Історія компанії AMD: 50 років стрімкого розвитку

1 травня 2019 року компанія AMD відсвяткувала свій ювілей — 50 років, за які вона встигла стати одним із найбільших виробників центральних та графічних процесорів, а останніми роками демонструє активне зростання. На честь ювілею AMD я вирішив детально розповісти про історію компанії та провести тестування одного із старих процесорів.

Головне – люди!

Будь-яка компанія не починається з продукту, за будь-яким продуктом стоять люди, об'єднані єдиною метою, що цікаво, на початковому етапі історія AMD чимось схожа на Intel — головний конкурент на процесорному ринку. Ідея заснувати компанію AMD, абревіатура якої розшифровується як Advanced Micro Devices, що в перекладі означає «передові мікропристрої», прийшла восьми вихідцям з компанії Fairchild Semiconductor: Джеремі Сандерсу, Джеку Гіффорду, Едвін Терні, Джону Кері, Ларрі Стінгеру, Франку Ботту , Джим Джайлс, а першим найнятим співробітником став Том Скрніа.

Політика Fairchild Semiconductor, на той момент напівпровідникового гіганта, не влаштовувала багатьох молодих інженерів, які бачили величезний потенціал технологій, але були скуті у розробках. Тому сім амбітних інженерів і, на той момент директор з маркетингу в Fairchild Semiconductor Джеремі Сандерс, вирішили заснувати свою компанію, щоб вивчати нові сегменти напівпровідникового ринку, що росте.

Найбільшу роль у основі компанії AMD відводять саме Джеремі Сандерсу, адже крім відмінних знань у маркетингу та управлінні командою він ще й досить грамотний інженер, який розмовляв із командою «одною мовою».Більше того, одна з відомих фраз Джеремі Сандерса — «Люди на чолі всього, продукти та прибуток будуть йти за ними!», каже сама за себе, і дає зрозуміти, що Сандерс розумів важливість кадрів.

Інвестиції

Незважаючи на малий статутний капітал, всього 100 000 доларів, для запуску компанії AMD, зареєстрованої 1 травня 1969 року в Саннівейлі (Каліфорнія), була потрібна велика сума – близько 1.5 $ млн, але якщо зараз IT-стартапи швидко знаходять необхідні суми, в ті Іноді інвестори до цієї галузі ставилися з великою побоюванням і для збору необхідної суми довелося обійти далеко не одного інвестора.

Цікавий факт у тому, що одним із перших інвесторів для AMD став Роберт Нойс, який на той момент уже був головою компанії Intel.

Основна сума інвестицій була зібрана приватними інвесторами компанії Capital Group Companies.

Швидкий старт

Молодій компанії не можна було тягнути з виходом своєї продукції і вже в листопаді 1969 року був представлений перший продукт і це був далеко не мікропроцесор, тоді взагалі ще не було мікропроцесорів, а ним став 4-бітний регістровий чіп Am9300.

Продукт же повністю власної розробки був представлений в 1970 році і був перший двійковий/шістнадцятковий логічний лічильник Am2501 і завдяки унікальності рішення і доступності він став комерційно успішним для компанії.

Далі компанія, крім власних розробок, починає реверс інжиніринг мікропроцесорів Intel і одним з перших доступних мікропроцесорів від AMD стає Am9080 (аналог Intel 8008), який, до речі, спочатку випускався без ліцензування Intel, але незабаром Intel без перешкод підписали угоду ліцензування.Загалом говорити, що Am9080 є повним клоном Intel 8008 не можна, адже інженерам вдалося за невеликих модифікацій значно підвищити продуктивність, але при цьому постачати свій продукт ще й дешевше.

Компанія AMD від початку існування ретельно стежила за якістю своєї продукції і вже в 1976 році стала єдиною компанією з виробництва інтегральних схем, що отримала сертифікат якості військового та космічного класів.

Подальші роки AMD здебільшого випускала мікропроцесори за ліцензією Intel, знову ж таки зі своїми доробками і більш продуктивні, ніж конкурентні рішення. За цей час на ринку стійко складається враження про продукти AMD у тому, що вони є аналогами рішень від Intel, але продуктивніші і радують меншою ціною.

