Der Kampf zweier Yokozunas

Es bleiben weniger als 24 Stunden bis zum Verkaufsstart der neuen AMD EPYC™ Rome Prozessoren. In diesem Artikel möchten wir an den Beginn des Wettstreits zwischen den beiden größten CPU-Herstellern erinnern.

Der erste weltweit kommerziell erhältliche 8-Bit-Prozessor war der Intel® i8008, der 1972 auf den Markt kam. Der Prozessor hatte eine Taktrate von 200 kHz, wurde im 10 µm (10.000 nm) Fertigungsverfahren hergestellt und war für "fortgeschrittene" Taschenrechner, Eingabeterminals und Flaschenabfüllmaschinen vorgesehen.

1974 wurde dieser Prozessor zur Grundlage des Mikrocomputers Mark-8, der als DIY-Projekt auf dem Cover der Zeitschrift Radio-Electronics präsentiert wurde. Der Projektleiter, Jonathan Titus, bot Interessierten ein Prospekt für 5 Dollar an, das Schaltpläne für die Leiterplatte und eine Beschreibung des Montageprozesses enthielt. Bald erschien ein ähnliches Projekt für den Personal Computer Altair 8800, der von der Firma MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) entwickelt wurde.

Beginn des Wettstreits

Zwei Jahre nach der Einführung des i8008 brachte Intel seinen neuen Chip – den i8080 – auf den Markt, der auf einer verbesserten Architektur des i8008 basierte und im 6 µm (6000 nm) Fertigungsverfahren hergestellt wurde. Dieser Prozessor war etwa 10 Mal schneller als sein Vorgänger (Taktrate 2 MHz) und verfügte über ein erweitertes Befehlssatz.

Die Reverse Engineering des Intel® i8080-Prozessors, durchgeführt von drei talentierten Ingenieuren – Sean und Kim Hailey sowie Jay Kumar – führte zur Schaffung eines modifizierten Klons, der den Namen AMD AM9080 erhielt.

Ursprünglich wurde AMD Am9080 ohne Lizenz verkauft, später wurde jedoch ein Lizenzvertrag mit Intel abgeschlossen. So erhielten beide Unternehmen einen Vorteil auf den Chipmärkten, da Käufer versuchten, mögliche Abhängigkeiten von einem einzigen Lieferanten zu vermeiden. Die ersten Verkäufe waren äußerst profitabel, da die Produktionskosten 50 Cent betrugen und die Chips von den Militärs für 700 Dollar pro Stück stark nachgefragt wurden.

Danach beschloss Kim Hailey, seine Fähigkeiten im Reverse Engineering des Intel® EPROM 1702 Speichermoduls auszuprobieren. Zu diesem Zeitpunkt war dies die fortschrittlichste Technologie für nichtflüchtigen Speicher. Das Vorhaben war nur teilweise erfolgreich – der erstellte Klon konnte Daten nur 3 Wochen bei Raumtemperatur speichern.

Nachdem er zahlreiche Chips zerbrochen hatte und basierend auf seinem Chemiewissen zu dem Schluss gekommen war, dass es unmöglich wäre, die angegebenen Intel-Werte (10 Jahre bei 85 Grad) ohne das genaue Wachstumstemperatur des Oxids zu erreichen, zeigte er sein Talent in sozialer Technik, indem er die Intel-Produktion anrief und nach der Temperatur fragte, bei der ihre Öfen arbeiten. Erstaunlicherweise wurde ihm die genaue Zahl ohne Zögern mitgeteilt – 830 Grad. Bingo! Natürlich konnten solche Tricks nicht ohne negative Folgen bleiben.

Der erste Rechtsstreit

Anfang 1981 bereitete sich Intel darauf vor, einen Vertrag zur Herstellung von Prozessoren mit IBM abzuschließen, dem zu diesem Zeitpunkt größten Computerhersteller der Welt. Intel verfügte damals nicht über genügend Produktionskapazitäten, um den Bedarf von IBM zu decken, daher musste man einen Kompromiss eingehen, um den Vertrag nicht zu verlieren. Dieser Kompromiss war ein Lizenzvertrag zwischen Intel und AMD, der es letzterem ermöglichte, Nachbauten des Intel® 8086, 80186 und 80286 herzustellen.

