Even een flashback naar een voor computerbegrippen ver verleden. In september 2003 lanceerde het Amerikaanse chipconcern Advanced Micro Devices (AMD) met de Athlon 64 de eerste 64-bit processor voor pc’s. (Ontwikkeld onder de codenaam Clawhammer.)
Concurrent Intel probeerde de aandacht af te leiden door nog snel vlak voor die lancering uit te pakken met zijn Pentium 4 Extreme Edition. Behalve een veel hogere kloksnelheid, helaas gekoppeld aan een even groot energieverbruik, bracht die geen innovatie.
Critici spraken smalend over de ‘Extremely Expensive Edition’, want die volgens Intel voor intensieve gamers bedoelde desktopprocessor bleek op zichzelf even duur als veel op dat moment verkrijgbare complete high-end pc’s.
AMD counterde Intel’s manoeuvre met de Athlon 64 X2, ’s werelds eerste dual-core 64-bit processor voor desktopcomputers, zoals gebruikt in twee in 2007 door ons geteste desktopcomputers van Lidl. (Later ook in laptops, bijvoorbeeld in deze door ons in augustus 2008 geteste Dell Vostro V1000.)
Het duurde ruim een jaar voor Intel op zijn beurt uitpakte met een eigen dual-core cpu, de medio 2006 gelanceerde Core 2 Duo. Daarbij werd de NetBurst-technologie van de Pentium-reeks ingeruild voor de nieuwe Core-microarchitectuur, die gedeeltelijk gebaseerd was op oudere technologie gebruikt voor de Pentium III in plaats van 4.
Apple gebruikte deze processor direct in alle nieuwe iMacs, die de helft sneller werkten in vergelijking met de vorige generatie. Ook laptops verbeterden met deze nieuwe processorfamilie, bijvoorbeeld deze twaalf door ons geteste zakelijke laptops in 2006.
TDP
Binnen het jaar lanceerde Intel quad-core versies, samengesteld uit twee dual-core lagen of ‘dies’, die efficiënter, sneller en goedkoper waren dan wat AMD op processorgebied kon leveren.
De Intel Core-processoren domineerden van dan af de desktop- en laptopmarkten. Een belangrijke reden voor het succes was de kleinere chiparchitectuur: 65 nm voor de Core 2 Duo tegenover 90 nm voor de Athlon 64 X2.
Daardoor draaiden de Intel-chips bij een vergelijkbaar prestatieniveau aan een lager voltage, resulterend in minder warmteproductie en een kleiner energieverbruik, ideaal ook voor draagbare computers. Zo verhielp de Core-microarchitectuur de tekortkomingen van NetBurst, dat hogere kloksnelheden verkoos boven efficiëntere interne communicatie tussen de processoronderdelen.
Het begrip TDP, ofwel ‘thermal design power’, speelt in dat verband een belangrijke rol en komen we later in dit verhaal nog tegen. Een processor met een hogere tdp presteert doorgaans sneller, maar vergt ook meer van de voeding. Hoe hoger de tdp, hoe meer processorkoeling er vereist is.
AMD Athlon 64 x2 logo (© AMD; licentie: AMD)
Rand van bankroet
De dominantie van Intel bracht AMD tot op de rand van het faillissement. Omdat zijn chips minder sterk presteerden dan die van de concurrent, wilde niemand ze nog hebben, waardoor AMD ze steeds goedkoper moest verkopen. Dat leidde tot een vicieuze cirkel, waarbij de consument een pc of laptop met een AMD-processor associeerde met ‘goedkoop’ en dus minderwaardig, hoewel dit zeker niet voor alle marktsegmenten klopte.
In 2007 schoot de EU AMD zelfs te hulp met een financiële injectie van een kwart miljard euro om zijn ‘wafer’-fabriek (het basisonderdeel van de chipproductie) in het Duitse Dresden overeind te houden. Neelie Kroes, belast met mededinging, vond niet dat die kapitaalsinjectie marktverstorend werkte.
Lisa Su
De echte ommekeer voor AMD kwam er pas in 2012, met de benoeming van de Taiwanese Lisa Su tot algemeen directeur. Zij diversifieerde de productportefeuille zodat het met schulden overladen AMD ook buiten de pc-wereld inkomsten genereerde, bijvoorbeeld in de markt voor videogameconsoles en ‘embedded’ apparatuur.
