Dnes 1. května 2019 je to přesně 50 let, co vzniklo AMD, druhý ze dvou hlavním výrobců procesorů x86 pro PC a posledních 13 let také výrobce grafických karet Radeon, v oblasti osobních počítačů tedy velmi důležitý výrobce čipů. Firma k této příležitosti vydala speciální edice produktů a herní bundle. My se trochu poohlédneme za její historií. Ostatně podobně jako jsme to udělali, když slavil loni padesátku Intelu.
AMD vzniklo podobně jako Intel: z Fairchildu
AMD vzniklo oficiálně 1. května 1969 a založilo ho osm bývalých zaměstnanců firmy Fairchild Semiconductor v čele s Jerry Sandersem, který se později stal CEO a AMD vedl až do roku 2002. Fairchild byl pionýrem polovodičů, ale příliš na tom nestavěl a mnoho jeho inženýrů mělo pocit, že jejich nápady v něm nemají budoucnost; zakladatelé AMD si proto založili firmu vlastní. Přesně takto vznikl i Intel, takže oba konkurenti mají vlastně společnou matku/otce.
AMD se po provizoriu v Santa Clara usadilo v kalifornském Sunnyvale a začalo nabízet některé čipy vyráběné Fairchildem jako druhý zdroj. Prvním jeho vlastním produktem byl v roce 1970 logický čítač Am2501 a dále řada nejrůznějších součástek, logických čipů i pamětí. V roce 1975 mělo už podle Wikipedie v nabídce 212 produktů, 49 byly jeho vlastní designy. V tehdejší době byly čipy o hodně jednodušší a v nabídce firem proto bývaly stovky produktů disparátních typů, zatímco dnes je portfolio typicky mnohem specializovanější. AMD prý například později bylo druhým zdroje pro procesor Zilog Z8000, což by asi dnes někoho sotva napadlo.
Historická příležitost: PC a Intel/x86
Do počítačové historie asi AMD v povědomí většiny lidí vstupuje v roce 1982, kdy IBM zvolilo jako procesor pro tehdy nenápadný „osobní počítač“ („PC“) Intel 8086/8088. Protože ale chtělo mít jistější pozici, vyžadovalo sekundárního výrobce stejného čipu. To tehdy bývala celkem obvyklá věc, dnes ovšem u složitějších čipů jako CPU a GPU nepředstavitelná. A tímto záložním zdrojem bylo AMD, s licencí k výrobě stejných procesorů a licencí na použití stejného mikrokódu v nich (což později bylo důležité).
AMD 9080: první (klonovaný) mikroprocesor
Ve skutečnosti je historie této symbiózo-konkurence s Intelem o dost starší. AMD vyrábělo už klon osmibitového procesoru Intel 8080, i když se k tomu dostalo celkem náhodou. Podle historek jednoho z tehdejších inženýrů se exemplář raného vzorku Intelu 8080 (byl vydaný v roce 1974) dostal před uvedením do Xeroxu a několik zaměstnanců ho důkladně nafotilo pod mikroskopem. Xerox ovšem nechtěl s tímto kapitálem něco udělat a napůl shodou náhod našli tito lidé jako zájemce AMD, kam přestoupili a reverzním inženýrstvím vyvinuli z fotek rychle funkční klon, který šel na trh jako Am9080. Intel to tehdy nakonec akceptoval a AMD se eventuálně stalo licenčním alternativním výrobcem. Díky druhému zdroji čipu se totiž Intel dostal k zakázkám, kam by jinak nebyl připuštěn.
Čip Am9080 byl údajně vysoce lukrativní, protože se prodával za několik stovek dolarů do armádních projektů (AMD garantovalo „Military Quality“), ale výrobní náklady byly velmi nízké. AMD jinak pro procesor 8080 vyvinulo i FPU jednotku (která tehdy byla separátní obvod), kterou pak chvíli přechodně používal i Intel, než vyvinul pro 8086 vlastní čip 8087.
