CPU Intel ed AMD


La storia del PC e' legata alla storia dell'Intel, che con la sua linea di processori a basso costo ha permesso lo sviluppo e l'ampia diffusione dei PC. Altri produttori, come la Motorola, hanno messo sul mercato CPU di qualita', ma non hanno avuto la stessa diffusione ed importanza dell'Intel.
L'AMD e, per un certo tempo la Cyrix, hanno creato "cloni" delle CPU Intel, quasi completamente compatibili. L'AMD, coll'Atlon, ha prodotto ad un certo punto processori migliori di quelli dell'Intel, e con l'Athlon 64 e' stata protagonista dell'evoluzione dei PC verso i 64 bits. Attualmente Intel ed AMD si spartiscono il mercato delle CPU per PC, ci sono anche altri fornitori, ma di minor successo.

L'architettura di queste CPU e' denominata X86, questi processori hanno un set di istruzioni di tipo CISC, con parole in little endian order. Le prime versioni di queste CPU avevano 16 registri a 16 bit : 4 registri generali utilizzati per i calcoli e vari registri speciali, che servono a gestire puntatori alla memoria, gli IRQ, le eccezioni etc.; con i processori 386 i registri furono portati a 32 bits, vennero poi introdotti registri ed istruzioni per il calcolo float. Le versioni successive videro aggiunte dedicate alla grafica, come le istruzioni MMX, che utilizzano i registri float per istruzioni di tipo SIMD, le istruzioni SSE, che utilizzano 8 nuovi registri a 128 bit per il calcolo float

Le limitazioni dell'architettura a 32 bit hanno spinto l'Intel a rompere con la compatibilita' con le vecchie applicazioni ed a introdurre l'architettura IA-64, completamente a 64 bits. Con un nuovo instruction set, non piu' CISC ma VLIW, meglio concepito. Tuttavia le CPU della linea Itanium, che implementavano questa architettura, non hanno avuto fortuna, ed il passaggio a 64 bit sta avvenendo nel 2004-2005 con l'architettura AMD64, introdotta dall'AMD, che e' una estensione dell'X86 ed utilizza registri a 64 bits, ma mantiene la compatibilita' col vecchio software a 32 bits.


Come per i computer, anche per le CPU ci si riferisce a famiglie di CPU, o "generazioni", per indicare i vari tipi di processori che si sono avvicendati sul mercato.



CPU Intel di prima generazione
Anno Modello Clock num. gates Fabbricazione data bus bits address bus bits socket     commenti
1970 4004 0.108 Mhz 2250 10u PMOS 4 12 DIP 16 pin     indirizza 540KB, 16 registri generali a 4 bits
1971 4040           DIP 24 pin     supporta interrupts
1972 8008   3300   8 14 DIP 18 pin     indirizza 16 KB
1974 8080 2-3 MHz 5000   8 16 CERDIP 40 pin     introduce lo stack, indirizza 64KB
1978 8086 4-10 29000 2u CMOS 16 20       indirizza 1 MB,4 registri generali a 16 bits, 4 segment registers
1979 8088 5-12     8 20       usato sui primi PC IBM

Con l'Intel 8086 e l'8088 inizia la storia dei PC, con l'8086 viene definita l'architettura delle CPU dei PC, l'8088 viene utilizzato sui primi PC IBM ed IBM-compatibili.
In figura i processori i4004, i8086.

Intel 4004 Intel 8086 

CPU Intel di seconda generazione (286)
Anno Modello Clock num. gates Fabbricazione data bus bits address bus bits socket     commenti
1982 80286 6-20 MHz 134000 1.5u CMOS 16 24 68 pin, CERDIP     protezione memoria, pre-fetch queue

Il 286 ha prestazioni doppie dell'8088, permette di utilizzare 16 Mbyte di RAM, e' adatto a sistemi multi-users ed a programmi multi-tasking. Implementa un primo sistema di protezione della memoria (protected mode). In figura un 286.

Intel 286

CPU Intel di terza generazione (386)
Anno Modello Clock num. gates Fabbricazione data bus bits address bus bits socket     commenti
1985 80386 DX 16-33 MHz 0.8u CMOS 275000 32 32 132 pin, PGA     Prima CPU a 32 bits, indirizza 4 GB, lavora con coprocessore matematico 80376
1988 80386 SX       16 24 100 pin, QFP     versione a basso costo, indirizza solo 16 MB
1990 8086 SL           196 pin, QFP     versione a basso consumo


Con l'Intel I386 abbiamo la prima CPU completamente a 32 bits, con registri a 32 bits e capace di indirizzare fino a 4 GB di ram. Le operazioni in virgola mobile (float) sono implementate in hardware e sono demandate ad un integrato separato: il coprocessore matematico. Cloni di queste CPU venivano prodotte dall'AMD e dalla Cyrix. Le prestazioni di queste CPU si avvicinano ai 10 mips (million instruction per second).
Intel 80386