Nach 4 Jahren wurde der neueste Intel® 80386 mit einer Taktfrequenz von 33 MHz und einem Fertigungsprozess von 1 μm (1000 nm) auf dem Markt für Prozessoren mit der x86-Architektur präsentiert. Zu dieser Zeit bereitete AMD ebenfalls einen ähnlichen Chip mit dem Namen Am386™ vor, jedoch wurde die Veröffentlichung aufgrund von Intels kategorischer Weigerung, Daten zur Technologie im Rahmen des Lizenzvertrags zur Verfügung zu stellen, auf unbestimmte Zeit verschoben. Dies war der Anlass für die Klage.

Im Rahmen des Rechtsstreits versuchte Intel zu beweisen, dass die Bedingungen des Vertrages nur für Prozessoren früherer Generationen galten, die vor dem 80386 veröffentlicht wurden. AMD hingegen bestand darauf, dass die Bedingungen des Vertrages es ihr erlauben, nicht nur den 80386, sondern auch zukünftige Modelle auf der Basis der x86-Architektur zu reproduzieren.

Die Rechtsstreitigkeiten zogen sich über mehrere Jahre hin und endeten mit dem Sieg von AMD (Intel zahlte AMD 1 Milliarde Dollar). Das Vertrauen zwischen den Unternehmen war verloren, und der Am386™ wurde erst 1991 veröffentlicht. Dennoch war der Prozessor sehr gefragt, da er mit einer höheren Frequenz arbeitete als das Original (40 MHz gegenüber 33 MHz).

Entwicklung der Konkurrenz

Der erste Prozessor der Welt mit einem hybriden CISC-RISC-Kern und einem mathematischen Coprozessor (FPU), der direkt auf dem gleichen Chip integriert ist, wurde von Intel® als 80486 vorgestellt. Die FPU ermöglichte eine erhebliche Beschleunigung der Gleitkommaoperationen, indem die CPU entlastet wurde. Eine weitere Innovation war die Einführung eines Pipeline-Mechanismus zur Ausführung von Instruktionen, was ebenfalls die Leistung steigerte. Die Größe eines Elements lag zwischen 600 und 1000 nm, und der Chip enthielt bereits zwischen 0,9 und 1,6 Millionen Transistoren.

AMD seinerseits brachte einen voll funktionsfähigen Analogprozessor namens Am486 heraus, der den Mikrocode von Intel® 80386 und den Coprozessor Intel® 80287 verwendete. Dies führte zu zahlreichen Rechtsstreitigkeiten. Das Gerichtsurteil von 1992 bestätigte, dass AMD die Urheberrechte am Mikrocode der FPU 80287 verletzt hatte, wonach das Unternehmen begann, seinen eigenen Mikrocode zu entwickeln.

Nachfolgende Gerichtsverfahren bestätigten oder bestritten die Rechte von AMD zur Nutzung des Mikrocodes von Intel®. Der Oberste Gerichtshof des Bundesstaates Kalifornien setzte schließlich einen Schlussstrich unter diese Fragen und erkannte das Recht von AMD zur Nutzung des Mikrocodes 80386 als illegal an. Dies führte zur Unterzeichnung eines Abkommens zwischen beiden Unternehmen, das AMD dennoch erlaubte, Prozessoren zu produzieren und zu verkaufen, die den Mikrocode 80287, 80386 und 80486 enthielten.

Die anderen Akteure auf dem x86-Markt wie Cyrix, Texas Instruments und UMC versuchten ebenfalls, den Erfolg von Intel zu wiederholen, indem sie funktionsfähige Kopien des Chips 80486 herausbrachten. Sie scheiterten jedoch letztendlich. UMC zog sich nach einem gerichtlichen Verkaufsverbot für ihre Green CPU in den USA aus dem Rennen zurück. Cyrix konnte keine lukrativen Verträge mit großen Herstellern abschließen und war zudem in Rechtsstreitigkeiten mit Intel über die Nutzung patentierter Technologien verwickelt. So blieben Intel und AMD die einzigen Marktführer im x86-Segment.

