애슬론

애슬론(Athlon)은 미국 AMD사에서 만든 제7 세대의 중앙처리장치의 1 시리즈이다.
최초의 애슬론, 즉 애슬론 클래식은 "제7 세대" x86 프로세서 중 최초의 것이었다. 애슬론이 처음 나왔을 무렵부터 상당 기간, 애슬론은 인텔의 동급 CPU보다 성능이 우월하였다. AMD는, 애슬론이라는 브랜드 이름을 애슬론 64로 계승시켜 나갔는데, 애슬론 64는 x86-64 (AMD64) 기술을 적용한 8세대 프로세서였다.
1999년 6월 23일, 애슬론은 시장에 첫 선을 보였다. 애슬론은 데카슬론(decathlon)의 줄임말이었는데, 이는 "우승자/혹은 경기의 우승 트로피"를 의미하는 고대 그리스어였다.

배경

AMD의 전직 CEO이자 창업주인 제리 샌더스는 1990년대 후반, K6 아키텍처의 성공을 기반으로 하여 PC 시장에서의 AMD 사의 점유율을 높이고자, 전략적 합작을 추구하였다. 그 중 주요한 파트너십은 1998년 발표된 AMD와 반도체 업계의 거목 모토로라와의 합작이었다. 이 합작 발표에서, 제리 샌더스는 이 합작의 목적이 "가상의 고릴라"을 만들어서 재정적으로 불리하여 새로운 설비를 쑥쑥 만들어나갈 수 없는 AMD로 하여금 인텔과 반도체 제조 역량 면에서 경쟁할 수 있도록 하는 것이라고 언급하였다. 이 합작은 공동으로 구리 반도체 기술을 개발해 나간다는 항목을 포함하고 있었다. 이것은 K7의 생산 프로세스에서 결정적인 역할을 해냈다.
1999년 6월, AMD는 애슬론 (K7) 프로세서를 출시하였다. 애슬론 프로세서의 디자인 팀은 더크 메이어가 이끌었다. 그는 알파 프로세서 프로젝트의 수석 디자이너 중 하나였다. 제리 샌더스는, DEC가 그 프로젝트를 무효화하자, DEC 엔지니어들에게 접근하여 AMD에서 일할 것을 종용하였다. 제리 샌더스는, 엔지니어링 전문가들로 이루어진 팀을 거의 통째로 스카웃해올 수 있었다. 이들은 AMD의 AMD K5 및 AMD K6을 개발했던 노련한 엔지니어들과 조화를 이루었다.
모토로라와 합작함으로써, AMD는 인텔보다 거의 1년 앞서, 구리 연결(interconnect) 제조 기술을 정밀하게 가다듬어 바로 칩을 생산할 수 있을 정도로 만들 수 있었다. 이 개선된 공정을 사용하여 180 나노미터 프로세서를 생산해낼 수 있었다. 부수적으로 다이 크기가 줄어들자(die-shrink), 애슬론이 상대적으로 적은 전력을 소모할 수 있게 됐으며, 그 덕에 애슬론 클럭 속도를 1 GHz까지 높일 수 있었다. 새로운 공정의 수율은 예상 외로 높았다. 2000년 3월까지 칩을 대량으로 생산해냈다.

