AMD Athlon (K8)

AMD Athlon (K8)
AMD Athlon 64

Athlon 64 Emblem
Produktion: 2003 bis 2008
Produzent: AMD
Prozessortakt: 1,8 GHz bis 2,6 GHz
HT-Takt: 800 MHz bis 1000 MHz
L2-Cachegröße: 512 KB bis 1 MB
Fertigung: 130 nm bis 65 nm
Befehlssatz: x86 / AMD64
Mikroarchitektur: K8 / AMD64
Sockel:
Namen der Prozessorkerne:
  • Clawhammer
  • Newcastle
  • Winchester
  • Venice (Manchester)
  • San Diego (Toledo)
  • Orleans (Windsor)
  • Lima (Brisbane)

Der AMD Athlon 64 ist ein Mikroprozessor für Computer und der zweite Vertreter der AMD K8-Generation. Er wurde im Jahr 2003 auf den Markt gebracht und besitzt die AMD64-Mikroarchitektur.

Der Athlon 64 tritt die Nachfolge des AMD Athlon XP an. 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 (AMD Athlon 64 FX). Im Jahr 2007 kamen auch Modelle, die auf die „64“ im Namen verzichten. AMD Athlon auf K8-Basis wird im Sprachgebrauch teilweise auch als Athlon LE oder Athlon 64 LE bezeichnet um ihn vom AMD Athlon auf K7-Basis abzugrenzen, diese Namen entsprechen aber nicht der offiziellen Bezeichnung. Der Athlon 64 ist generell nicht für Multiprozessor-Systeme geeignet, die dafür geeignete Variante der Athlon64-Familie wird unter dem Namen AMD Opteron vertrieben. Jedoch wurde mit dem AMD Athlon 64 X2 eine CPU auf den Markt gebracht, die zwei CPU-Kerne besitzt (Dual-Core) und sich deswegen ähnlich wie ein Dual-CPU-System verhält.

Inhaltsverzeichnis

Entwicklung

Anfangs hatte AMD anscheinend Fertigungsprobleme mit dem Athlon 64 und konnte die Modelle nicht hoch genug takten. Die Ursache wurde in parasitären Kapazitäten bei dem ansonsten vor allem bei Teillast sehr energiesparenden SOI-Prozess vermutet. Die Markteinführung verzögerte sich hierdurch 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 würde und mit Intels Pentium 4 mithalten könne. Durch Verbesserung in der Fertigung und neuere Steppings des Athlon 64 konnten die Probleme behoben werden.

Der Athlon 64 hat den Athlon XP vollständig ersetzt: AMD bietet Modelle mit einem auf dem alten Quantispeed-Rating basierenden Modell-Rating von 2800+ bis 4000+ an und deckte damit den gesamten Markt ab. Für den Budget-Bereich wurde der AMD Sempron entwickelt. Im Jahre 2007 wurde das Rating für neue Prozessoren wieder fallen gelassen und auch die „64“ im Namen hielt man für überflüssig, da inzwischen alle x86-Prozessoren 64-Bit-fähig sind. Neuere Modelle findet man deswegen unter dem Namen Athlon, dem eine Modellnummer angehängt ist. Die Modellnummer besteht aus zwei Buchstaben, gefolgt von einem Bindestrich und einer vierstelligen Nummer (z. B. LE-1620). Der Erste Buchstabe steht dabei für die Leistungsklasse, L bedeutet Unterklasse. Der zweite Buchstabe benennt die ungefähre Verlustleistung, E bedeutet dabei weniger als 65 W TDP. Bei der vierstelligen Nummer steht die erste Ziffer für die Typenfamilie, die anderen drei Ziffern ordnen den Prozessor innerhalb dieser Typenfamilie zu.[1]

Prozessorsockel

Sockel 754
Der Athlon 64 für den Sockel 754 hat nur ein Single-Channel-Speicherinterface und kommt daher mit 754 Pins und vierlagigen Hauptplatinen aus. Dieser Sockel diente als erste Plattform für den Athlon 64, wurde dann aber durch den Sockel 939 ersetzt.

Der Sockel 754 diente noch bis Mitte 2006 als Plattform für den AMD Sempron und für die Notebookprozessoren Mobile Athlon 64, Turion 64 und Mobile Sempron.

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; so haben Athlon 64 für Sockel 939 bei gleicher Taktfrequenz und L2-Cache ein höheres Rating als beim Sockel 754. Mitte 2006 wurde er durch den Sockel AM2 abgelöst.