CPU Intel di quarta generazione (486)
Anno Modello Clock num. gates Fabbricazione data bus bits address bus bits socket cache L1 cache L2 commenti
1989 80486 DX 25-50 1.200.000 0.8u CMOS 32 32 168 pin, PGA 8KB 0-256KB pipeline a 5 stage, cache L1 on cip, coproccessore mat. integrato
1898 80486 SX 25-50               senza coprocessore matematico
1992 40486 DX2 50-66               aumentato il clock, va con fsb a 25 o 33 MHz
1994 40486 DX4 75-100               aumentato il clock

L'architettura delle CPU Intel diviene piu' complessa con il modello 486, che raddoppia le prestazioni rispetto al 386, e gli ultimi modelli arrivano ai 70 mips; abbiamo una pipeline a 5 stages, (fetch,decode,address compute,fetch operands, compute,store), una cache di primo livello (L1) integrata nella CPU, una cache di secondo livello (L2) sulla scheda madre, certe versioni hanno il coprocessore matematico integrato. Questi processori usano un bus a 33 MHz, ISA o VESA, consumano attorno ai 4 Watt. AMD produce cloni di questi processori che lavorano a velocita' piu' elevate degli originali. In figura il processore 486 dell'Intel, e cloni dell'AMD e della Cyrix.
 Intel 486 AMD 486 clone Cyrix, 486 clone

CPU Intel di quinta generazione (586 o pentium)
Anno Modello Clock num. gates Fabbricazione data bus bits address bus bits socket, Volts Cache L1/L2   commenti
1993 P5 60-66 3100000 0.8u BiCMOS 64 32 296 pin PGA, 5Volt 8+8    
1994 P54C 75,90,100 3200000 0.6u BiCMOS     Socket 5, 320 pins, 3.3V     con 0.6u si scende col voltaggio e cambia il socket
1995 P54CS 133,150,166,200 3300000 0.35u CMOS           la tecnologia a 0.35u permette di salire col clock
1997 P55C 166,200 4500000 0.35u CMOS     296 pin PPGA
(Socket 7)
16+16   cache doppia, istruzioni MMX, bus a 66 MHz
1997   233,266   0.25u CMOS           il processo di fabbricazione a 0.25u permette di salire col clock

L'evoluzione delle CPU subisce un'accelerazione col Pentium che ha prestazioni fra i 100 ed i a 280 Mips, e clock fra 60 e 200 MHz. Si tratta di una CPU superscalare ( 2 pipeline a 5 stadi in parallelo ), ha una floating point unit (fpu) con una pipeline ad 8 stadi, ha una unita' per il branch prediction; usa un bus per i dati a 64 bits.
Col Pentium inizia ad essere introdotta nelle CPU una tecnlologia SIMD (con istruzioni MMX, dedicate alla grafica), inoltre si possono costruire col Pentium macchine bi-processore.
I Pentium da 75-200 MHz hanno contatti PGA a 321 pins, e sono montati su socket 7, che per un certo periodo costituira' uno standard di fatto per l'alloggiamento di tutte le CPU.

Col Pentium viene utilizzato il bus PCI, e l'Intel, approfittando della sua posizione di leader nelle CPU, entra in modo massiccio nel mercato dei cipsets. Abbiamo cosi' l'i430lx per i pentium 60-66, il 430 NX per i pentium 90-133, che supporta un massimo di 512 MB di ram e 512 KB di cache L2. Nel 1995 c'e' il i430FX (Triton) che permette 512 Mb RAM, (tutta supportata dalla cache) e supporta l'USB. Nel 1996 c'e' il 430VX (Triton III), accetta128 Mb RAM, ma solo 64 MB sono cachable (supportati dalla cache); supporta memorie SDRAM e DIMM. Nel 1997 il 430TX, che accetta fino a 256 Mb RAM, di cui 64 MB cacheable, e che supporta l'UDMA 33.

In questo periodo l'AMD produce il K5, un processore compatibile a livello di pins, col Pentium, e che puo' quindi utilizzare le stesse schede madri basate su socket 7. Prima l'AMD aveva essenzialmente prodotto cloni dei processori Intel, mentre il K5 e' un progetto originale.
L'AMD K5 e' prodotto con un processo CMOS, da 0.35 micron, ha 4.3 milioni di gates e velocita' fra 75 e 133 MHz, bus per indirizzi a 32 bits e di dati a 64 bits. Ha un core con architettura RISC, ed un'unita' che decodifica le istruzioni CISC di tipo X86. Inferiore ai Pentium ha pero' cache migliori.

