Athlon_4

**Athlon** 是美國 AMD 公司的一種為 x86 計算機平台而設的微處理器，也是 AMD 最為成功的微架構之一，其研發負責人是前 AMD 執行長 Dirk Meyer。其中文官方名稱為「**速龍**」。第一款 Athlon 處理器屬於 AMD 的第七代（K7），與當時英特爾的 Pentium III 處理器競爭，及後出現 Athlon XP、MP 等。現時最新的 Athlon 處理器有屬於 Zen 架構的 Athlon APU 系列。

## Athlon 發展史

第一款 Athlon 處理器於 1999 年 6 月 23 日首度亮相，其名稱取自田徑運動的「十項全能」 (Decathlon)。首批處理器的時脈介於 500 到 700 MHz 之間，其插槽為 Slot A，核心修訂版本是 "K7"，延續它家族中前輩 K6 處理器的命名規則。並帶有 512 KB 的半速 L2 cache，及後搶在 Intel 之前推出 1Ghz 處理器的版本。AMD 首席研發工程師 Chen Chih-Jye（陳志傑）於 1998 年 8 月提出 Slot A 的橋接邏輯，隨後次年就正式量產，這些處理器使用插槽，與 Pentium II 的 Slot 1 相似，但兩款插槽並不相容（反轉 180 度）。

從內部而言，Athlon 是完整的第七代 x86 處理器。也是同類型 K7 處理器中的首位。這個微處理器是由 AMD 工程師和新雇用其它的 DEC 工程師聯合開發的，而數年之後這群外來的工程師無一例外的成為 AMD 的絕對核心研發團隊。所以融合 AMD 以前的 CPU 和 DEC Alpha 21264 處理器的技術。正如 AMD 的 K5 和 K6 處理器，Athlon 是一個 RISC（精簡指令集）的微處理器，能夠即時解譯 x86 指令到她自己的內部指令。Athlon 是一個突破傳統的設計，她利用 DEC Alpha EV6 架構和 DDR（雙倍資料傳輸率）技術。儘管 Athlon 開始只有 100MHZ 外頻，但是 DDR 技術連接到匯流排方式可以提供比 Intel GTL + 匯流排（為奔騰 III 使用）更高的頻寬。
AMD 設計的這個 CPU 提供更加穩定的 x86 指令編譯相容性，使她可以同時處理更多的資料。Athlon 的 CISC（相對 RISC 而言，複雜指令集）－RISC 三組解譯器在理想狀態下，能夠每個時脈周期解碼 6 個 x86 指令操作，不過在現實中不太可能實現。關鍵分支預測器（Critical Branch Predictor Unit）相比 K6 處理器得到增強，這是因為 Athlon 更長的管線使得高精確的分支預測成為必要，否則將會導致使效能下降的管線延遲。而長管線設計使得高頻更容易實現。反觀短管線的 K6－III＋即使使用 180nm 製程，主頻最高也只能達到 570MHZ，而 Athlon 可以比她高得多。

AMD 也憑藉著 Althon 的超級管線浮點運算單元結束長期以來 AMD 處理器浮點運算能力差的尷尬，反而凌駕於對手 INTEL 處理器之上。每個 Athlon CPU 內部整合 3 個浮點運算單元，每個單元都能夠自己選擇計算最佳類型的指令，為使用率高的指令提供冗餘。由於擁有多個單元，同時執行多條浮點指令成為可能。這種浮點運算單元的推出對 AMD 來說無疑是一個巨大的前進。反觀 K6 的浮點運算單元相比 Intel P6 架構的弱勢，新的 Athlon 浮點單元甚至令奔騰 III 處於下風。AMD 為 Athlon 添加一個修訂過的 3DNow! 多媒體指令集，叫做「增強 3DNow!」，新添加 DSP 指令集和一些 Intel SSE 指令集中有關擴充 MMX 的指令。