Sockel 940
Der eigentlich nur für den AMD Opteron gedachte Sockel 940 wurde anfangs als Plattform für den Athlon 64 FX genutzt, der im Prinzip nur ein umbenannter Opteron war. Dieser wurde aber nach kurzer Zeit für den Desktop-Markt überflüssig, da AMD den Athlon 64 FX auch für die Sockel 939 und AM2 konzipierte.

Sockel AM2
Über den Sockel AM2 bindet der Athlon 64 DDR2-SDRAM an, weiterhin über zwei Speicherkanäle. Zusätzlich unterstützen die Prozessoren für diesen Sockel die Virtualisierungstechnik AMD-V. Aus Marketing-Gründen liegt der Fokus zunehmend auf Dual-Core-Prozessoren, was bei der Athlon-64-Serie bereits 2007 zur Einstellung der Produktion führte; Single-Core-Modelle für den Sockel AM2 werden lediglich innerhalb der Athlon-Serie (ohne „64“) weiterproduziert.

Prozessorkerne

Es gibt verschiedene Prozessorkerne für den Athlon 64, die die Namen Clawhammer, Newcastle, Winchester, Venice, San Diego und Orleans tragen.

Der Clawhammer ist der älteste Kern, seine Revision C0 in 130-nm-Fertigung 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 PC3200-Speichermodulen mit jeweils 512 MB sind maximal 166 MHz anstatt 200 MHz möglich, mit drei 1 GB-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 maximale 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 Clawhammer-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 effizientere Kühlung unter gleichen Bedingungen möglich. Nochmals wurde der Speichercontroller verbessert.

Relativ kurz nach dem Winchester folgte aber bereits der nächste Kern namens Venice (Revision E3, 512 KB L2-Cache), der erstmals SSE3 unterstützte und ebenfalls in 90 nm gefertigt wurde. Bei diesen Prozessoren integrierte AMD erstmals die gemeinsam mit IBM entwickelte „Dual Stress Liner“-Technologie in den Fertigungsprozess. Durch ein gestrecktes Kristallgitter können die Transistoren im Chip bei gleich bleibender Verlustleistung bis zu 24 % schneller schalten. In der Praxis rechnet AMD mit einem um 16 % erhöhten Taktpotenzial, was auf bis zu 2.800 MHz Kerntakt hinausliefe. Der Speichercontroller der Revision E3 wurde erneut verbessert. Umfangreiche Speicherbestückungen müssen nur noch mit 2T Command Rate ausgebremst werden, wenn vier doppelseitige DIMMs verwendet werden, die mit DDR-400 laufen sollen. Alle anderen Konfigurationen können mit Maximalgeschwindigkeit betrieben werden. Die Speichertransferleistung wird durch eine verdoppelte Anzahl Write-Combine-Buffer erhöht, und auch die Leistung in Verbindung mit UMA-Grafikkarten wurde gesteigert. Zusätzlich unterstützt der Venice neue Werte für die Speicherteiler. Dadurch wird es möglich, auch (nicht JEDEC-spezifizierte) DDR-500-Speichermodule zu verwenden, wenn das BIOS die neuen Speicherteiler unterstützt. Der Leistungszuwachs durch diese Vergrößerung der Speicherbandbreite bewegt sich allerdings nur im unteren einstelligen Prozentbereich. Kurz nach der Markteinführung des Venice-E3-Steppings wurden drei Fehler in den Prozessoren entdeckt. So erwiesen sich die neuen Write-Combine-Buffer als nicht praxistauglich und mussten beim Booten des Systems vom BIOS abgeschaltet werden. Wenn dies nicht geschah, konnte das System zu einem nicht vorhersehbaren Zeitpunkt einfrieren. AMD legte den Venice-Prozessor daher schon kurze Zeit später in der korrigierten E6-Version neu auf.

Erstmals gibt es vom Venice auch wieder eine Variante mit 1.024 KB L2-Cache, die unter dem Namen San Diego (E4) läuft. Von den Venice-Problemen sind diese CPUs grundsätzlich nicht betroffen.

Der Kern Orleans ist ebenfalls in 90 nm gefertigt, unterstützt aber DDR2-Speicher und die Virtualisierungstechnologie AMD-V. Damit die neuen Fähigkeiten genutzt werden können, besitzt der neue Kern den neuen Sockel AM2.

Der neue Lima-Kern ist identisch mit dem Orleans, allerdings ist er in 65 nm gefertigt, wodurch die Verlustleistung sinkt.