In figura un Pentium, visto da sopra e da sotto, notare l'array di 321 pins per il socket 7.

Intel 80586 Intel 80586, parte inferiore

CPU Intel di sesta generazione (Pentium pro, Pentium II, Pentium III)
Anno Modello Clock (MHz) num. gates
(milioni)
Fabbricazione data bus/
address bus bits
bus freq (MHz) interfaccia Volts,Watt Cache L1 dati+instr /
cache L2
commenti
1995-1997 Pentium pro 150, 166, 180 , 200 5.5
(+cache L2)
0.6u BiCMOS 64/36 60 Socket 8, 3.1 V,
23-33 W
8+8Kbytes/
256-1 Mbyte, on die
ultimi modelli fabbricati a 0.35u
1997 Pentium II,
Klamath
233,266,300 7.5 0.35 u, CMOS
4 layers
64/36 66 Slot 1 2.8 V,
35-43 W
16+16/512 La cache L2, va a meta' clock speed
1998 Pentium II,
Deshutes
333,350,400,450   0.25 u, CMOS
5 layers
  66-100   2V,
21-27 W
 
1999 Pentium III,
Katmai
350,400,450,500 9.6     100-133   2 V,
25-34 W
  Le version a fsb 133 MHz vanno a 533,600MHz
1999 Pentium III-E,
Coppermine
500MHz-1.13 Ghz   0.18 u 9.5
+18.6cache integrata
100,133 Slot 1/
socket 370
FC-PGA
1,6-1,75 V,
14-29 W
  Cache L2 on die, si torna a socket
2001 Pentium III
Tualatin
1-1.4 Ghz 9.5
+18.6cache
0.13 u   100,133 socket 370
FC-PGA
1,45 V,
30 W
   

Il Pentium Pro ha un core con architettura RISC, ed un'unita' che decodifica le istruzioni CISC X86. Ha un disegno innovativo, con lunghe pipelines (14 stages) ed una cache di secondo livello unita al cip, che puo' arrivare ad 1 Mbyte.
Ottimizzato per applicazioni a 32 bit non rende su quelle a 16 bits su cui viene battuto dalle CPU dell'AMD (Windows 95 e' ancora largamente a 16 bits), e per il suo alto prezzo finisce per essere dedicato al mercato dei server.
Il pentium pro abbandona il socket 7 ed utilizza il socket 8.
Pentium pro
Il successore del Pentium pro e' il Pentium II, questa CPU ha buone prestazioni anche con le applicazioni a 16 bits ed ha la caratteristica di avere una cache di secondo livello veloce, che va a meta' del clock della CPU; questa cache non e' unita alla CPU, come nel pentium pro, ma CPU e cache L2 sono integrate in una cartuccia apposita, che viene inserita in un alloggiamento a slot della scheda madre invece che in uno a socket. La cache di primo livello e' aumentata a 16K per le istruzioni e 16 per i dati, la cache di secondo livello arriva a 512 K.
Nella foto lo SLOT 1, la cartuccia che contiene Pentium II e cache
Pentium II Pentium II, interno della cartuccia

In questo periodo l'Intel introduce 2 nuove linee di processori, gli Xeon, con grandi cache, intesi per i server, ed i Celeron, processori a basso consumo, con cache ridotte, per PC low-end e portatili.
In questo periodo si assiste anche ad un veloce miglioramento delle tecnologie costruttive delle CPU, il core Deshutes del Pentium II e' a 0,25 micron, come il core Katmai del Pentium III, il Pentium III-E ( core Coppermine) e' a 0.18 micron. Con le dimensioni ridotte dei transistors si riesce ad abbassare il voltaggio delle CPU e ad aumentare il clock, che arriva poco oltre il Ghz. Le ultime versioni del Pentium III integrano una cache L2 di 256 K nel processore, non e' piu' necessario quindi una cartuccia come quella del Pentium II e si torna al socket, col socket 370. Questi processori iniziano anche sviluppare parecchio calore, il Pentium II e certe versioni del III arrivano a temperature di esercizio attorno ai 90 gradi. In questo periodo si passa alle memorie SDRAM, com package DIMM, a 100 e 133 MHz. Nella foto un Pentium III, per socket 370.
Pentium III per socket 370


CPU AMD


CPU AMD anni 1997-2000
Anno Modello Clock (MHz) num. gates
(milioni)
Fabbricazione data bus/
address bus bits
bus freq (MHz) interfaccia Volts,Watt Cache L1 dati+instr /
cache L2
commenti
1997 K6 166,200,233 8.8 0.35 CMOS,5 layers   66 Socket 7 2.9,
3.3 per 233MHz
32+32K, Istruzioni MMX
1998 K6 200,233,266,300 8.8 0.25 CMOS   66 Socket 7 2.2
 