Час сміливих рішень

Час сміливих рішень як для AMD, так і для основного конкурента – Intel, припало на середину дев'яностих років, коли в продаж вже надійшов цей Pentium, а AMD закінчувала роботу над процесором повністю власної розробки. І ось у 1996 році був представлений процесор AMD K5, заснований на RISC-архітектурі та сумісний з інструкціями х86, випущений у прагненні обійти конкурента. Процесор випускався в ранніх випадках по 500 нм техпроцесу, а пізніше по 350 нм техпроцесу. AMD K5 має дві проблеми, які не дозволили захопити ринок. Перша полягала в проблемах виробництва і процесори не змогли працювати на запланованих частотах, а друга проблема полягала, як не дивно, у власній архітектурі, оскільки софт вже в той час включав ряд помилок, які процесори Intel могли ігнорувати, пропускаючи такти, а AMD K5 повертав дію з помилкою.

Втім, для першого процесора власної розробки AMD K5 можна вважати вдалим, знову ж таки він при менших тактових частотах показував продуктивність вище, ніж рішення конкурента і, що важливо, коштував дешевше.

У 1996 році AMD набуває молодої компанії NexGen, яка успішно працювала над розробкою мікропроцесорів і в 1997 році випускає процесор AMD K6. Новий процесор теж працював на RISC-архітектурі і проводився в різних модифікаціях за техпроцесом від 350 до 180 нм (для пізніх модифікацій AMD K6-III). Процесори AMD K6 склали куди більшу конкуренцію рішенням від Intel, мали значно більший кеш, а в пізніх модифікаціях отримали набір інструкція 3DNow!, що дозволив показати більш високу продуктивність при обробці мультимедійних даних.

Athlon і «битва за гігагерц»

Мабуть, одним із ключових процесорів для AMD став Athlon, представлений із гучним гаслом у 1999 році, що це найпотужніший x86 процесор. Втім, компанія не брехала і Athlon перевершував за продуктивністю будь-які рішення від Intel. На фото ви можете бачити процесор у виконанні під Slot A. Крім архітектурних покращень, AMD Athlon отримав і технічні покращення, наприклад, при виробництві процесора вперше була використана мідь, а не алюміній.

У 2000 році компанія беззастережно перемагає в «битві за гігагерц» і представляє AMD Athlon 1000, а Intel змогла подолати цей рубіж тільки через рік. На фото процесор у виконанні під сокет А і одна з проблем, як на мене — це відкритий кристал, який при неправильній і неакуратній установці було легко сколоти, і недосвідчені користувачі сколювали кристал і не раз.

Подальший розвиток AMD Athlon у 2001 році пішов у дві лінійки Athlon MP – процесори, призначені для багатосокетних конфігурацій, та Athlon XP – для домашніх ПК.

AMD Athlon XP 2500+ мені вдалося знайти в повністю справному стані, а цей процесор на старті продажів коштував 169 $, рівно стільки ж коштував на старті продажів AMD Ryzen 5 1500 і я вирішив порівняти продуктивність цих процесорів у ряді старих, але перевірених бенчмарків. Результати нижчі у графіках і говорять самі за себе. Так, процесори за цей час зробили крок далеко.

Час перших

Вже в 2003 році AMD представила перші процесори з архітектурою x86, що підтримують 64-бітові набори інструкцій, ними стали Athlon 64 та серверні Opteron. Це можна назвати ще однією перемогою AMD, оскільки за рік до цього компанія Intel представляла процесори itanium, що підтримують 64-бітові набори інструкцій, але вони були не сумісні з набором команд x86 і продавалися і так вкрай погано, а після релізу Athlon 64 і зовсім itanium залишилися тільки на серверному ринку і тільки для певних обчислень.

Наступною важливою подією, окрім виходу двоядерних процесорів, став реліз у 2007 році AMD Phenom на архітектурі 10-го покоління. Одним з головних інженерних рішень в AMD Phenom є розміщення 4-х фізичних ядер на одному кристалі.