Mit dem Kern Windsor wurden die ersten Prozessoren der K8-Generation vorgestellt, die AMD wieder unter dem reinen Label Athlon veröffentlichte. Intern handelt es sich eigentlich um ein Dual-Core, wobei allerdings einer diesen beiden abgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme erhöht AMD zum einem die Ausbeute, da so auch Prozessoren verkauft werden können bei denen ein Kern nicht korrekt funktioniert. Außerdem kann so auch die maximale Verlustleistung auf dem Level von 45 Watt gehalten werden, obwohl diese Prozessoren noch in einer 90-nm-Fertigung erstellt wurden.[2]

Modelldaten Sockel 754

Alle Prozessoren für den Sockel 754 besitzen einen Speichercontroller mit einem Kanal (64 Bit, Single-Channel-Betrieb) für DDR-SDRAM.

Clawhammer

Newcastle

Athlon 64 3400+ (Rev. CG)

Venice

Modelldaten Sockel 939

Alle Prozessoren für den Sockel 939 besitzen einen Speichercontroller mit zwei Kanälen (128 Bit, Dual-Channel-Betrieb) für DDR-SDRAM.

Clawhammer

Newcastle

Winchester

Venice

Athlon 64 3000+ (Rev. E3)

San Diego

Manchester

Toledo

Modelldaten Sockel AM2

Alle Prozessoren für den Sockel AM2 besitzen einen Speichercontroller mit zwei Kanälen (128 Bit, Dual-Channel-Betrieb) für DDR2-SDRAM.

Energieklassen

Der AMD Athlon 64 wird in verschiedenen Energieklassen gefertigt. Eine Unterscheidung der Modelle ist nur anhand der OPN möglich. Diese Nummer befindet sich auf dem Prozessorgehäuse unter der Prozessorbezeichnung.

Anfang der OPN maximale Leistungsaufnahme Energieklasse
ADDxxxxxxxxxx 35 Watt EE SFF
ADHxxxxxxxxxx 45 Watt Standard
ADNxxxxxxxxxx 62 Watt Standard
ADOxxxxxxxxxx 65 Watt Standard
ADAxxxxxxxxxx 89 Watt Standard
ADVxxxxxxxxxx 89 Watt Standard
ADXxxxxxxxxxx 125 Watt

Abkürzungen

  • EE: Energy Efficient bedeutet, dass die CPU im Vergleich weniger Strom verbraucht und dadurch die Verlustleistung geringer ist.
  • SFF: Small Form Factor bedeutet, dass die Verlustleistung gegenüber EE noch einmal deutlich verringert wurde. Die CPU benötigt dadurch eine weniger aufwendige Kühlung und ist damit für kleinere Computergehäuse geeignet.

Orleans

Windsor

Lima

Einzelnachweise

  1. ↑ Heise online: AMD: 45-Watt-Doppelkerne und die Abkehr von QuantiSpeed, 5. Juni 2007.
  2. ↑ Heise online: AMD bringt neue 45-Watt-Einzelkernprozessoren und senkt Preise,8. Oktober 2007.

Siehe auch

Weblinks

AMD-Logo
Liste der Mikroprozessoren von AMD | AMD Prozessor-Familien | Ordering Part Number (OPN)

Prozessor-Generationen: AMD K5 | AMD K6 | AMD K7 | AMD K8/K8L | AMD K9 | AMD K10

Sonstige AMD-Entwicklungen: AMD64 | AMD LIVE! | AMD Quad FX | AMD-V | QuantiSpeed

Bis AMD-K6-Generation: Am286 | Am386 | Am486 | 5x86 | K5 | K6 | K6-2 | K6-III

Athlon-Serie:  Desktop: Athlon (K7) | Athlon XP | Athlon 64 | Athlon (K8) | Athlon 64 X2 | Athlon X2 | Athlon 64 FX   Mobil: Athlon XP-M | Mobile Athlon 64 | Athlon 64 X2   Server: Athlon MP

Duron-Serie:  Desktop: Duron   Mobil: Mobile Duron       Sempron-Serie:  Desktop: Sempron (K7) | Sempron (K8)   Mobil: Mobile Sempron

AMD K10-Desktopserie: Phenom X3 | Phenom X4 

Turion-Serie:  Mobil: Turion 64 | Turion 64 X2 | Turion X2 

Opteron-Serie: Server: AMD Opteron (K8) | AMD Opteron (K9) | AMD Opteron (K10)

Sonstige AMD-Prozessoren:  Embedded: Geode | Alchemy

AMD-Chipsätze:  7er-Serie

 

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