32+32K,  
1998 K6-II 266,300,333,350,400 9.3 0.25 CMOS   66-100 Socket 7 2.2
 
32+32K, istruzioni 3D now
1999-2000 K6-III 400-550 21.4
cache compresa
0.25 - 0.18 CMOS   100 Socket 7 2.4-2
 
32+32K/
128-256 K
L2 cache 256K on die
Con i processori K6 l'AMD entra in diretta competizione con il Pentium II. Il K6 ha 6 pipelines per interi a 6 stages, 4 decoder delle istruzioni X86, buone unita' per la speculative execution ed il branch prediction. Ha cache piu' grandi, costa meno dei Pentium, con prestazioni superiori, per certe applicazioni. Il K6-II introduce istruzioni SIMD per la grafica, le 3D now, analoghe alle SSE del Pentium. Alcune versioni del K6 ammettono un bus a 100 MHz (super socket 7 mainboards), aumentando le prestazioni. Le ultime versioni del K6 hanno una cache di 256 o 128 K integrate nel processore ed un processo produttivo a 0.18 micron.; sono in concorrenza col Pentium III
K6-III

Pentium IV



CPU Intel di settima generazione (Pentium IV)
Anno Modello Clock (MHz) num. gates
(milioni)
Fabbricazione FSB bus freq (MHz) interfaccia Volts,Watt Cache L1 /
cache L2
commenti
2000 Pentium IV, Willamette 1.3 42
cache compresa
0.18u 4x100 Socket 423,
FC-PGA2-478 pin
1.7V,
50 W
8+12K/256K Architettura netburst
usa memorie Rambus
2001 Pentium IV, Willamette 2.0 42 0.18u 4x100 FC-PGA2-478
(Socket 478)
1.75V,
72 W
8+12K/256K Cambia il socket
2002, gennaio Pentium IV, Northwood 1.6,1.8,2.0,2.2 55
(29+26 cache)
0.13u 4x100 Socket 478 1.5V,
82 W
8+12K/512K Processo a 0.13u
aumento cache L2
usa memorie DDR
2002, aprile   2.4             aumenta il clock
2002, maggio   2.26,2.4.2.533     4x133 Socket 478     aumenta il FSB
2002, agosto   2.666,2.8         1.525 V   aumenta il clock
2002, novembre   3.6             tecnologia hyper Threading
2003, aprile   2.4,2.6,2.8,3.0     200x4       aumenta FSB
2003, giugno   3.2             aumenta il clock
2004, giugno   3.4             aumenta il clock
2004, febbraio Pentium IV,Prescott 2.8e,3.0e,3.2e 125 0.09u 4x100 Socket 478 1.5V,
82 W
16/1024K Processo a 0.13u,
cache doppie
pipelines 31 stadi
2004,agosto   3.2f,3.4f-3.6f       Socket Lga 775     cambia il socket
aumenta il clock
2004,novembre   3.8         104 Watt   cambia il socket
aumenta il clock


 

Pentium IV - serie 500 , estate 2004
Modello Clock (MHz) FSB bus freq (MHz) commenti
520 2.8 4x200  
530 3.0 4x200  
540 3.2 4x200  
550 3.4 4x200  
560 3.6 4x200  
570 3.8 4x200 novembre 2004
1.549 Volt
circa 100 Watt


 

Pentium IV - serie 500 , dicembre 2004
Modello Clock (MHz) FSB bus freq (MHz) commenti
505 2.666 4x133  
515 2.933 4x133  
521   4x133  


 

Pentium IV - serie 500 , giugno 2005, con estensione a 64 bits: EMT64
Modello Clock (MHz) FSB bus freq (MHz) commenti
521 2.8 4x200  
531 3.0 4x200  
541 3.2 4x200  
551 3.4 4x200  
561 3.6 4x200  
571 3.8 4x200  


 

Pentium IV - serie 600, del 2005, con cache L2 a 2Mbit, tecnologia speedstep per ridurre i consumi
Modello Clock (MHz) FSB bus freq (MHz) commenti
620 2.8 4x200 niente speedstep
630 3.0 4x200  
640 3.2 4x200  
650 3.4 4x200  
660 3.6 4x200  
670 3.8 4x200  
662 3.6 4x200 supporto alla virtualizzazione
672 3.8 4x200 supporto alla virtualizzazione


 

Pentium IV - serie 600, gennaio 2006, tecnologia produttiva a 65nm
Modello Clock (MHz) FSB bus freq (MHz) commenti
631 3.0 4x200  
641 3.2 4x200  
651 3.4 4x200  
661 3.6 4x200  


