AMD Athlon

Suoritin purkaa x86-käskyt "makro-operaatioiksi", jotka koostuvat yhdestä tai kahdesta "mikro-operaatiosta".^[2] Suorittimessa on kaksi käskynpurkuyksikköä (yksi yksinkertaisille ja yksi monimutkaisille käskyille), joka voi tuottaa kolme makro-operaatiota kellojaksoa kohden.^[2]

Suoritin kykenee vaihtamaan käskyjen suoritusjärjestystä hyödyntääkseen tehokkaammin laskentayksiköitään sekä keksiäkseen tekemistä tilanteissa, joissa jonkun käskyn suoritus vie kauan. Maksimissaan K7 kykenee suorittamaan kolme käskyä samassa kellojaksossa.^[3]

Suoritin kykenee tulkitsemaan kuusi x86 käskyä kellojaksossa.^[3]

Suorittimella on keskipitkä 10-vaiheinen liukuhihna kokonaisluvuille sekä 15-vaiheinen liukuluvuille. Suorittimen tullessa markkinoille tämä oli melko pitkä, vain Intelin P6-pohjaisissa suorittimissa (Pentium III ja Celeron) oli hiukan pidempi liukuhihna, tosin Athlon kykeni silti toimimaan Pentium III:sta suuremmalla kellotaajuudella.

K7:n liukulukuyksikkö oli aikanaan ylivoimaisesti nopein PC-suorittimissa; se oli liukuhihnoitettu toisin kuin edeltäjänsä AMD K6:n, jolloin joka kellojakso pystyttiin aloittamaan uuden käskyn suoritus, vaikka edellinen ei olisikaan valmistunut, ja lisäksi K7 pystyi suorittamaan myös useampaa liukulukulaskuoperaatiota rinnakkain,^[3] laskemaan samalla kellojaksolla sekä yhteen- että vähennyslaskun ja lisäksi lataamaan dataa muistista. Intelin P6-pohjaiset suorittimet pystyivät suorittamaan yhteen- ja vähennyslaskun vuoronperäisillä kellojaksoilla, tai yhteenlaskun joka kellojaksolla, muttei molempia yhtä aikaa. Myös P6 pystyi lataamaan dataa yhtä aikaa laskuoperaatioiden kanssa.

K7:n L1-välimuistit olivat myös verraten suuria; erilliset 64 kilotavua sekä käskyille että datalle.^[4] Välimuistin assosiatiivisuus oli kuitenkin vain 2-tie, mikä jonkin verran huononsi sen osumatarkkuutta. Datavälimuisti oli kaksoisportattu, mikä mahdollisti kahden arvon lukemisen suorittimelle yhtä aikaa, mihin P6 ei kyennyt.

Suoritin käytti DECin Alpha 21264 (EV6) -suoritinta varten kehittämää väylää.^[2] Suorittimet eivät kuitenkaan olleet keskenään kantayhteensopivia; Digital käytti Alphoissaan selvästi isompaa prosessorikorttia, jonka liitäntä oli erilainen. Lisäksi AMD käytti väylää pienemmällä kellotaajuudella kuin DEC. Väylä oli kaksoiskellotettu eli se pystyi siirtämään dataa kaksi kertaa kellojaksossa; sekä nousevalla että laskevalla kellonreunalla, minkä takia väylänopeus on joissain yhteyksissä ilmoitettu kaksinkertaiseksi sen todellisesta kellotaajuudesta.

Kun AMD julkaisi Athloninsa kesäkuun 1999 lopulla, sen kellotaajuus oli 600 MHz ja suoritin käytti Slot A -kantaa, joka oli 180° käännetty Slot 1-kanta. Suoritinta valmistettiin 250 nm:n prosessilla. L1-tason välimuistia suorittimessa oli 128 kt ja 512 kt:n L2-välimuisti oli suorittimen piirilevyllä ja toimi ensimmäisissä malleissa puolella ytimen kellotaajuudesta. Tähän ensimmäiseen K7-ytimeen pohjautuvia Athloneita oli saatavilla 700 MHz asti.

Uudemmalla 0,18 µm valmistustekniikalla valmistettu malli oli koodinimeltään K75. Ensimmäisissä malleissa L2-välimuisti oli hidastettu toimimaan 40 %:lla ytimen kellotaajuudesta, koska riittävän nopeita SRAM-piirejä ei ollut saatavilla. Viimeinen Slot A -malli toimi 1 GHz:n taajuudella, tässä L2-välimuisti toimi kolmasosalla ytimen kellotaajuudesta.

Slot A -mallisille Athloneille oli saatavilla kaksi piirisarjaa, AMD750 ja Via KX133. Kumpikaan ei tukenut uusia DDR-tyyppisiä muisteja eikä yli 64-bittistä muistiväylän leveyttä, joten suorittimen siihen aikaan verraten nopeasta DDR-tekniikkaa käyttävästä 2*100 MHz suoritinväylästä ei ollut juuri hyötyä muistien ollessa pullonkaulana.