De nieuwste spelconsoles van zowel Microsoft als Sony zijn tot op de dag van vandaag opgebouwd rond AMD-chipsets. Dat creëerde de nodige financiële armslag om ook te kunnen vernieuwen in het pc-segment.
Langzaam verbeterde de financiële positie. Het aandeel van AMD op de Amerikaanse beurs veerde geleidelijk weer op. Su, die op driejarige leeftijd met haar ouders naar de V.S. emigreerde, werd in 2014 voor haar inspanningen beloond met de post van topvrouw, die ze tot op vandaag uitoefent.
AMD-topvrouw Lisa Su op een evenement in juni 2015. (© Gene Wang; licentie: cc-by-2.0)
Kleiner is fijner
Technologisch sloeg AMD vanaf februari 2017 dezelfde weg in als Intel: rauwe kracht is goed, maar efficiëntie is beter.
Met de Zen-microarchitectuur, waaraan sinds 2012 in het diepste geheim was gewerkt, slaagde het er opnieuw in om rauwe processorkracht te combineren met thermische efficiëntie. Gedaan met de onmogelijk hoge brute kracht van zijn tot dan toe topprocessor, de 32nm acht-core FX-9590, die met zijn 225 watt tdp moeilijk kost-effectief te gebruiken was.
Dit wegens te hoog stroomverbruik, té warm, bijna onmogelijk om betaalbaar te koelen. En dat met prestaties die in de praktijk niet veel beter bleken dan die van een goedkopere, koelere 22nm dual-core Intel Core i3 met 54 à 65 tdp, laat staan een quad-core Core i5 met 84 à 95 tdp.
Zen werd voor de consumentenmarkt toegepast in de nieuwe Ryzen (uit te spreken als RY-zen)-processoren, waarvan de naam vast niet toevallig gekozen is. Ryzen, startend met de Ryzen 1000-serie, verkrijgbaar vanaf maart 2017, zorgde effectief voor een herrijzenis van AMD. Het heeft opnieuw processoren die zich in elk marktsegment, van high-end- tot instapniveau, meten met een Intel-equivalent.
Zen
Bij het ontwerp van de 14nm Zen-architectuur vertrok AMD van een wit blad en liet zijn lang gebruikte 32nm Bulldozer-architectuur compleet los.
Zen gebruikt net zoals Intel Core een ‘system-on-chip’ of soc-ontwerp waarbij cachegeheugen, pcie-bus, sata-bus en usb-controller in dezelfde chips als de processorkernen geïntegreerd zijn.
In de zogenaamde apu’s wordt er ook nog de gpu (grafische chip) bij gepropt. Op die manier worden bandbreedte en stroom bespaard (door de kortere communicatielijnen tussen de verschillende soc-onderdelen), in ruil voor een veel complexer chipontwerp.
Een soc-processerontwerp zoals hier een Ryzen 3 1200 ruilt efficiëntie en energiezuinigheid voor een veel complexer design (© Fritzchens Fritz; licentie: Publiek domein)
Uitbesteed
In tegenstelling tot Intel produceert AMD zijn chips niet langer zelf. In 2008 stootte het zijn halfgeleiderproductietak af; daaruit ontstond GlobalFoundries, met hoofdkantoor in de V.S. en eigenaars in Abu Dhabi.
GF produceert halfgeleiders voor AMD, Broadcomm, Qualcomm en STMicroeletronics. De productiefabriek in Dresden, waarin de EU in 2007 geld stak, behoort sindsdien ook tot GF.
Maar belangrijker nog dan GF is voor AMD de samenwerking met TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).
Dit bedrijf produceert ook halfgeleiders voor Apple, Broadcom, HiSilicon, Marvell, MediaTek, Nvidia, Qualcomm en Xilinx (dat intussen zelf gekocht is door AMD). TSMC heeft op die manier ruim ervaring met de productie van ingewikkelde halfgeleiders.
Het dreigt wel slachtoffer te worden van zijn eigen succes omdat het wereldwijd over onvoldoende ‘fabs’ (productievestigingen) beschikt om aan de stijgende vraag te voldoen.
