.

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The Microsoft Windows compatible AMD-K7 processor with 3DNow technology offers seventh-generation design features that distinguish it from previous generations of PC processors. These innovations include a nine-issue superscalar micro architecture optimized for high clock frequency, a superscalar pipelined floating point unit, 128KB of on-chip level one (L1) cache, a programmable high-performance backside L2 cache interface, and a 200 MHz Alpha EV6-compatible system bus interface with support for scalable multiprocessing.

Der Prozessor wurde in der ersten Jahreshälfte 1999 mit einer Taktfrequenz von 500 MHz erwartet und sollte, wie sich später zeigte, den Siegeszug von AMD einleiten. Doch vorerst sollte es noch einige weitere Varianten des K6-Prozessors geben.

Frühling 1999: Kurzes Gastspiel des K6 III

So wurde am 16. November 1998 die schon im Oktober angekündigte Variante des K6-2 mit 400 MHz zum Verkauf freigegeben. Zusammen mit dieser Ankündigung wurde auch der K6-2 mit 380 und 366 MHz vorgestellt. Am 26. Februar 1999 folgte noch eine Variante mit 450 MHz. Obwohl die Architektur eigentlich schon an der Grenze des Machbaren angelangt und eigentlich schon durch einen weiteren Nachfolger der K6-Generation abgelöst war, folgten am 5. April der 475 MHz und am 30. August der 500 MHz schnelle K6-2 Prozessor. Sogar ein K6-2 mit 550 MHz wurde im Januar 2000 noch vorgestellt. Meistens landeten diese CPUs jedoch eher in OEM Geräten und nicht auf dem freien Markt. Abgelöst deshalb, weil AMD sogar noch vor dem Verkaufsstart des K6-2 mit 450 MHz, genau genommen am 22. Februar 1999, den K6-III mit 3DNow! und integriertem L2-Cache vorstellte. Und Anfang 2000 hatte der K7 schon längst mit seinen Siegeszug begonnen.

Waren die K6-2 Prozessoren mit einem durchschnittlichen Einführungspreis von rund 200 US-Dollar vergleichsweise billig, mussten für den K6-III mit 450 MHz ganze 476 US-Dollar auf den Tisch gelegt werden. Da der komplette L2-Cache mit einer Größe von 256kb auf dem Prozessorkern selbst untergebracht wurde, hatte sich die Anzahl der Transistoren des Prozessors im Vergleich zum Vorgänger mit 21,3 Millionen mehr als verdoppelt und der Produktionsaufwand und die Ausfallrate war deutlich gestiegen - Der Preis stieg. Der auf dem Mainboard vorerst als Level2-Cache verlötete Speicher konnte ab sofort als dritter Puffer zwischen CPU und RAM genutzt werden. Mit Hilfe dieser 'TriLevel Cache Architektur' konnte man die Leistung der Prozessoren in manchen Anwendungen nochmals deutlich steigern und war nun auch für Pentium III mit Katmai Kern gewappnet, der drei Tage nach der K6-III Vorstellung von Intel mit einem Takt von 450 und 500 MHz an den Start ging. Zu den wesentlichen Neuerungen des Pentium III Prozessors zählten 70 neue Befehle, die als Internet Streaming SIMD-Extensions, kurz ISSE, bezeichnet wurden. Weitere Varianten des K6-III wurden niemals vorgestellt, fortan sollte der K7, der unter dem Namen 'Athlon' den Markt erreichte, der Vorzeigeprozessor von AMD sein.

Sommer 1999: Der Athlon

Der 23. Juni 1999 war für viele AMD Fans sicherlich ein großes Ereignis, denn an diesem Tag wurde mit der Auslieferung des neuen Mikroprozessors der siebten Generation, des 'Athlon', begonnen. Der Prozessor war mit 500, 550 und 600 MHz verfügbar, obwohl es besonders zu Beginn große Engpässe bei der Versorgung mit diesem Prozessor gab. Durch die Wahl des Produktnamens wollte AMD betonen, dass der neue Prozessor ein Leistungsformat besaß, das deutlich über dem Niveau der bisherigen K6 Prozessorfamilie lag. Der Athlon verfügte nicht nur über mehr L1- und L2-Cache (128KB bzw. 512KB) als seine Vorgänger sondern kam auch mit einem erweiterten 3DNow!-Befehlssatz daher, der jedoch nach wie vor unter dem Namen 3DNow! geführt wurde. Die ersten Serien des Athlon Prozessors wurden in 0,25µm gefertigt, später kam auch hier der Umstieg auf die mittlerweile nach und nach zum Standard avancierende 0,18µm Technologie. Der Athlon bot eine Bustaktfrequenz von revolutionären 200 MHz, die er durch einen Trick aus einer reellen Taktung von 100 MHz erzeugte. Das von DEC für den Alpha-Prozessor entwickelte und von AMD für den Athlon lizensierte EV6-Protokoll ermöglichte nach dem Prinzip der "Double Data Rate" (DDR) das Versenden von Daten sowohl auf der fallenden als auch der steigenden Taktflanke, was eine Verdopplung des FSB und somit effektive 200 MHz ermöglichte. Und frei nach dem Motto "neue CPU, neuer Sockel" setzte auch der Athlon ein neues Mainboard zwingend voraus. Doch nicht der Sockel, nein, wie schon bei Intel, der Slot sollte es sein. Auf den Namen SlotA getauft, durfte der dem Intel Slot1 extrem ähnliche sehende Steckplatz fortan die gigantische Platine des Athlon tragen. Auch hier hatten der große L2-Cache und technische Rückstände, die es nicht erlaubten, den Speicher für wenig Geld auf dem "Die" zu platzieren, für diese Entwicklung gesorgt. Mit der Hälfte des CPU-Taktes bei den langsameren und 1/3 bis 2/5 des Taktes bei den schnelleren SlotA Athlons fiel auch die L2-Cache-Taktung eher konservativ aus.