Не лише процесори

Найважливішою покупкою AMD стала канадська компанія ATI Technologies, яка працювала над GPU. Вже 25 жовтня 2006 року ATI Technologies офіційно стала підрозділом AMD.

Втрати та нові винаходи

У подальші роки успіхи конкурента на процесорному ринку призводять до падіння прибутку AMD і компанії нічого не залишається робити, як у 2009 році продати свої заводи, спочатку залишивши собі невелику частку їх акцій, а потім взагалі продавши їх GlobalFoundries. З цього моменту компанія зосереджується на розробці нових рішень як для CPU, так і для GPU.

Придбання ATI у 2006 році дозволило AMD почати працювати над гібридними процесорами із вбудованою графікою. Вперше такі процесори були представлені у 2011 році, а у продаж вийшли вже у 2012 році. До речі, APU були досить успішні у своїй ніші, адже при невеликій вартості дозволяли зібрати офісний пк або пк для невибагливого користувача без дискретної графіки.

Наступний, справді великий, анонс відбувся на ринку GPU, в 2012 році була представлена ​​нова архітектура GPU Graphics Core Next, а першим GPU на новій архітектурі став AMD Radeon HD 7770. Загалом, навіть найсучасніші GPU працюють на трохи видозміненій GCN.

Одночасна робота над CPU і GPU дозволила AMD стати найбільшим постачальником рішень для консолей, всі провідні консолі поточного покоління працюють на залізі AMD і вже відомо, що консолі від Sony і Microsoft наступного покоління теж працюватимуть на ньому.

Активний наступ

Після довгих років технологічного відставання на процесорному ринку, наприкінці 2016 року AMD представляє процесори на новій архітектурі Zen, які стають доступними у продажу в лютому 2017 року, а найпотужнішим процесором в лінійці стає AMD Ryzen 7 1800X, що має вісім ядр.За своїм досвідом можу сказати, що на старті продажів процесорів Ryzen було досить багато софтверних проблем як з боку операційних систем, так і з боку мікрокодів материнських плат, і було зрозуміло, що процесори працюють далеко не на межі своїх можливостей. Дякуємо AMD за те, що вони досить оперативно виправляли всі можливі проблеми і зростання продуктивності від оновлення BIOS і софту було не тільки на папері. Нові процесори на архітектурі Zen показали беззастережну перевагу в завданнях, що потребують більшої кількості потоків, адже у конкурента на той момент в асортименті були або 4-ядерні процесори, або HED-платформа, яка коштувала значно дорожче.

У березні 2017 року AMD анонсує свою HEDT-платформу потужним процесором, якою стає AMD Ryzen Threadripper 1950X, що включає 16 ядер та 32 потоки.

У червні 2017 року AMD повертається на серверний ринок і починає постачання процесорів EPYC до 32 ядер та 64 потоків на один сокет. Таким чином, AMD EPYC є потужною обчислювальною платформою.

2018 позначився виходом рефрешів вже представлених рішень і найбільші зміни відбулися тільки в лінійці AMD Ryzen Threadripper – ці процесори отримали до 32 ядер.

У поточному році компанія AMD представила перший GPU, виконаний за 7-ми нм техпроцесом – AMD Radeon VII, а основні анонси будуть попереду. Цей рік обіцяє бути цікавим, адже за чутками від AMD вже у третьому кварталі очікуються процесори Ryzen тритисячної серії на архітектурі Zen2 та нові GPU на базі архітектури Navi.Нові процесори Ryzen можуть отримати до 16 ядер, що неймовірно багато для домашньої платформи, а ось про GPU інсайдерської інформації поки зовсім мало.

Нам залишається лише привітати AMD з 50-річчям та спостерігати за виходом нових, ще цікавіших продуктів. Зрештою, від виходу процесорів Ryzen заворушилася і компанія Intel, і ми отримали більш продуктивні процесори в обох компаній, ось що робить конкуренція.