S explozí PC přišly tahanice o peníze
Symbióza s Intelem se ale rychle změnila v nepřátelství, když se z PC stal velký byznys. U dalších generací čipů (80286, 80386…) se už Intelu eklovalo o píseček dělit a AMD (a dalším výrobcům klonů) házel klacky pod nohy soudními spory, kterými například zdržel uvedení 386ky od AMD. Soudů bylo několik a obvykle skončily nějakou dohodou o výměně technologií a oprávnění k výrobě kompatibilních čipů. Intelu se tedy konkurenci odstavit nepodařilo, ale hodně asi soudy přibrzdil její rozvoj, tržby a nebezpečnost. Ještě v tomto století ostatně neblaze prosluly praktiky, kdy se snažil AMD odstavit zákulisními pakty a ovlivňováním.
Při launchi prvního Athlonu například výrobci desek a PC měli strach veřejně oznámit podporu, ve prospěch Pentií 4 byl údajně zmanipulován benchmark Sysmark a naopak prokazatelně výkon binárek produkovaných populárním kompilátorem od Intelu (respektive, binárky schválně běžely/běží pomalu na čipech, které nejsou od Intelu). Dellu Intel dlouho platil za to, aby nekupoval CPU konkurence a řada podobných nekalých praktik byla zdokumentována soudem, za který Intel zaplatil pokutu v USA i v EU (kde se však dosud odvolává) a zhruba miliardové odškodnění AMD. U toho ale asi také platí, že ony praktiky, za něž byl potrestán, Intelu vynesly či před konkurencí zachránily mnohem víc, takže v podstatě uspěly.
Od klonů k vlastní architektuře a platformě: K5, K6
Kvůli sporům a tahanicím s Intelem se AMD ovšem postupně emancipovalo od pouhého klonování procesorů Intelu. Od 286ky po Pentium (čipy Am286, Am386) se postupně architektura a mikrokód začínala lišit. Poslední z Intelu vycházející čipy byly v generaci 486 (označené u AMD Am486 a poté 5x86). V roce 1996 přišlo AMD s prvním úplně vlastním x86 designem: K5. To byla ambiciózní out-of-order architektura podobná Pentiu Pro, ale ještě neuspěla. Čip měl zpoždění a příliš nízké takty (75–133 MHz), aby byl konkurenceschopný.
Druhá architektura K6 (a poté K6-2 a K6-III) už dopadla lépe – měla slušné IPC i takty (166-266 MHz ze začátku, pozdní generace se dostaly na 550 MHz) konkurenceschopné s tehdy novými Celerony a někde i Pentii II Intelu. Procesor měl slabší FPU a tím herní výkon, ale také byl levnější. Další slabinou bylo, že nešlo plně o architekturu kompatibiilní s i686 (jde technicky jen o i586), což se ale projevilo výrazně až dlouho poté, co byly tyto procesory v důchodu.
Zajímavé je, že K6ka byla trochu Deus Ex Machina, která AMD vytáhla z problémů, když se K5 nepovedlo. Tuto architekturu totiž firma získala koupí menšího výrobce pokoušejícího se o x86 procesory NexGen, šlo o jeho třetí architekturu Nx686. V AMD pak byla dodělána podpora pro instrukce MMX a také kompatibilitu se socketem 7 – ten byl tehdy ještě společný s procesory Pentium MMX od Intelu, takže se pro oba procesory dala použít stejná deska, byť CPU byla už úplně odlišná. V další fázi se ale AMD i od toho odstřihlo a stalo se kompletně svébytnou platformou x86.