 

Col Pentium IV l'Intel punta ad aumentare le prestazioni aumentando soprattutto il clock. L'architettura netburst del Pentium IV utilizza lunghe pipelines (20 stages), cache L1 piccole, ma veloci (con bassa latenza). La cache L1 delle istruzioni e' trasformata in una: "execution trace cache", che contiene molte istruzioni in forma gia' parzialmente interpretata, in modo da ridurre il lavoro di dell'interprete in caso di loop e riempire velocemente le lunghe pipelines. Ci sono unita' per il branch prediction ottimizzate. Questa CPU ha 2 unita' per i calcoli interi (alu) e 2 per gli indirizzi (agu) che vanno a 2 volte il clock, nuove istruzioni SIMD per la grafica, ma una sola unita' per calcoli floating point a 128 bits.
La CPU e' fatta per trattare velocemente un flusso continuo di dati, ed e' pensata per lavorare assieme alle memorie RIMM della Rambus, trasferendo 4 dati per ciclo di clock del front side bus (fsb, bus verso la memoria). Le memorie Rambus utilizzano un controller ad alta velocita' e fino a 4 canali a 16 bits verso, invece di uno solo, (per questo i cip con le memorie RIMM vanno messi a coppie), si trasferiscono 2 dati ad ogni ciclo di clock.
L'Intel pensa di poter spingere l'architettura fino ai 10 Ghz.
Tuttavia l'accoppiata Pentium-IV+Rambus fallisce, poiche' la Rambus non riesce a produrre memorie veloci a prezzo basso ed il Pentium IV finira' per utilizzare memorie DDR.
Anche per le alte frequenze ci sono problemi, la CPU sviluppa troppo calore e non si riuscira' a superare i 4 Ghz. L'AMD, con l'Athlon, e' superiore nel calcolo float ed in molte altre applicazioni. Il pentium 4 consuma molto (attorno ai 50 Watt) , richiede dissipatori robusti e gli alimentatori per Pentium IV hanno un connettore in piu' con linee ausiliarie per la scheda madre.


 

Fra il 2002 ed il 2004, messa sotto pressione dall'AMD, l'Intel sforna di continuo varianti del Pentium IV Northwood, che ha un processo di fabbricazione a 0.13 micron, e cache L2 di 512 K. L'Intel sale col clock , con il fsb (velocita' del bus verso la memoria), ed introduce l'hyper-treading, che permette al software multi-tread di vedere il processore come fossero 2 CPU che condividono la memoria.

Nel 2003 l'Intel produce anche un Pentiun IV "extreme edition", dedicato alla grafica ed ai giochi, ma soprattutto nato per questioni di marketing, questa CPU ha 2 MB di cache di terzo livello integrata, ed fsb a 4x200 MHz.


 

Col core Prescott si passa ad un processo a 0.09 micron, si raddoppia la cache, si arriva a pipelines di 31 stages, si migliora l'unita' per il branch prediction, cii sono nuove istruzioni SS3.

Nel 2004 l'Intel cambia ancora il socket, col socket 775, Lga i pins non sono piu' sulla CPU, ma sul socket.
Lo sviluppo del Pentium IV e' poi abbandonato, a causa dei problemi legati alla dissipazione termica. Finita la corsa al MHz l'Intel cambia nomi ai processori, che non sono piu' distinti dal clock ma da sigle piu' anonime; il Pentium IV diviene cosi'' la serie 500, con Pentium IV 570 si arriva fino a 3.8 Ghz, che e' la massima frequenza raggiunta dal Pentium.
La serie 500J ha l'NX bit (non execution bit), un sistema per marcare le zone di memoria ove non e' possibile eseguire programmi, utilizzabile come protezione da virus. Altri miglioramenti sono: l' "enhanched halt", che riduce il calore sviluppato riducendo i cicli di clock della CPU ed il "thermal monitor 2", che migliora il controllo della temperatura (Prescott stepping 0, fine 2004).

La serie 600 ha una cache di secondo livello a 2 Mb, tecnologia "speedstep" per ridurre i consumi. inoltre utilizzano le estensioni EM64T, analoghe alle estensioni a 64 bits dell'AMD. A meta' 2005 esce una serie 500 rivista, che adotta anche lei le estensioni EM64T, ma ha solo 1 Mb di cache L2.

Nel 2006 l'Intel passa ad un processo produttivo a 65 nm, questo permette una maggior resa nella fabbricazione degli integrati ed una riduzione dei consumi, da oltre 100W ad 65-85W.