Nichtsdestotrotz, innerhalb von nur vier Monaten konnte AMD mit der neuen Architektur die Taktfrequenz des neuen Top-Modells auf 650, 700 und letztendlich gegen Ende November auf 750 MHz anheben. Leistungsmäßig gelang AMD mit dem Athlon endgültig der Durchbruch und der Athlon wurde für Intel zu einem ernst zu nehmenden Konkurrent. Allerdings hatte AMD nicht nur leistungsmäßig zu Intel aufgeschlossen, auch in der Preispolitik konnten sich die beiden Konkurrenten erstmals die Hände reichen. So mussten bei der Veröffentlichung für den Athlon mit 750MHz, bei der Abnahme von 1000 Stück, 799 US-Dollar auf den Tisch gelegt werden. Beide Unternehmen lieferten sich von nun an einen harten Kampf um den schnellsten Prozessor am Markt. Noch am 20. Dezember 1999 stellte Intel den Pentium III mit 750 und 800 MHz vor, die beide bereits in 0,18µm gefertigt wurden und ihren L2-Cache direkt auf dem Prozessor trugen. Intel konnte also letztendlich doch noch mit dem am höchsten getakteten Prozessor in das neue Jahr gehen. Gleich am 6. Januar 2000, also genau zwei Jahre nachdem der K6-Prozessor präsentiert wurde, ergänzte AMD seine Prozessorserie um einen Athlon mit einem Prozessortakt von 800 MHz und zog somit wieder mit Intel gleich.

Kaum hatte AMD am 6. März 2000 mit der Auslieferung des in 0,18µm gefertigten und mit einem GHz schnellsten und letzten SlotA-Athlons begonnen, zog zwei Tage später auch Intel nach. Allerdings musste Intel offiziell einräumen, dass dieser Prozessor nur in limitierter Stückzahl verfügbar sein wird. Intel versuchte noch im Juli 2000 die Speed-Krone für sich zurück zu gewinnen. Allerdings musste man den 1,13 GHz Pentium III für den Slot 1 kurze Zeit nach der Einführung aufgrund gravierender Fehler vom Markt zurück ziehen.

2000: Athlon Thunderbird

Im Rahmen der technischen Weiterentwicklung wurde am 5. Juni 2000 ein neuer Athlon vorgestellt, indem von nun an der 'Thunderbird-Core' sein Werk verrichten sollte. Dieser zeichnete sich durch einen im Prozessor integrierten (embedded), mit vollem CPU-Takt betriebenen und 256KB großen L2-Cache aus, was die große SlotA-Platine der ersten Athlon-Generation somit nach kurzem Gastspiel wieder unnütz werden ließ. Aus Kostengründen grub AMD den alten Sockel wieder aus und schuf so den leicht modifizierten SockelA. Allerdings wechselten auch eine kleine Serie an SlotA-Thunderbird CPUs den Besitzer, da man es sich mit der Zielgruppe der verärgerten Slot-A Besitzer nicht vollends vermiesen wollte. Auch der Duron Prozessor, der laut AMD die „optimierte Lösung für preisbewusste Heim- und Geschäftsanwender“ darstellt, wurde an diesem Tag angekündigt. Er basiert auf der selben Technologie wie der Athlon, sein Core wurde allerdings zur Unterscheidung 'Spitfire' genannt. Dieser im Level2 Cache auf 64KB beschnittene LowCost-Prozessor sollte fortan im unteren Preissegment gegen Intels technologisch unterlegenen Celeron mit Taktraten von anfangs bis zu 700 MHz antreten.