일반 아키텍처

내부적으로, 애슬론은 완전한 7세대 x86 프로세서이자, 7세대 x86 프로세서 중 최초의 프로세서이다. AMD K5와 K6와 마찬가지로, 애슬론은 x86 명령어를 런타임에 디코드하여 애슬론 고유의 내부 명령어로 바꾸어 실행하는 RISC 마이크로프로세서이다. 애슬론은 아웃-오브-오더 디자인이다. 이 점은 예전의 후반 5x86 AMD CPU와 마찬가지이다. 애슬론은 DDR SDRAM 메모리 기술이 활용된 DEC 알파 EV6 프론트 사이드 버스 아키텍처를 이용하였는데, 이는 100 MHz 애슬론 프론트 사이드 버스는 실제로 200 MHz 싱글 데이터 레이트 버스와 같은 레이트로 데이터를 주고받는 말이 된다. (이를 다시 말해 200 MT/s (초당 트랜스퍼)라고 일컫는다.) 당시 SDR 100내지 133 MHz 버스를 사용하던 인텐의 펜티엄 III와 비교해 보면, AMD 쪽이 훨씬 향상된 것이었다.
AMD는 K6보다 더욱 강건한(robust) x86 명령어 디코딩 성능을 내도록 CPU를 디자인하였다. 한 번에 취급 중인 데이터(data in-flight)를 더 많이 갖고 있을 수 있도록 하였다. 애슬론의 CISC 투(to) RISC 디코더 트리플릿(triplet)은 한 클럭 당 최대 6개의 x86 명령어를 디코딩할 수 있었다. 비록 현실 세계(real world)에서는 잘 일어나지 않는 일이지만 말이다. 파이프라인을 유휴 없이 사용하게 만드는 데에 결정적인 역할을 하는 중요한 분기 예측 장치(critical branch predictor unit)는 K6에 들어간 것보다 향상된 것이었다. 빠른 클럭 속도를 내기 위해 더 깊이 있고 더 많은 단계를 갖춘 파이프라이닝을 하였다. 반면에 180 nm 공정에서도, AMD K6-III+는 겨우 570 MHz를 기록했을 뿐인데, 이것은 파이프라인이 짧았기 때문이었다. 애슬론은 이것보다 훨씬 향상되었다.
애슬론이 나오기 이전까지는, 오랫동안 부동 소수점 x87 처리 성능은 AMD가 인텔에 뒤진다고 알려져 왔다. 하지만 AMD는, 애슬론에 와서, 꽤 인상적인 슈퍼-파이프라인드, 아웃-오브-오더(out-of-order), 트리플-이슈(triple-issue) 부동 소수점 장치를 구현함으로써 이 논란을 불식시켰다. 부동 소수점 장치의 세 유닛(unit) 각각은 약간의 리던던시(redundancy)를 가지면서 최적화된 종류의 명령어를 수행할 수 있도록 딱 맞추어졌다. 분리된 장치들을 가지게 됨으로써, 한 클럭 당 한 개 이상의 부동 소수점 명령어를 수행할 수 있게 되었다. 이 FPU는 AMD에서는 엄청난 발전이었다. K6 FPU는 인텔 P6 FPU에 비해서는 뒤쳐졌었으나, AMD는 애슬론을 출시함으로써 인텔을 앞설 수 있었다.
애슬론에는 3DNow! 부동 소수점 SIMD 기술이, 역시, 들어가 있었다. 약간의 변경(revision)을 거친 것이었으며, 이름은 "인핸스트 쓰리디나우!"(Enhanced 3dNow!)로 바뀌었다. 추가적으로 디지털 신호 처리(DSP) 명령어와 인텔 SSE의 서브셋인 확장-MMX (extended-MMX)의 구현이 들어가 있었다.
애슬론의 온보드 CPU 캐시는 전형적이게도 L1, L2 두 개의 레벨(level)로 구성되어 있다. 애슬론은 128 KiB 스플릿(split) 레벨 1 캐시를 갖춘 최초의 x86 프로세서였다. 2-웨이 어소시에이티브 캐시(나중에는 16-웨이가 됨.)는 각각 데이터와 명령어를 위한 2×64 KiB로 나뉘었다(하버드 아키텍처). 이 캐시는 K6에 들어간 크기(2×32 KiB 캐시를 갖춤)의 두 배였으며, 펜티엄 II 및 III에 들어간 2×16 KiB L1 캐시의 네 배 크기였다. 초창기 애슬론(애슬론 슬롯 A, 나중에 애슬론 클래식이라는 이름이 붙음)은 512 KiB짜리 레벨 2 캐시를 사용하였다. 이는 CPU와 분리되어 있었고, 프로세서 카트리지 보드(cartridge board)에 붙어 있었으며, 코어 속도의 33% 내지 50%의 속도록 동작하였다. 250 nm 제조 공정이 비용 대비 효용이 높은(cost-effective) 다이 크기를 유지하면서 온-다이 캐시를 허용하기에는 너무 컸기 때문이었다. 이후, 애슬론 CPU는 작아진 제조공정 덕분에 낮아진 트랜지스터 제조 단가 덕을 봤다. 요컨데, 180 nm 및 130 nm 제조 공정 덕분에 온-다이 L2 캐시는 풀 CPU 클럭 속도에서 동작하는 캐시가 되었다.