TSMC slaagt erin steeds kleinere chips te bakken, met een 5 nm-procedé aangekondigd en een 10 nm-productie voor ARM-halfgeleiders in volle uitrol.
Intel komt vandaag in zijn eigen productievestigingen niet verder dan 14 nm. Zijn aangekondigde 10 nm-portefeuille zal in het consumentensegment niet voor eind 2021 tot concreet leverbare producten leiden.
AMD besteedt de productie van zijn chips uit aan het Taiwanese TSMC, met hier een binnenzicht op zijn Fab 3. (© Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.; licentie: TSMC)
Ryzen 5000
De derde generatie AMD Zen-architectuur gebruikt vandaag al een 7 nm-procedé, iets waar concurrent Intel niet vóór 2022 aan toe is. 5 nm ligt voor Intel nog verder in de toekomst, wellicht pas in 2024, terwijl TSMC dat vandaag al aankan. Tenminste, als TSMC zijn problemen op het vlak van productiecapaciteit tijdig kan verhelpen.
De 7 nm-gebaseerde AMD Ryzen 5000 is in de praktijk voorlopig slechts beperkt leverbaar. Oem’s (fabrikanten van computers) zoals Asus, HP en Lenovo die de nieuwe processor in eigen laptops en desktops gebruiken, worden eerst aangeleverd. De losse verkoop voor enthousiastelingen die de nieuwste chips in hun zelfbouw computers willens teken, loopt voorlopig nog moeizaam omwille van bevoorradingsproblemen.
Het geïntegreerde circuit met de invoer- en uitvoerkanalen van Zen 3-gebaseerde processoren wordt overigens door GF gefabriceerd en is gebaseerd op een 14 nm-procedé. AMD gebruikt dus twee verschillende halfgeleiderfabrikanten voor één en dezelfde processor. Die strategie heeft voordelen, maar kan in de toekomst ook tot problemen leiden als één van de productiepartners iets overkomt.
Upgraden
De Zen 3-processoren van AMD zijn volgens zowat alle benchmarks sneller en zuiniger dan equivalente Intel Core-concurrenten. Ze zijn zo succesvol dat AMD zijn prijzen in een opvallende omkering van de historische prijs-setting voortaan lichtjes boven die van Intel prikt.
Het toenemende succes heeft ook te maken met de betere achterwaartse compatibiliteit van de Ryzen-reeks. Een kleine bios-update volstaat om een nieuwe Ryzen 5000-processor aan de praat te krijgen op een AMD 400/500-series moederbord. Wil je wachten op los verkrijgbare Intel elfde generatie cpu’s, voorzien voor de eerste helft van 2021 en nog altijd 14 nm-gebaseerd, dan zal je bijna zeker ook dienen te investeren in een nieuwe hoofdkaart.
AMD heeft met zijn Zen 3-architectuur nog een andere troef in de mouw: het snellere pci-e gen 4.0 i/o-protocol is standaard geïntegreerd. Intel voorziet die ondersteuning pas in zijn elfde generatie Core-serie die pas dit jaar een brede uitrol krijgt.
Ten slotte zijn AMD-processoren eenvoudiger te overklokken. Intel verdient graag een extraatje aan overklokkers met zijn duurdere K-versies van dezelfde processoren.
Mobiel
Ook de mobiele versies van de Ryzen-chips scoren uitstekend in benchmarks, bijvoorbeeld de recent geteste Lenovo Yoga Slim 7 met een AMD Ryzen 4000 Series 7 mobiele processor (ook al op het 14 nm-procedé gebaseerd). Die heeft een voor een Windows-laptop opmerkelijke autonomiescore van achttien uur in de UL Futuremark PCMark Modern Office-accutest. Dat is ruim zes uur beter dan de best presterende Intel Core-gebaseerde laptop.
Lenovo Yoga Slim 7 (© Lenovo; licentie: Lenovo)
Er is vandaag veel te doen over de nieuwe op een eigen ARM-processor gebaseerde MacBooks van Apple met vijftien à twintig uur accuduur.