2001: Palomino löst Thunderbird ab

Bis zur Einführung des Pentium 4 mit einem Takt von 1,4 und 1,5 GHz Ende November 2000 konnte AMD seine Stellung am Prozessormarkt mit der 1,1 GHz und 1,2 GHz Variante des Athlons, sowie der 750 und 800 MHz Ausgabe des Durons, weiter ausbauen. Doch durch die neue Architektur des Pentium 4, die auch nach einem neuen Mainboard und einer seperaten Stromversorgung verlangte, konnte Intel die Taktfrequenz der eigenen Prozessoren deutlich erhöhen, ohne dabei auf thermische Probleme zu stoßen. Zwar war es für die schnellsten Varianten des Athlon immer noch möglich, den Pentium 4 in einigen Bereichen deutlich zu übertrumpfen, doch den Takt im Prozessormarkt konnte man von nun an nicht mehr vorgeben und sah so die "nicht ausreichend informierte Kundenschar" zu den Gigahertz-Boliden mit Pentium 4 Chip schwinden.

Zur CeBIT 2001 konnte AMD den 1,33 GHz Athlon der Öffentlichkeit präsentieren, der erstmals in einer Variante mit einem Front-Side-Bus von 266 MHz verfügbar war. Dieser Prozessor erbrachte trotz eines geringeren Taktes in einigen Benchmarks bis zu 40 Prozent mehr Leistung als Intels bis dahin schnellster Pentium 4 mit 1,5 GHz. Doch wie soll man den einfachen uninformierten Käufer auf der Straße diesen Umstand klar machen? Dass schon längst nicht mehr die Taktfrequenz alleine für die Leistung eines Computers ausschlaggebend war, ließ sich nicht einfach in Zahlen darstellen. Eine neue Bezeichnung für die eigenen Prozessoren musste her, die am 10. Oktober mit der Vorstellung des Athlon XP nach vielen vorausgehenden Gerüchten auch erfolgte. Und so grub AMD das mit dem K5 vor Jahren gestorbene P-Rating wieder aus. Bis es letztendlich zur Einführung des Athlon XP kam, quetschte AMD alles nur Mögliche aus dem Thunderbird- und Spitfire-Kern. So wurde der Duron mit Spitefire-Kern noch bis 950 MHz beschleunigt, die Athlonfamilie dagegen erhielt mit dem 1,4 GHz im Juni 2001 nur noch ein neues und haarscharf am Limit operierendes Mitglied.

Während der Palomino-Kern, der später seinen Dienst im Athlon XP verrichten sollte, bereits im Mai 2001 mit dem Athlon 4, der Notebook-Variante des Athlons, in den Handel kam, musste die Fangemeinde ungewöhnlich lange auf ihre Desktop-Variante warten. Nach der Einführung des endlich auch offiziell multiprozessorfähigen Athlon MP mit Palomino-Kern im Juni und der Runderneuerung des Durons im August, der seitdem mit einem Palomino ähnlichem Core daher kommt, fiel am 10. Oktober endlich der Startschuss für den Athlon XP. Die Einführung war auch bitter nötig, denn in der Zwischenzeit konnte Intel bereits mit einem 2 GHz Pentium 4 den Markt beliefern.

Zukunftspläne

Auch in der nahen Zukunft wird die Entwicklung im Hause AMD sicherlich nicht still stehen. Schon zur CeBIT 2002 im März wird aller Voraussicht nach der nächste Athlon Kern, der Thoroughbred, den derzeit aktuellen Palomino ablösen. Dann endlich wird auch AMD auf den 0,13 µ Herstellungsprozess setzen, der derzeit schon in der Sockel 478 Version des Pentium 4, dem Northwood, zum Einsatz kommt. Dadurch kann nicht nur die Leistungsaufnahme und somit auch die Wärmeentwicklung verringert werden. Als weiterer positiver Nebeneffekt soll dies auch wesentlich höhere Taktraten möglich machen. Die Core-Voltage wird nicht mehr 1,75 sondern 1,6 Volt betragen. Geplant sind für den Einstieg die 2000+ (1660 MHz) und 2200+ (1800 Mhz) Variante. Gegen Ende 2002 soll dann zum krönenden Abschluss noch AMDs erster 64Bit Prozessor, der Sledgehammer, auf den Markt kommen. Die erste CPU aus einer Reihe von "Hammer" Prozessoren soll dabei sowohl 32Bit Anwendungen als auch 64 Bit Programm beherrschen. Die erste Intel 64 Bit CPU "Itanium" ist zwar schon seit Sommer 2001 auf dem Markt. Intel selbst sieht die CPU jedoch eher als Testobjekt, reißenden Absatz erfuhr sie, auch auf Grund von fehlender Softwareunterstützung und horrenden Preisen, nicht.

Anmerkung

Wer mehr über den Athlon XP und den neuen Duron mit Morgan-Core erfahren möchte, der wird in unserem in Kürze erscheinenden AMD Prozessor-Roundup zahlreiche detaillierte Informationen sowie eine ganze Reihe an Geschwindigkeitstests auch und gerade in Relation zu den direkten Vorgänger dieser Prozessoren finden.

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