K7: první plné vítězství
Postaral se o to procesor Athlon (a později jeho levnější varianta Duron) s architekturou K7 v roce 1999. Mimochodem, káčková architektura je neoficiálně pojmenovaná podle „kryptonitu“, tedy substance, která dokázala dát čočku Supermanovi. Symbolika je asi jasná. Athlon a K7 něco takového opravdu dokázaly. Díky hegemonské pozici Intelu se sice tržní podíly moc nezměnily, ale Athlon byl regulérně výkonnější CPU než Pentium III, a to se tehdy prodával za klidně poloviční ceny. Co ještě tehdy chybělo, byly vlastní čipsety – ty AMD ze začátku generace K7 mělo, ale rychle je nahradily čipy VIA, SiS, Ali/ULi a později Nvidia. To se mělo změnit až za několik let.
AMD tehdy také jako první uvedlo procesor (Athlon) s taktem 1 GHz, zatímco Intel byl až druhý, a ještě měl chvíli problémy se stabilitou. Athlon pak dokázal víc než slušně konkurovat prvním ne úplně povedeným 180nm Pentiiím 4 Willamete a když AMD v roce 2001 vydalo vylepšený Athlon XP s vyšším IPC, bylo dlouho konkurenceschopné i proti o poznání lepším 130nm Pentiím 4 Northwood.
Triumf s 64 bity a K8
Nejlepší období AMD přišlo po architektuře K7. Jádro K8, s kterým přišly v roce 2003 Athlony 64 a serverové Opterony, bylo vylepšené a poprvé byl v CPU integrován paměťový řadič, což velmi zlepšilo výkon (Intel toto následoval až v roce 2008). Procesory Athlon 64 porážely Intel ve výkonu i spotřebě, zejména se s nimi ale povedla jedna průlomová věc. Intel se tehdy zdráhal rozšířit architekturu x86 na 64bitů a vypadalo to, že by ji raději nahradil vlastní proprietární instrukční sadou Itanium (která teď definitivně odchází). Tam by totiž neměl konkurenci...
Toho se ale chopilo AMD jako perfektní příležitosti a vyvinulo 64bitové rozšíření místo něj. Pro AMD64 získalo podporu v Linuxu i u Microsoftu, se kterým neveřejně spolupracovalo. Intel byl trhem dotlačen k tomu, že musel sám toto rozšíření přijmout, což zvládl velmi rychle, neboť na něm začal pracovat ještě před vydáním čipů AMD. Díky tomu mělo pak také AMD lepší pozici při vyjednání dohody o sdílení patentů a obecně se etablovalo jako rovnocenný hráč – na architektuře AMD64 jedeme dodnes a ještě dlouho budeme.
AMD64 mělo důležitou roli v serverech a procesory Opteron se zde staly velmi populární. Kromě 64bitové architektury i díky podpoře až osmiprocesorových sestav a pokročilé architektury s integrovaným paměťovým řadičem. Serverové Xeony měly tehdy jeden řadič pamětí v čipsetu, který sdílela všechna připojená CPU přes FSB, což podstatně hůře škálovalo s počtem socketů. AMD tehdy mělo technologicky výraznou výhodu (navíc v roce 2005 uvedlo nativně dvoujádrové čipy, kdežto Intel měl dvoujádra také propojená přes FSB). Ale trh serverů na to reagoval jen hodně pomalu.
AMD + ATi
Na vrcholu tohoto nadějného období se ustavilo AMD jako ho známe teď. V té době se hodně jako výhoda Intelu skloňovalo, že nabízí celou platformu s čipsety, základními deskami, integrovanými GPU (tehdy v čipsetu, ne CPU) a dokonce i Wi-Fi síťovky pro notebooky. AMD naproti tomu produkovalo jen samotné CPU. V roce 2006 ale oznámilo strategicky důležitou koupi výrobce GPU Radeon, ATi Technologies, což byl dlouholetý hráč v grafických kartách/akcelerátorech a čipech, existující už od roku 1985. ATi vyvíjelo i čipsety, takže najednou mělo AMD svou vlastní platformu (i když ještě několik let byly na trhu hodně rozšířené i čipsety Nvidia, které předtím vytlačily firmy Sis, ULi a VIA).