 

Per i portatili l'Intel sviluppa un'apposita linea di processori, i Pentium M; il core Banias ha 77 milioni di transistor, prodotto a 0.13 micron, una cache L2 di 1 Mbyte; il core Dothan ha 2 Mbyte di cache L2, e 140 milioni di transistors, con processo a 0.09 micron. L'architettura Intel per i portatili e' anche detta "Centrino". Un PC contrassegnato come Centrino ha un Pentium M, un cipset tipo Intel 855, o Intel 915, ed un dispositivo wireless Intel: Pro/wireless 2100, 2200 oppure 2915.

Successivamente l'Intel ha commercializzato soluzioni per notebook con 2 core: "Core Duo" (processori con core denominato: Yona, a 65 nm); sempre chiamando "Centrino" piattaforme per portatili con CPU, cipset e scheda wireless Intel; notebook del 2006 hanno come CPU: Core 2 Duo, cipset Intel 945 e wireless Intel 3945; nel 2007 :CPU con core Memrom, cipset 965 e wireless Intel 4965.

Anche l'AMD ha una sua piattaforma per notebook, chiamata "Turion".


Athlon



CPU AMD di settima generazione (Athlon)
Anno Modello Clock (MHz) num. gates
(milioni)
Fabbricazione fsb bus freq (MHz) interfaccia Volts,Watt Cache L1 dati+instr /
cache L2
commenti
1999, agosto K7 500-700 22 0.25 u 100 Slot A 1.6V,50W 64+64/512 L2 ad 1/2 clock speed
1999,novembre K75 550-750 22 0.18 u 100 Slot A 1.6V-30-40W 64+64/512 L2 a 2/5
clock speed
2000 K75 800,850 22 0.18 u 100 Slot A 1.7V,50W 64+64/512  
2000,marzo K75 900,950,1000 22 0.18 u 100 Slot A 1.8V,60-65W 64+64/512 L2 a 1/3
clock speed
2000,giugno Athlon 3-
Thunderbird
750-1200 37 0.18 u 2x100 Socket A 1.75V,40-70W 64+64/256 L2 on die
2001 Thunderbird B 1300,1400 37 0.18 u 2x100 Socket A 1.75V,70W 64+64/256  
2000-2001 Thunderbird C 1000,1400 37 0.18 u 2x133 Socket A 1.75V,70W 64+64/256  
2001 Athlon 4 XP,
Palomino
1333,1733 37 0.18 u 2x133 Socket A 1.75V,70W 64+64/256 sigle:1500+,2100+
2001 Athlon 4 XP,
Palomino
1333,1733 37 0.18 u 2x133 Socket A 1.75V,70W 64+64/256 sigle:1500+-2100+
2002,June Athlon XP,
Thoroughbred A
1467,1533,1600 37 0.13 u 2x133 Socket A 1.5V,50W 64+64/256 sigle:1700+,1800+,1900+
2002   1667-1.733 37 0.13 u 2x133 Socket A 1.6V,60W 64+64/256 sigle:2000+-2100+
2002
 
1800 37 0.13 u 2x133 Socket A 1.65V,70W 64+64/256 sigle:2200+
2002, giugno Athlon XP,
Thoroughbred B
 
2000,2133 37.6 0.13 u 2x133 Socket A 1.65V,70W 64+64/256 sigle:2400+,2600+
2002, ottobre   2083,2160,2250     2x166       sigle:2600+,2700+,2800+
2003, febbraio Athlon XP,
Barton
1830,2083,2167 54.3 0.13 u 2x166 Socket A 1.65V,75W 64+64/512 sigle:2500+,2800+,3000+
2003, maggio   2200     2x200       sigle:3200+

L'AMD ha grande successo con l'Athlon (K7), questa CPU riesce ad essere migliore delle CPU Intel del periodo e guadagna grandi fette di mercato. L'Athlon ha cache grandi rispetto ai Pentium ed un'unita' float migliore. Il bus interno alla CPU e' l'EV6, sviluppato dalla Digital per i processori Alfa. Anche qui, come per il Pentium II, si introduce una scheda, con la CPU e la cache di secondo livello, che viene montata su uno slot della scheda madre. La cache L2 lavora ad 1/3 o 2/5 del clock della CPU. Vengono inserite istruzioni dedicate alla grafica, analoghe alle SSE dell'Intel, le "3D Now".

L'Athlon Thunderbird integra sul cip della CPU la cache L2, rimpicciolita; si torna quindi ad un'interfaccia a socket, il socket A, a 462 pins. Successivamente viene alzato il clock e l'fsb. Nel processo di fabbricazione si iniziano ad inserire connessioni in rame nella CPU.

L'AMD abbandona una nomenclatura basata sul clock e per questioni di marketing utilizza sigle numeriche che dovrebbero permettere di confrontare le CPU con le Intel di maggior frequenza.