Всім привіт! Ми команда хмарного провайдера mClouds. Наша хмарна інфраструктура включає процесори Intel Xeon Scalable, які є найбільш поширеними в галузі. Однак останнім часом ми почали замислюватися про додавання кластера на базі процесорів AMD EPYC, які пропонують вже більше ядер на сокет, ніж навіть нещодавно анонсовані Intel Xeon 6, причому з високою частотою тактовою – вище 3 ГГц.

З приходом у наше життя нейромереж багато центрів обробки даних вже працюють на межі або майже на межі можливостей з точки зору доступного простору або потужності, або того й іншого. На нещодавній Tech Day 2024 компанія AMD представила нову архітектуру своїх серверних процесорів EPYC. Виробник заявляє, що нове покоління процесорів на архітектурі Zen 5 готове до зростаючих навантажень.

Давайте разом розбиратися, чому робота з нейромережами та великими даними потребує нових серверних потужностей, які можливості обіцяють AMD Zen 5 і що це означає на практиці.

ІІ-оптимізовані процесори: навіщо вони потрібні

Нейросети зараз використовують навіть у малому бізнесі. Кожна третя компанія у МСП, за даними НАФІ, застосовує ІІ для генерації картинок та текстів, для створення саммарі зустрічей та дзвонів, для роботи з внутрішньою базою документів.

Робота з нейромережами збільшує навантаження на залізо і потребує великих потужностей порівняно з виконанням рядових завдань. Наскільки складно сказати точно. Це залежить від багатьох факторів.

• Тип нейромережі: різні ІІ, наприклад надточні та рекурентні нейронні мережі, вимагають різної обчислювальної потужності.
• Розмір нейромережі та обсяг даних: що більше нейромережа і що більше даних вона використовує на навчання, то більше обчислень потрібно.
• Тип завдання: Навчання нейромережі потребує більше обчислювальної потужності, ніж її використання для прогнозування.

Наприклад, для навчання великої мовної моделі GPT-3 від OpenAI потрібно створити кластер з більш ніж 285 000 CPU, 10 000 GPU та зі швидкістю мережного підключення для кожного GPU в 400 ГБ/с. У той же час для рядового веб-сервера, який обслуговує сайт з невеликою кількістю відвідувачів, достатньо процесора на 4-8 ядер та 16-32 ГБ оперативної пам'яті.

Навчання та робота нейромереж вимагають набагато більше обчислювальних потужностей, ніж більшість інших завдань. В основному для ІІ використовують багатоядерні графічні процесори (GPU), які спеціалізуються на обробці графіки і можуть виконувати операції з плаваючою комою набагато швидше, ніж CPU. Лідером у сегменті роботи з нейромережами є компанія NVIDIA зі своїми передовими H100, які використовуються для роботи з ІІ.

Ось основні характеристики серверних процесорів, які важливі для роботи з нейромережами:

1. Кількість ядер. Чим більше ядер у процесора, тим більше операцій може виконувати одночасно.Це важливо для нейромереж, оскільки вони часто вимагають обробки великих обсягів даних, особливо у процесі навчання. У хмарах ми все більше рухаємося до того, що стандартом буде 32 ядра на сокет. А з точки зору стандартних серверів для застосування в IaaS-платформах нам доведеться перейти до 64 ядра на сокет. Але поки що зростання кількості ядер не планує зупинятися.
2. Частота ядер. Цей параметр визначає швидкість виконання кожної операції. Чим вища частота, тим швидше працює процесор. Нейросети часто вимагають виконання складних обчислень, а висока частота ядер дозволяє виконувати операції швидше, що прискорює навчання нейромереж. Також низька частота ядер може знизити продуктивність конкретного GPU. Ми не рекомендуємо використовувати для роботи з нейромережами процесори з базовою частотою нижче 2,5 ГГц.
3. Об'єм кешу. Чим більший об'єм кешу, тим менше часу процесор витрачає на доступ до даних. Для нейромереж це важливо, оскільки часто вони працюють з великими обсягами даних. Тут AMD упевнено лідирує навіть на поколінні EPYC Zen 4.
4. Система охолодження. Навчання нейромереж – дуже енергоємний процес, який генерує багато тепла. Перегрів процесора може призвести до зниження продуктивності, нестабільної роботи та навіть пошкодження обладнання. Ефективна система охолодження гарантує стабільну роботу процесора за високого навантаження, що важливо для тривалих процесів навчання нейромереж. І це великий виклик, оскільки процесори AMD EPYC серії 9004 з кількістю ядер 64 на сокет вже споживають 360 Вт і більше.
5. Зберігання даних. ІІ-сервер повинен бути оснащений достатньою кількістю оперативної пам'яті, високошвидкісною шиною PCI-E 5.0 та NVMe-дисками, підключеними також за PCI-E 5.0.
6. Підтримка векторні технології прискорення. Сучасні технології прискорення, такі як AVX-512, дозволяють процесорам швидше виконувати операції з плаваючою комою, прискорюючи роботу та навчання нейромереж.
7. Енергоефективність. Навчання нейромереж може бути дуже енергоємним процесом. Згідно звіту Міжнародного енергетичного агентства, до 2026 року центри обробки даних споживатимуть вдвічі більше електроенергії порівняно з 2022 роком, багато в чому завдяки криптовалютам та штучному інтелекту. Тому для роботи з нейромережами важливо, щоб процесор був енергоефективним. Це дозволить знизити витрати на електроенергію та забезпечити стійку роботу системи.