Důležitou součástí tohoto plánu byly také integrované grafiky, ale ty se podařilo z čipsetu dostat přímo do procesoru (projekt „Fusion“) až s velkým zpožděním v roce 2011. I v čipsetu ale mezitím byly důležité, čipové sady AMD se osvědčily a prokázaly jako stabilní a spolehlivé. Problém ale byl, že ATi tehdy zrovna nemělo štěstí v konkurenci s Nvidií – v roce 2007 vyšla nepovedená architektura GPU R600 (Radeon HD 2000) a až po nějakých dvou generacích se ATi vzpamatovalo. Ovšem Nvidia mezitím hodně zesílila a AMD už ji nikdy nedokázalo dohnat co do tržního podílu, tržeb a zisků, byť mělo s příchodem DirectX 11 velký náskok. AMD za ATi zaplatilo pět miliard dolarů, což firmu velmi zatížilo, takže relativně neúspěšné a ztrátové výsledky grafické divize po akvizici byly dost neblahé. A bohužel se k tomu přidaly problémy další. Historicky ale mělo spojení s výrobcem GPU velký význam – kdo ví, kde/kdy by jinak AMD jako čistě CPU společnost skončila.
2006–2017: těžké období
Po až triumfální éře Athlonu 64 (a Opteronu) čekalo ale AMD několik negativních přelomů, které spustily prakticky dekádu trvající špatné časy. Začátkem bylo, že Intel v roce 2006 uvedl novou architekturu Conroe (či také „Core“) nahrazující Netburst a Pentium 4. Tou získal obratem na svou stranu prvenství ve výkonu a energetické efektivitě proti K8. AMD mělo také připravenou novou architekturu, ale ta byla opožděná patrně vlivem špatného managementu (který zdá se prošustroval čas, který mu získala zlatá léta architektury K8) a zrušených předchozích projektů.
Jádra K10 v procesorech Phenom udělala změny, kterými se téměř dotáhla na Conroe (například 128bitové jednotky SIMD, chybělo ale SSSE3), ale přišla o rok později. A na potvoru se sešla se špatným 65nm procesem, kvůli kterému hluboce zaostaly frekvence (jen 2,3 GHz proti 3 GHz+ Intelu). A ještě horší bylo, že se v čipu našla chyba, kvůli které se muselo vypnout TLB u L2 cache, což výrazně snižovalo výkon. Toto zároveň hodně pošramotilo reputaci.
Dolary šéfe...
Conroe a technické vedení Intelu vedlo k propadu příjmů, zejména se postupně propadaly tržby z lukrativních serverů, kde předtím Opteron dosáhl desítky procent tržního podílu (ale přes lepší technologii nikdy nedosáhl vlivem setrvačnosti trhu ani na 50 %). Toto ještě zhoršila finanční krize v roce 2008 a prakticky až do roku 2016 bylo AMD nutné periodicky zeštíhlovat, propouštět, rušit divize a investovat do restrukturalizací. To si vybíralo daň na financích a asi i na schopnosti vyvíjet produkty. Firma byla prakticky pořád ve ztrátě. Výraznou zátěží byl přirozeně i dluh po koupi ATi.
Prokletí horšího výrobního procesu a ztráta továren
Třetí ránu dodaly výrobní procesy. Athlon 64 se trefil do doby, kdy se AMD velmi povedl 90nm proces (2004), ale na 65 nm mělo už na Intel skluz a navíc špatnou technologii s příliš nízkými takty. Toto se pak opakovalo. Kvůli rostoucí náročnosti výrobních technologií také už tržby AMD nemohly továrny uživit a ty byly nakonec odštěpeny do samostatného podniku GlobalFoundries, jejž jako investici koupily fondy ropného emirátu Abú Zabí. AMD bylo smluvně vázáno v „GloFo“ vyrábět a toto skončí prakticky až letos.