Il core Palomino (Atlon XP) introduce le istruzioni 3D Now, simili alle SSE dell'Intel. Viene ottimizzato il core, alzato il clock, si sviluppa tuttavia molto calore. La versione ad 1.733 MHz del 2002 sviluppa piu' di 70 Watt.

 

La situazione termica migliora col core Thoroughbred, che utilizza un processo di fabbricazione a 0.13 micron, questo permette di alzare il clock. La versione Thoroughbred B introduce un ulteriore strato metallico nel processo di fabbricazione (ci sono ora 1 strato di silicio e 9 di interconnessioni) e questo permette di dissipare meglio il calore, si puo' ancora alzare il clock e si arriva oltre i 2 Ghz.Un'ulteriore evoluzione e' l'innalzamento del fsb, per poter usare al meglio le memorie DDR 333

L'ultima evoluzione dell'Athlon XP e' il core Barton, ove si raddoppia la cache L2, successivamente si sale ancora con l'fsb, per utilizzare le memorie DDR 400.

L'Athlon non riesce ad andare molto oltre i 2 Ghz, un Athlon XP a 2 Ghz e' grossomodo equivalente ad un Pentium IV a 3 Ghz, ma la differenza di prestazioni dipende dall'applicazione con cui si fanno i tests.



CPU a 64 bits


I server necessitano di indirizzare grandi quantita' di memoria mentre il limite imposto dalle architetture a 32 bits e' attorno ai 4 Gbyte. Il mercato dei server e' quindi per lungo tempo stato appannaggio di CPU RISC, a 64 bits, con varianti proprietarie di Unix.

Per penetrare nel mercato dei grossi server occorrono CPU a 64 bits. L'Intel, assieme ad HP, si e' mossa in questo senso nel 2001 con l'Itanium, un processore di concezione nuova, che rompeva con la tradizione delle istruzioni X86 e non compatibile con queste (architettura IA-64) L'Itanium non e' riuscito ad imporsi, per le basse frequenze di clock e l'alto prezzo. E' utilizzato attualmente su alcune linee di server HP.

Nel 2003 l'AMD adotta un approccio diverso, introduce l'architettura X86-64, che e' una estensione dell'architettura X86, con questa compatibile, e che puo' lavorare sia a 32 che a 64 bits. Il prodotto di questa linea e' l'Athlon 64, che l'AMD spinge sia sul mercato dei server che su quello del desktop e perfino nel mercato dei PC portatili.
Questa strategia sembra avere successo, l'Intel e' costretta a seguire questa linea e nel 2004 introduce la serie 600 dei Pentium IV Prescott, che utilizzano le estensioni EM64T, analoghe alle estensioni a 64 bits dell'AMD, e, per fortuna, compatibili.


CPU a 64 bits
Anno Modello Clock (MHz) num. gates
(milioni)
Fabbricazione fsb freq (MHz)
/hypertransport frew
interfaccia Volts,Watt Cache L1 dati+instr /
cache L2
commenti
2001 Itanium,
core Merced
733-800   0.18       32k/96k/2-4Mb L3  
2002 Itanium 2,
core McKinley
900,1000   0.18 2x133   130W 16+16/256k/1.5-3Mb  
2003 Itanium 2,
core Madison
1.3,1.4,1.5   0.13 2x133   130W 16+16/256k/3-6Mb  
2003-2004 Itanium 2,
core Madison
1.4-1.6   0.13       16+16/256k/3-9Mb  
previsto 2005 Itanium 3 2-2.2              
2003, settembre Athlon 64 ,K8
Clawhammer
1800,2000 105.9 0.13 SOI 4x200 socket 754 1.4V,90W 64+64/512K 2800+,3000+ Memory controller
integrato
2003 Athlon 64
Clawhammer
2000,2400 105.9 0.13 SOI 4x200 socket 754 1.4V,90W 64+64/1024K 3200+,3700+  
2003 Athlon 64
Clawhammer
2400 105.9 0.13 SOI 200/4x250 socket 939 1.4V,90W 64+64/1024K 4000+  
2004, giugno Athlon 64
Newcastle
1800,2400 68.5 0.13 SOI 4x200 socket 754 1.4V,90W 64+64/512K 2800+,3400+  
2004 Athlon 64
Newcastle
2200   0.13 SOI 4x200 socket 939 1.4V,90W 64+64/512K 3400+  
2004 Athlon 64
Newcastle
2200,2400   0.13 SOI 200/4x250 socket 939 1.4V,90W 64+64/512K 3500+,3800+  
2004 Athlon 64
Winchester
1800,2200   0.09 SOI 200/4x250 socket 939 1.4V,90W 64+64/512K 3000+,3500+  
2005, febbraio Pentium IV
Prescott F
serie 600
3-3.8Ghz   0.09 4x200 socket 1.4V,90W 16k/2Mb 620-670 estensioni EM64T
execute disable bit
2005, giugno Pentium IV
Prescott
serie 501
3-3.8Ghz   0.09 4x200 socket 1.4V,90W 16k/1Mb 521-571 estensioni EM64T