Серверні процесори – це обчислювальні комбайни, які працюють у цілодобовому режимі та обробляють величезні масиви даних. Робота з нейромережами, аналіз БД, машинне навчання вимагають від них максимальної продуктивності та масштабованості в широких межах. Багатоядерні процесори – з кількістю ядер 64 і більше на сокет – допомагають збільшити пропускну здатність кожного сервера, одночасно знижуючи витрати на інвестиції в обладнання. Насправді це означає: менше серверів, менше стійок, менше споживання енергії.

Архітектура AMD Zen 5: що ми про неї знаємо

AMD анонсувала п'яте покоління серверних процесорів EPYC, які мають вийти ринку до кінця 2024 року.Завдяки вдосконаленому прогнозуванню розгалужень, подвійним каналам декодування та новому модулю математичного прискорення AMD обіцяє зростання продуктивності та прискорення задач машинного навчання.

Подивимося, які технічні характеристики архітектури Zen 5 заявляє виробник:

Щоб знизити затримки та підвищити точність обчислень, Zen 5 оптимізували етапи вибірки та декодування інструкцій, удосконаливши модуль прогнозування розгалужень і додавши подвійні канали декодування.

Найбільшим новаторством у частині виконання математичних операцій вважатимуться блок операцій із плаваючою точкою — FPU. У Zen 5 він має фізичний 512-бітовий конвеєр FP для AVX-512 з повним 512-бітним шляхом даних. Якщо ви пам'ятаєте, у Zen 4 використовувався 256-бітний FPU, що на той час вважалося енергоефективним способом. Новий FPU повинен дати Zen 5 значне покращення продуктивності AVX-512 у порівнянні з попередньою версією.

AVX-512 з повним 512-бітним шляхом даних та шістьма конвеєрами, які забезпечують двотактну затримку для операцій складання з плаваючою точкою, значно розширює можливості керування паралельними інструкціями. Така комбінація здатна забезпечити помітне зростання продуктивності: близько 32% для робочих навантажень машинного навчання та 35% для шифрування AES-XTS.

Блок завантаження/зберігання також прокачали. AMD збільшила розмір кешу L1 до 12 каналів – по 48 КБ кожен. Для порівняння: у Zen 4 було 8 каналів по 32 КБ. Пропускна здатність від FPU до кеша L1 була подвоєна в порівнянні з Zen 4, хоча виділений кеш L2, як і раніше, 16-канальний з розміром 1 МБ. Все це має вирішальне значення для операцій із великими обсягами даних.

За даними вимірів AMD, Zen 5 забезпечує середній приріст IPC на 16% в порівнянні зі своїм попередником. Такий показник, за словами виробників, досягається за рахунок архітектурних удосконалень, включаючи ширші блоки диспетчеризації та виконання, збільшену пропускну спроможність даних та покращені алгоритми попередньої вибірки. Приріст IPC призводить до реального підвищення продуктивності у різних додатках – від ігор до створення контенту та машинного навчання.