Horší výrobní procesy byly ale celou dobu další věc, která zhoršovala schopnost AMD konkurovat Intelu. Enormním problémem se to stalo, když Intel přišel v roce 2012 na 22nm procesu s tranzistory FinFET. Ty mu přinesly mnohem větší efektivitu, kterou AMD mohlo dotáhnout až v roce 2017, když se mu podařilo vydat první 14nm CPU Ryzen.
Architektonický deficit
Povedená i celkem úspěšná druhá generace K10 na 45 nm (Phenom II) už byla bez chyb té první a na konkurenceschopných taktech, ale přišla až v roce 2008, když Intel vydal novou architekuru Nehalem, jejíž výkon AMD výrazně utekl. A tento proces se pak prohlubovalo až po příchod Ryzenů, protože když v roce 2011 AMD uvedlo vlastní novou architekturu nevycházející z K10 ale vytvořenou od základu nově, zklamala. Bulldozer dokázal celkem konkurovat ve vícevláknovém výkonu (dokud neudeřila ona nevýhoda v procesu), ale technologie CMT měla nízký jednovláknový výkon, což se ukázalo jako fatální chyba, zvlášť když Intel svá CPU v tomto ohledu zlepšoval (2011: Sandy Bridge, 2013: Haswell, 2015: Skylake).
AMD po druhé a o něco lepší revizi Piledriver (2012) další architektury založené na Bulldozeru (Steamroller, Excavator) už implementovalo jenom do procesorů APU, jejich výkonnější desktopové a serverové verze byly zrušené. Na jednu stranu to ušetřilo peníze, ale mohlo jít o chybu, protože tím AMD úplně vyklidilo pole serverů a s Epycem muselo u zákazníků začínat úplně od znovu. Je možné, že toto rozhodnutí nebylo prozíravé.
V grafických kartách se AMD přechodně celkem dařilo. V roce 2009 po už úspěšných Radeonech HD 4000 vydalo jako první DirectX 11 grafiky Radeon HD 5000, zatímco Nvidia měla zpoždění a problémy se spotřebou. V roce 2011 až 2012 přišlo s grafickou architekturou GCN (Radeon HD 7000), poté ale v následujících letech ztrácelo dech a jeho nové architektury Polaris a Vega v letech 2016 a 2017 nebyly takový pokrok, jak bylo třeba nebo přišly pozdě, takže firma po dlouhou dobu neměla konkurenci v highendu. Dost možná jsou to dozvuky nedostatku peněz v letech 2012 až 2016.
V tomto období AMD ale vyvinulo i separátní úspornou a levnou architekturu pro „lidové“ čipy inspirované Atomem od Intelu – Bobcat v roce 2011 a Jaguar v roce 2013. Jejich hlavní stopa je kromě netbooků a podobného hardwaru v herních konzolích Xbox One a PS4 (jádra Jaguar), ale od roku 2014/2015 AMD tuto linii zase utlumilo a dnes už vyvíjí jen „velká jádra“ linie Zen. Konzole však ve špatném období přinesly několik miliard tržeb a dost možná právě ony udržely AMD v provozu. Kromě Jaguaru na tom ovšem má hlavní podíl hlavně grafická divize, získaná koupí ATi. Bez ní by v tomto oboru AMD vůbec neexistovalo.
V procesorech se AMD znovuzrodilo, v GPU by to teprve potřebovalo
Ryzen a s ním návrat AMD coby seriózního protivníka Intelu v roce 2017 už je současnost, takže ho už probírat nebudeme. Jen je asi dobré si připomenout, že před jeho příchodem bylo všechno jinak. Jen málokdo firmě věřil a ač byly plány na Zen známé, zdaleka se od Ryzenu nečekal tak dobrý výsledek. Nicméně ani dnes není AMD ještě z problémů venku. Pokud se má udržet, musí vydržet Intelu konkurovat dlouhodobě a to tehdy, až ten vyřeší svoje táhlé problémy s 10nm procesem (které Ryzenu hodně pomohly).