Athlon 有兩個不同的快取。一級快取的容量突破 x86 的歷史紀錄 —— 分離的 128KB 的 2 路關聯快取，其中 64KB 用於儲存指令，另外 64KB 用於儲存資料。相當於 K6 一級快取的兩倍，奔騰 II 和 III 的 4 倍。正如 Intel 奔騰 II 和以「Katamai」為代號的奔騰 III，Athlon 也有 512KB 的二級快取。不過此二級快取不是封入 CPU 內部的，而且在比 CPU 低的速度下運作。它插在一個 64 位元的匯流排上，類似於 AMD 的 K6-III 和 Intel 的奔騰 Pro。此 64 位元的匯流排允許 CPU 同時存取快取和記憶體，因此極大地提高效率和頻寬。改善在 K6-2 架構中，由於二級快取和記憶體共享前端匯流排而造成效率低下的問題。開始這個二級快取被設定為 CPU 主頻的一半，後來又在某些 Slot-A 處理器上設為 2/5（最高 850MHz）或者 1/3（最高 1GHz）。一個 1.0 GHz 帶有擴充快取的 Slot-A Athlon CPU，如果其倍頻器設為 1/2，其晶片組就要執行在 500 MHz 下。但是那時候的 SRAM 不能達到這種速度，這是由於快取晶片的技術限制和高速執行快取所造成的複雜的延遲兩方面原因造成的。之後的 Athlon 處理器就好像奔騰 III 的做法一樣，把二級快取封裝入核心，使它可以執行在更高的速度。在「雷鳥」之前的 Athlon 使用把一級快取的資料複製到二級快取的包含式快取方案，這是與 Intel 處理器的做法是一樣的，不過不同於日後的 AMD 處理器。

採用 Slot－A 介面的 Athlon 是首個鎖倍頻的 AMD CPU。這麼做的一部分原因是由於有些不良商家把舊 CPU 修改倍頻，重新打磨後再出售，這種行為被稱為 Remark。全球都出現這種情況。舊的 CPU 能夠根據使用者的主機板設定在任何頻率下運作，客觀上使得打磨 CPU 的製作易如反掌。這些打磨過的 CPU 超頻的時候也沒有都經過合適的測試，因此不穩定。這損害 AMD 的名聲。儘管 Athlon 鎖倍頻，但是某些技術狂人最後還是發現只需要在 CPU 的 PCB 板上的「金手指」加裝一個破解裝置即可調節倍頻和電壓。

自發布開始，Athlon 就是世界上最快的 x86 CPU，此後陸續發布的其它版本 Athlon CPU 自 1999 年 8 月到 2002 年 1 月繼續保持領先優勢。Athlon 幾乎在各個方面打敗 Intel 的奔騰 III 處理器，即使與數年後最好的基於 Netburst 架構的奔騰 4 處理器在某些方面也能夠並駕齊驅。

在商業領域，早期的 Athlon 取得巨大的成功。這不但是由於它自身的價值使然，也因為 Intel 正在承受產能、設計和品質控制等問題的困擾 —— 特別是從 1999 年開始，2000 年中結束的向 0.18 μm 製程過渡中所出現的混亂。另外奔騰 III 部分的產能的嚴重低下也為 AMD 製造機會。而 AMD，相反地，非常成功的實現製程的平滑過渡，產能充足，Athlon 的銷售業績不斷上升。不少 Intel 的老顧客為 Athlon 良好的效能和合理的價格所吸引；而可能成為 AMD 持股人的前景更成為他們不可抵抗的誘惑。這種巨大的需求直接導致 AMD 停止生產 K6-III CPU。

## Athlon Thunderbird

AMD 於 2000 年 6 月發布了 "**Thunderbird**" 核心的 Athlon 處理器，由其核心英文含義而被俗稱為「雷鳥」。該系列的 Athlon 處理器以 0.18 微米工藝製造，並率先使用較為先進的銅互連工藝，但卻使用了較為落後的陶瓷封裝。此系列有 100 MHz 和 133 MHz 兩種外頻的型號，頻率從 650 MHz 到 1400 MHz，帶有 256 KB 的全速 L2 cache，使用 Socket A 介面。

隨後 AMD 發布了在該系列 Athlon 基礎上簡化而來的面向低階市場的 Duron 處理器。

## Athlon MP

這是 AMD Athlon 系列中，支援兩顆或更多 CPU 運算的 CPU。她和 Althon XP 的區別是支援多一顆或以上的 CPU 。官方支援的晶片組有支援兩顆 CPU 的 AMD-760MP 和 AMD-760MPX。