AMD проробила вражаючу роботу:

+ прискорення ІІ та операцій з плаваючою точкою

Впевнені, з новим поколінням процесорів EPYC з архітектурою Zen стандарти продуктивності на ринку серверів та центрів обробки даних стануть вищими.

Чи чекати в Росії

Процесори AMD EPYC хоч і з'являються в російських хмарах, але темп їхнього проникнення в ЦОДи не дуже швидкий. Здебільшого провайдери додають кластери на процесорах Intel. Хоча в багатьох популярних програмах для бізнесу, наприклад 1С, AMD EPYC показують відмінні результати.

Кожне покоління серверних процесорів Intel Xeon відразу з'являється і в нас у хмарі. Але компанія AMD вже випередила свого головного конкурента за низкою параметрів, таких як кількість ядер на сокет, їх частота, енергоспоживання на одне ядро ​​та обсяг кеш-пам'яті L2 на сокет. Тому ми плануємо кластер на базі процесорів AMD EPYC (як Zen 4, так і Zen 5) впровадити і в свою хмару, коли вони будуть доступні для замовлення в Росії.

AMD – це американська компанія, яка займається розробкою та виробництвом мікропроцесорів, графічних процесорів та інших компонентів для комп'ютерів та електроніки. AMD була заснована в 1969 році Джеррі Сандерсом та його колегами, які покинули Fairchild Semiconductor.Спочатку AMD робила логічні мікросхеми, а потім перейшла до виробництва мікропроцесорів, сумісних з Intel. У 1979 році AMD уклала угоду з Intel щодо ліцензування їх технологій, що дозволило AMD конкурувати з Intel на ринку процесорів.

У 1980-х та 1990-х роках AMD продовжувала розвивати свої процесори, випускаючи такі продукти, як Am386, Am486, K5, K6 та Athlon. AMD також входила у партнерство з IBM та Motorola для розробки альтернативної архітектури PowerPC. У 1996 році AMD придбала NexGen, компанію, яка розробляла процесори на основі архітектури x86-64, яка дозволяла працювати з 64-бітними програмами. Ця технологія стала основою для майбутніх процесорів AMD, таких як Opteron та Phenom.

У 2000-х роках AMD стала одним із лідерів на ринку процесорів, обігнавши Intel за продуктивністю та енергоефективністю. AMD також розширила свій асортимент продуктів, включивши до нього графічні процесори, чіпсети та флеш-пам'ять. У 2006 році AMD придбала ATI Technologies, великого виробника графічних процесорів та відеокарт. Це дозволило AMD створювати інтегровані рішення для настільних та мобільних платформ, такі як APU (Accelerated Processing Unit), які об'єднують CPU та GPU в одному чіпі.

У 2010-х роках AMD зіткнулася з жорсткою конкуренцією з боку Intel та Nvidia, які випереджали AMD з технологічного прогресу та частці ринку. AMD також зазнавала фінансових труднощів через збитковість деяких своїх бізнес-одиниць і високі витрати на дослідження та розробки. У 2012 році AMD вирішила відокремити свій підрозділ із виробництва напівпровідників в окрему компанію під назвою GlobalFoundries, щоб зосередитись на дизайні чіпів.У 2014 році AMD розпочала співпрацю з Microsoft і Sony для постачання процесорів для їх ігрових консолей Xbox One та PlayStation 4.

В даний час AMD продовжує інноваційну діяльність у галузі мікропроцесорів та графічних процесорів, пропонуючи продукти для різних сегментів ринку, таких як настільні та ноутбучні комп'ютери, сервери, хмарні обчислення, ігри, віртуальна реальність та штучний інтелект. AMD також активно розвиває свої власні технології, такі як Zen, RDNA та Infinity Fabric, які забезпечують високу продуктивність, масштабованість та енергоефективність своїх чіпів. AMD є одним з найбільших гравців на ринку напівпровідників та одним з провідних інноваторів у цій галузі.