Wel, met de mobiele Ryzens mogen Windows-gebruikers zich aan vergelijkbare autonomiecijfers verwachten. Opnieuw geeft dit Intel het nakijken: Windows-laptops met recente mobiele Intel Core-processoren komen in dezelfde benchmarks bij een soms lager prestatieniveau niet verder dan maximaal twaalf uur accuduur.
Quo vadis Intel?
Wat dan met Intel? Overkomt dit bedrijf vandaag hetzelfde als wat AMD tijdens zijn crisisjaren 2006-2017 meemaakte?
Dat is zeker te kort door de bocht. Intel heeft op dit moment in de markt voor pc-chips effectief een forse achterstand op AMD, maar schrijf het bedrijf niet af. Het is en blijft een mastodont in vergelijking met AMD, met veel diepere zakken en een langere en rijkere geschiedenis.
Vergeet niet dat Intel een omzet draait van 72 miljard dollar, tegenover ‘slechts’ 6,7 miljard voor AMD (cijfers 2019).
Beide bedrijven groeien sinds 2014 jaarlijks met een vergelijkbaar percentage (rond de zes procent), zodat de voorsprong van Intel op AMD althans financieel nog lange tijd zal duren.
Intel-woordvoerders tonen momenteel niet het achterste van hun tong wanneer ze door journalisten geconfronteerd worden met de groeiende AMD-voorsprong in de halfgeleiderconsumentenmarkt.
Maar dat er van Intel-kant een reactie komt, is zeker. De timing is minder zeker. Uit de vele, meestal niet-verifieerbare geruchten valt op te maken dat ‘het’ Intel-antwoord niet verwacht hoeft te worden vóór 2022, mogelijk zelfs niet vóór 2024 en dat zolang de Core-technologie niet fundamenteel zal wijzigen.
Hybride cpu’s
Wat steekt er bij Intel op relatief korte termijn in het vat? Binnenkort (wellicht nog dit kwartaal) verwachten we elfdegeneratie 10 nm cpu’s van de Tiger Lake-H-generatie voor high-end laptops en 14 nm ‘Rocket Lake-S’ cpu’s voor mainstream desktop-pc’s.
De topmodellen van deze processoren zullen naar verwachting voorzien zijn van zes à acht processorkernen en zestien threads.
PCIe 4.0-ondersteuning is eindelijk geïntegreerd, samen met de nieuwe Intel Xe gpu-technologie, die ‘gaming’ op een Ultrabook mogelijk maakt, weliswaar nog niet volledig, maar wel ‘bijna’ tot 60 fps aan 1080p-resolutie. (Recente Ryzen-gebaseerde laptops hadden daar eerder al geen problemen mee.)
Later in 2021 worden dan hybride, twaalfdegeneratie 10 nm ‘Alder Lake-P’ en ‘-S’ cpu’s verwacht, maar het is wellicht tot 2022 wachten voor die opduiken in werkelijk leverbare hardware.
Deze chips combineren energiezuinige ‘Gracemont’-processorkernen (‘small cores’) met sterk presterende ‘Golden Cove’-processorkernen (‘big cores’). De topmodellen zouden tot zestien processorkernen hebben.
Deze hybride Intel-processoren, die de grootste technologische verandering van de Core-technologie sinds 2006 inluiden, bieden het beste van twee werelden: energiezuinig én sterk presterend, naargelang het gebruiksscenario. Helaas heb je voor deze cpu’s wederom een nieuw socket en dus moederbord nodig (LGA 1700).
Speculatie
Verder in de toekomst kijken, blijft pure speculatie. Vast staat dat Intel niet vóór 2023 op een 7 nm-procedé zal overschakelen, met de nieuwe ‘Redwood Cove’-architectuur en ‘Meteor Lake’-processorenfamilie die van de grond af aan nieuw wordt ontworpen. Hoe dat er allemaal concreet zal uitzien, weten we niet.
Intussen breidt AMD zijn (tijdelijke?) technologische voorsprong op Intel natuurlijk verder uit. De speculaties over Zen 4 doen al volop de ronde, maar zijn momenteel niet méér dan dat: geruchten.
In elk geval kondigen zich interessante tijden aan in de nooit eindigende zoektocht naar méér processorkracht, ook in de zo belangrijke consumentenmarkt.
AMD Ryzen (© AMD; licentie: AMD)