## Athlon XP

Athlon XP 是 AMD 在 Thunderbird 核心的 Athlon 基礎上改進而來，前後共發布了 **Palomino**、**Thoroughbred**、**Barton**、**Thorton** 四種核心的 Athlon XP，同樣使用 Socket A 介面，卻改用更為先進的 OPGA 封裝。並在這一系列處理器上 AMD 重新使用了 PR 值來標稱處理器效能。

* **Palomino** 採用 0.18 微米工藝製造，採用 133 MHz 外頻，帶有 256 KB 的全速 L2 cache，該系列 PR 值為 1500 + 至 2100 + 之間。
* **Thoroughbred** 採用 0.13 微米工藝製造，帶有 256 KB 的全速 L2 cache。這一核心的 Athlon XP 細分為早期的使用 A0 步進的版本和隨後經過改進的 B0 步進版本。A0 版的擁有 133 MHz 外頻，PR 值為 1700 + 至 2200 + 之間。隨後的 B0 版擁有 133 MHz 和 166 MHz 兩種外頻的型號，PR 值為 1700 + 至 2800 + 之間，其中 B0 版的 1700 + 和 1800 + 曾一度在零售市場上幾乎完全壓制住了 INTEL 的 CELERON 處理器。
* **Barton** 採用 0.13 微米工藝製造，帶有 512 KB 的全速 L2 cache，擁有 166 MHz 和 200 MHz 兩種外頻的型號。PR 值為 2500 + 至 3200 + 之間。
* **Thorton** 是在 Barton 的基礎上簡化而來。同樣採用 0.13 微米工藝製造，擁有 133 MHz 外頻，但只帶有 256 KB 的全速 L2 cache，有 2000+、2200+、2400 + 三種型號。

## Athlon 64

**Athlon 64** 處理器是一款 64 位元微處理器，代號為 ClawHammer，於 2003 年 9 月 23 日發佈。第一款的型號是 Athlon 64 3200+，實際時脈為 2.0 GHz，使用的插座是 Socket 754。

Athlon 64 分為 64、X2 和 64-FX 三種不同版本，當中以 Athlon 64 FX 的效能較前者為強大，與 Opteron 相似。Athlon 64 除支援 AMD64 外，還相容 16 位元和 32 位元的 x86 平臺。

## Athlon X2

Athlon X2 是 AMD 的雙核心處理器，為了與當時 Intel 的 Pentium D 處理器進行競爭，由於核心功耗相對 Pentium D 處理器為低加上效能突出，處理器讀取記憶體無須像對手一般需經過北橋，當時成為最具效能的 x86 處理器架構。

## Athlon II

Athlon II 是 AMD 的 45nm 多核中央處理器產品系列之一，2009 年推出，有 2、3 和 4 核心版本，全部均是 45nm 製程，以廉價市場作為定位，也作為 Phenom II 處理器系列的另一選擇。

## Athlon APU

採用 Socket FM1 插座或 Socket FM2 插座的 Athlon x4 採用四核心設計，不整合 GPU。

另有低功耗 Athlon，2014 年推出，以廉價及低功耗市場作為定位，4 核心、28nm 製程及 25W 熱設計功耗，整合 AMD Radeon R3 圖形處理器，整合北橋和南橋，使用 Socket AM1 插座。

## Zen Athlon

於 2018 年推出的 Zen Athlon，採用 Zen 微架構，主要面向低階家用市場，競爭產品是 Pentium 和 Celeron。採用雙核四執行緒、整合 GPU 設計。中高階產品則是 AMD Ryzen。

## 優點與缺點

AMD 比起英特爾，產品價格較便宜，在早年 Athlon 64 和 Athlon 64 X2 效能、功耗上優於 Intel 的 Pentium 4 和 Pentium D，但 Intel 於 2006 年推出 Core 2 並成功反擊 AMD。

## 參見

* AMD Athlon 處理器列表
* AMD Athlon XP 處理器列表
* AMD Sempron 處理器列表
* AMD Athlon 64 處理器列表