Současně je ale na tom AMD poměrně špatně v grafické divizi, kde nestíhá uvádět nové architektury GPU se stejnou kadencí jako Nvidia. A také není schopné vydat stejný počet jednotlivých GPU, aby pokrylo celý trh. V herních grafikách kvůli tomu nastal bludný kruh, kdy stále ztrácí podíl a pozice a tím má také méně prostředků na další kolo boje. Teprve čekáme na to, jestli se to teď pokusí zvrátit (a jestli v tom uspěje) podobně jako v procesorech s Ryzenem. Nu, přejeme do toho boje vše nejlepší, a snad i dalších padesát let technologických inovací.
Nejen procesory a x86
Dnes je AMD známé prostě jako výrobce procesorů x86 a od koupě ATi i grafik. Ale v dávnějších dobách tomu tak nebylo. AMD například mělo v portfoliu RISC procesory Alchemy na bázi architektury MIPS, po ATi grafické kary s integrovaným TV tunerem (kdysi se jmenovaly ATi All-in-Wonder). Pro první Athlony na přelomu století AMD vyrábělo vlastní čipset, ještě než se do této oblasti vrátilo koupí ATi.
Paměti Flash
Čím dál do minulosti, tím byla produkce rozmanitější, než se AMD rozhodlo plně věnovat jenom x86 procesorům. S Fujitsu například AMD mělo od roku 1993 společný podnik na výrobu pamětí NOR a NAND Flash. Ten v devadesátých letech firmu snad i dotoval. Tato divize byl ale nakonec v roce 2005 odštěpena do samostatné firmy Spansion, která se v roce 2015 spojila s Cypress Semiconductor. Logo AMD se jinak často dá vidět na čipech EEPROM (s BIOSem) v různém starším hardwaru. A na historických deskách a kartách se najde i spousta různých logických čipů.
RISC od AMD: Am29000 byl v tiskárnách i letadlech
Ještě než se AMD soustředilo na čipy x86, mělo i svoji vlastní architekturu procesorů RISC. Jmenovala se Am29000 a bylo to poměrně ortodoxní RISC jádro vycházející z Berkeley RISCu včetně třeba s použitím registrových oken, která však byla variabilní velikosti. První verze vyšla v roce 1988. Používalo se hlavně v embedded oblasti, časté bylo v laserových tiskárnách. AMD opustilo vývoj této rodiny čipů v roce 1995, když se rozhodlo vrhnout čistě na x86 procesory pro PC (trošku škoda).
Technologie ale byla použita ještě v onom procesoru AMD K5, který podobně jako Pentium Pro přešel na architekturu překládající instrukce x86 na RISCu podobné interní mikroOPy. A pro jejich zpracování bylo uvnitř procesoru K5 jádro částečně odvozené právě z Am29050. Ovšem ne kompletně, převzaté byly údajně sčítačky a násobičky v FPU, ovšem s nutnými změnami a mikrokódem zpracovávajícím některé speciální instrukce x87. Nešlo tedy o to, že by uvnitř byla celá 29000 a dekodéry překládaly kód přímo na její instrukce.
Asi nejzajímavější použití ale bylo v avionice. Takže když se AMD na tuto architekturu vykašlalo, licencovalo poslední generaci Am29050 firmě Honeywell. Ta používala procesor 29000 ještě velmi dlouho (jestli ne dodnes) v redundantní avionické jednotce VIA. Vygooglil jsem, že avionika založená na Am29000 je údajně v letadlech Boeing 777 a 737-600/700/800, ale prý třeba také v obřím transportním Lockheedu C5B Galaxy.
Tím jsme došli na závěr našeho příležitostného historického ohlédnutí. Děkujeme, že jste to vydrželi a pokud ještě nemáte dost, můžete se podívat ještě na přehled, který nám poslalo AMD. Ten se někdy soustředí na stejné věci, o kterých jsme tu psali, někde ale zase na jiné.