Steigerung der Geschwindigkeitsentwicklung

Im Bestreben, die Vorherrschaft zu erlangen, strebten sowohl Intel als auch AMD danach, maximale Leistung und Geschwindigkeit zu erreichen. So überschritt AMD als erstes Unternehmen der Welt die 1-GHz-Marke und brachte seinen Athlon™ (37 Millionen Transistoren, 130 nm) auf Basis des Thunderbird-Kerns heraus. Zu diesem Zeitpunkt hatte Intel mit Instabilität des zweiten Level-Caches bei seinem Pentium® III auf Basis des Coppermine-Kerns Probleme, was zur Verzögerung der Produkteinführung führte.

Ein interessanter Fakt ist, dass der Name Athlon aus dem Altgriechischen stammt und als „Wettbewerb“ oder „Schlachtfeld, Arena“ übersetzt werden kann.

Ebenso erfolgreiche Meilensteine für AMD waren die Einführung des Dual-Core-Prozessors Athlon™ X2 (90 nm) und zwei Jahre später der Quad-Core Opteron™ (65 nm), bei dem alle 4 Kerne auf einem einzigen Chip gewachsen sind und nicht aus 2 Chips mit jeweils 2 Kernen bestehen. Gleichzeitig brachte Intel seine berühmten Core™ 2 Duo und Core™ 2 Quad heraus, die im 65-nm-Technologieprozess hergestellt wurden.

Mit der Erhöhung der Taktraten und der Anzahl der Kerne wurde die Notwendigkeit, neue Fertigungstechnologien zu erschließen und auf andere Märkte zuzugreifen, akut. Der größte Deal der AMD-Unternehmensgruppe war der Kauf von ATI Technologies für 5,4 Milliarden Dollar. Dadurch trat AMD in den Markt für Grafikbeschleuniger ein und wurde zum Hauptkonkurrenten von Nvidia. Intel hingegen erwarb eine Tochtergesellschaft von Texas Instruments sowie das Unternehmen Altera für 16,7 Milliarden Dollar. Das Ergebnis war der Eintritt in den Markt für programmierbare Logik-Integrationsschaltungen und SoCs für Verbraucher-Elektronik.

Bemerkenswert ist, dass AMD seit 2009 auf die eigene Fertigung verzichtet hat und sich ausschließlich auf die Entwicklung konzentriert. Moderne AMD-Prozessoren werden in den Produktionsstätten von GlobalFoundries und TSMC hergestellt. Intel hingegen entwickelt weiterhin seine eigenen Produktionskapazitäten für Halbleiterelemente.

Seit 2018 gibt es neben dem direkten Wettbewerb auch gemeinsame Projekte der beiden Unternehmen. Ein auffälliges Beispiel ist die Einführung der Intel® Core™ Prozessoren der 8. Generation mit integrierter Grafik von AMD Radeon™ RX Vega M, wodurch die Stärken beider Unternehmen vereint wurden. Diese Lösung wird es ermöglichen, die Größe von Laptops und Mini-Computern zu verringern, während gleichzeitig die Leistung und die Akkulaufzeit erhöht werden.

Fazit

In der gesamten Geschichte beider Unternehmen gab es viele Episoden von Meinungsverschiedenheiten und gegenseitigen Vorwürfen. Der Kampf um die Vorherrschaft dauerte ununterbrochen an und setzt sich bis heute fort. In diesem Jahr haben wir ein bedeutendes Update der Intel® Xeon® Scalable Prozessoren gesehen, über das wir bereits berichtet haben, in unserem Blog, und nun ist es an der Zeit für AMD, die Bühne zu betreten.

Bald werden die neuen AMD EPYC™ Rome-Prozessoren in unserem Labor eintreffen. Erfahren Sie mehr über ihre Ankunft als Erste.

Quelle: habr.com