Un'importante caratteristica dell'Athlon 64 e' il controller di memoria integrato, che rende inutile il northbridge, c'e' invece un veloce bus "hyper-transport" a 16 bits verso il cipset, che negli ultimi modelli e' portato da 200 a 250 MHz, per supportare DDR 400 dual channel. I registri sono a 64 bits, gli indirizzi di memoria possono avere 40 bits, puo' correre software a 64 o 32 bits, usando solo parte dei registri. Le pipelines sono state allungate a 12 stadi. Ci sono piu' registri di quanti ce n'erano nell'Athlon XP.

Nel dicembre del 2005 l'AMD annuncia il passaggio al processo produttivo a 65 nm, con il core "Brisbane", le prime CPU di questo tipo si vedono solo a fine 2006, ma non sono prodotte in grande quantita', se non piu' avanti.



CPU a doppio core


Con la fine della corsa al MHz, dovuta a problemi termici ed elettrici, si cerca di migliorare le prestazioni delle CPU inserendo nello stessa die due CPU, che ne condividono alcune parti.

L'Intel si muove in questo senso con la serie 800 del Pentium IV, nell'estate 2005. I Pentium dual core sono chiamati Pentium D. Il processore 840 ha 2 Pentium a 3.2 Ghz, 2 cache L2 da 1 Mb, un fsb a 4x200MHz, con un processo produttivo a 0.09 micron ha 230 milioni di transistors, si monta su socket LGA 776 e consuma 130 Watt. Occorre un connettore ausiliario sulla scheda madre per altre linee dell'alimentatore. Questo processore Ha le estensioni a 64 bits EMT64, l'xd bit, e la tecnologia EIST, per ridurne il consumo quando il carico e' basso.

Sempre nel 2005 l'AMD si muove in questo senso con i processori Athlon 64 X2, cin i modelli 4200,4400,4600,4800+, che lavorano rispettivamente a 2.2,2.3,2.4,2.4 Ghz, e differiscono per la cache L2, rispettivamente di 512,1024,512,1024Kb. L'architettura consta di un crossbar switch che collega bus hyper-transport, memory controller e le 2 CPU (con le loro cache). Il processore va ad 1.4 Volt , fatto a 0.09 micron ha 233 milioni di transistors e consuma 110 Watt.

Fra il 2006 ed il 2007 l'AMD produce un gran numero di modelli cd CPU a doppio core, con i core denominati: "Manchester", "Toledo" e "Windsor", il modello 6000+, del febbraio 2007 raggiunge i 3Ghz, una cache di scondo livello di 1 MByte/core, e consuma piu' di 120 Watt. Per una lista completa di questi processori si rimanda alla Wikipedia.



Microarchitettura "Core " della Intel


Nel gennaio del 2006, abbandonato il Pentium IV, l'Intel adotta una nuova architettura per le sue CPU, detta "Core". Questa architettura riprende il progetto del Pentium M, usato sui desktop e si allontata dall'architettura netburst dei Pentium IV; il progetto di queste CPU prevede pipelines piu' corte, ma 4 pipeline per il calcolo (invece delle 3 del Pentium IV) e 3 unita' aritmetiche (invece di 2) e vari miglioramenti, specie nelle tecnologie per il risparmio energetico.

Questi processori hanno un processo di fabbricazione a 65nm hanno un consumo attorno ai 65W; clock fra i 2 e 3 MHz. Inltre il progetto e' concepito nell'ottica di unire 2 processori in un solo integrato, che contiene anche una cache di primo livello per ogni processore ed una cache di secondo livello condivisa di 4MBytes (alcuni modelli solo 2Mbytes).

Il Front side bus (bus dalla CPU verso la memoria) va a 1066 trasferimenti/sec (266Mhz, ma fa 4 trasferimenti per ogni ciclo del clock).

I processori di questo tipo sono inizialmente prodotti in 3 versioni: per notebook (core Merom), per PC (core Conroe) e per server (core Woodcrest); i processori per portatili e PC sono anche detti: "Core 2", visto che il termine "Core" era stato gia' usato per le CPU per notebook "Yona". Core 2 Duo sono quelli con 2 CPU sullo stesso integrato.

Si dice anche che questa e' l'ottava generazione di CPU dell'Intel, ma alcuni considerano questi processori una continuazione della sesta generazione, quella dei vecchi Pentium Pro. Per una lista di questi processori si rimanda alla Wikipedia.