Ulkoinen erillisillä piireillä oleva L2-muisti oli sekä suorituskykypullonkaula, että teki piirin paketoinnista kalliimpaa, joten AMD siirtyi prosessoripiirille integroituun L2-välimuistiin Thunderbird-ytimen myötä. Erillisten välimuistipiirien pois jättämisen myötä voitiin luopua myös isosta prosessorikortista, ja Thunderbird käytti uutta Socket A -suoritinkantaa. Thunderbird-pohjaiset Athlon-suorittimet sekä näiden pikkuveli Duron (koodinimeltään Spitfire) julkistettiin kesällä 2000.

Thunderbird tehtiin uudella 180 nm:n kupariprosessilla, joka mahdollisti sen kellotaajuuden nostamisen lopulta peräti 1,4 GHz:iin. Ytimen nopeudella toimivaa L2-välimuistia Thunderbirdissä oli 256 kt, ja se on 16-tiejoukkoassosiatiivista eikä sinne koskaan tallenneta samaa dataa kuin L1-välimuistiin, mikä mahdollisti sille kokoonsa nähden hyvän osumatarkkuuden. Välimuistilla oli kuitenkin verraten pitkä 20 kellojakson viive sekä vain 64-bittinen väylä L1-välimuistille, joten se oli selvästi hitaampaa kuin Coppermine-pohjaisen Pentium III:n L2-välimuisti.

Ensimmäiset Thunderbirdit toimivat 2x100 MHz väylänopeudella, myöhemmin julkistettiin myös malleja 2x133 MHz väylänopeudella. Thunderbirdille oli saatavilla sekä SDR SDRAM- että DDR SDRAM -käyttäviä emolevyjä; Thunderbirdin aika oli siirtymäaikaa näiden muistityyppien välillä.

Thunderbirdin seuraajaa, Palominoa, myytiin Athlon XP -nimellä. Palomino-ytimeen oli lisätty tuki SSE-käskyille sekä automaattinen datan esihaku (prefetch) keskusmuistista L2-välimuistiin. Lisäksi suorittimeen oli tehty muutama suorituskykyä parantava pikkuparannus sekä myös virrankulutusta oli saatu painettua alas ja kellotaajuutta nostettua.

Athlon XP:ssä AMD myös muutti suorittimien nimeämiskäytäntöään vaihtamalla suorittimen mallinimestä oikean kellotaajuuden mallinumeroon, jonka se väitti kertovan, kuinka nopeaa Thunderbirdiä suoritin vastaa. Yleisesti kuitenkin pidettiin selvänä, että mallinumero kertoo vastaavan Pentium 4:n kellotaajuuden.

Palomino-ydintä markkinoitiin myös nimillä Mobile Athlon 4 sekä Athlon MP, joista Mobile Athlon 4 oli tarkoitettu kannettaviin ja Athlon MP kahden suorittimen kokoonpanoihin. Nämä tulivat markkinoille ennen pöytäkoneisiin tarkoitettua Athlon XP:tä, mutta pienemmällä kellotaajuudella.

Alun perin Palominosta oli tarkoitus tulla myös suuremmalla L2-välimuistilla varustettu palvelinkoneisiin suunnattu malli Mustang, mutta Mustang peruttiin, koska palvelinvalmistajat eivät vielä luottaneet AMD:hen tarpeeksi eikä suorittimelle ollut piirisarjoja, jotka olisivat mahdollistaneet yli kahden suorittimen kokoonpanot.

Myöhemmin Athlon XP:stä tehtiin uudemman valmistustekniikan malli, koodinimeltään Thoroughbred, sekä tästä isommalla 512 kt L2-välimuistilla oleva malli, koodinimeltään Barton. Nopein Athlon XP-suoritin toimi 2,2 GHz kellotaajuudella ja sen mallimerkintä oli 3200+.

Thoroughbredin myötä Athlon XP menetti johtoasemansa suorituskyvyssä Intelin Northwood-malliselle Pentium 4:lle; lyhyemmän liukuhihnan takia AMD ei kyennyt nostamaan suorittimien taajuutta yhtä nopeaa tahtia kuin Intel, ja AMD joutui myös käyttämään hitaampaa väylää, josta myös alkoi tulla pullonkaula suorittimen suorituskyvylle, vaikka sen nopeutta nostettiinkin ensin 2*133 MHz:stä 2*166 MHz nopeuteen, ja viimeisissä Barton-malleissa 2*166 MHz kellotaajuudesta 2*200 MHz kellotaajuuteen.

• AMD K10, AMD:n seuraava suoritinarkkitehtuuri

• AMD:n prosessorien virallinen tuotetieto