애슬론 XP/MP

성능적인 면에서, 선더버드는 라이벌이었던 펜티엄 III를 완전히 물리쳤다. 초창기 펜티엄 4도 성능 측면에서 저만치 뒤떨어져 있었다. 하지만 펜티엄 4도 성능이 점점 향상되어갔다. 1.7 GHz P4 (2001년 4월)가 발매되고 나서는 선더버드가 더 이상 성능적인 우위에 있다고 말하기가 어려워졌다. 선더버드 디자인에, 열 발생과 전력 소모 이슈가 있어서 선더버드로 하여금 1400 MHz 이상의 클럭으로 동작하게 하는 것은 사실상 어려웠다. (1400 MHz 클럭에서조차도 좀 뜨거웠다.)

모바일 애슬론 XP

모바일 애슬론 XP(Athlon XP-M)는 보통의 애슬론 XP와 동일한 프로세서로서, 낮은 전압에서 동작하고, 대개 낮은 버스 속도에서 동작하며, CPU 배수 잠금이 되어 있지 않다는 점에서만 차이나는 프로세서였다. 낮은 Vcore 전압 덕분에, CPU는 전력 소모를 줄일 수 있었으며(축전지로 동작하는 랩탑 컴퓨터에 알맞다.) 발열을 줄일 수 있었다. 애슬론 XP-M CPU는 또한 높은 정도의 발열 허용 범위(tolerance)를 갖고 있었는데, 이는 노트북 PC에서는 꽤 타이트한 요구 조건 사항이었다.
애슬론 XP-M은 예전의 모바일 애슬론 4를 대체하였다. 모바일 애슬론 4는 구식 "팔로미노" 코어를 사용하고 있었다. 애슬론 XP-M은 "쏘로브레드"나 "바톤" 코어를 사용하였다. 일부 저-전력XP-M은 일반적인 소켓 A 대신 마이크로PGA 소켓 563을 사용하였다.
예전의 모바일 K6+ 프로세서들처럼, 애슬론 XP-M은 저전력 소모를 위한 동적 클럭 조정이 가능하였다. 시스템인 유휴 상태에 진입하면, CPU 클럭 자체가 낮은 버스 배수(multiplier)를 이용해 낮아지며, 전압도 낮아진다. 이후, 프로그램이 다시 계산을 요구하는 작업을 시작하면, CPU는, 요구를 들어주기 위해, 재빨리 (약간의 레이턴시는 있음) 중간 정도 혹은 최대의 속도를 낸다. 이 기술은 "PowerNow!"라는 이름으로 마케팅되었다. 인텔의 스피드스텝 전력 절감 기술과 비슷했다. 이 기능은 CPU, 바이오스 및 운영 체제에 의해 제어되었다. AMD는 나중에, K8 기반 CPU ( 애슬론 64 등)에 와서, 이 기술을 Cool'n'Quiet라는 이름으로 바꾸었는데, 데스크톱 PC에도 사용되도록 꾸민 것이었다.
애슬론 XP-M은 언더클럭킹 뿐만 아니라 데스크톱 오버클럭킹에 사용되어 인기 있었다. 낮은 전압 요구 사양과 높은 발열 레이팅 요구 사양을 만족시키기 위해 CPU가 제조 라인에서 좋은 것이 골라져 나왔기 (체리 피킹) 때문이었다. 제조 라인 중 가장 좋은 코어만 골라져 나온 덕분에, 이 CPU들은 (데스크톱쪽 CPU들보다) 더 믿음직하게 오버클럭될 수 있었다. 또한, 단일 배수(multiplier)로 잠금되어있지 않았기 때문에, 오버클럭킹 절차도 간단하였다. 일부 애슬론 XP-M "바톤" 코어는 최대 3.1 GHz까지 오버클럭될 수 있었다.
애슬론 XP-M은 또한 언더클럭킹 기능애문에 선호되었다. 언더클럭킹은 기본적으로 주어진 클럭 속도에 대해 CPU가 안정되게 작동할 수 있는 최소의 전압 Vcore를 찾는 일이다. 애슬론 XP-M CPU는 데스크톱 버전보다 비교적 낮은 전압에서 동작하였다. 이러한 까닭들 때문에, 고성능이자 저전력 CPU였던 애슬론 XP-M CPU는 홈 씨어터 PC 등에 많이 쓰였다.