AMD Athlon vs Pentium 3

Zelfs als je 3 jaar geen 1 PC tijdschrift gelezen hebt, weet iedereen toch dat Intel en AMD beide weer nieuwe processoren uit hebben gebracht. AMD gaat het dit millennium maken met de Athlon en Intel gaat ervoor de Pentium III. De vraag wordt dan natuurlijk:

Welke wordt het?

Ga je voor snelheid, of wordt het een minder dure uitgave om het nieuwe millennium in te gaan.

Zoals ongetwijfeld bekend is, heeft Intel een marktpositie veroverd op de processor markt. Met de komst van de AMD Athlon processor kan hier weleens verandering in komen. Omdat, integendeel tot de AMD K6-2 en AMD K6-III processoren, de Ahlon een waar technisch hoogstandje geworden is, met een superieure FPU cpu, en met veel hogere kloksnelheden dan zijn voorgangers.
Met de 650 MHz versie is de Athlon de snelste in de markt.

Overduidelijk is dus dat AMD klaar om de PC wereld over te nemen en dat doen ze met de snelste processor verkrijgbaar.
Natuurlijk laat Intel dit niet zo makkelijk toe. Intel kan het zich permitteren om de processoren tegen zeer scherpe prijs verkopen. Via deze weg wil Intel de processor-oorlog in een prijsoorlog te veranderen. Wat ook een voordeel van Intel is, is dat de Pentium III al geruime tijd verkrijgbaar is. En Intel heeft in de loop der jaren al een grote en sterke naam opgebouwd.

De AMD Athlon kan rekenmatig veel meer dan de Intel Pentium III.
Het heeft een grotere L1 cache en ook al zijn beide processoren met de zelfde technologie gebouwd, is AMD er echter in geslaagd om een 650 MHz processor te bouwen en Intel komt niet verder dan een 600 MHz versie. Hiermee heeft AMD de race om de kloksnelheden gewonnen.

Als we kijken naar de Athlon processor, dan valt al snel op dat de Athlon erg lijkt op de Slot 1 CPU's van Intel. De Athlon's Slot aansluiting op het moederboard heeft toch meer iets weg van de plastic behuizing van de Pentium II processoren van Intel.
De Pentium II processor is ook aan alle zijden bedekt met plastic. Maar de Athlon processor maakt gebruik van een Slot A interface, terwijl de Pentium III wel gebruik maakt van de Slot 1 interface, hetzelfde als de Pentium II en de eerste generatie Celeron processoren.

AMD introduceert met de komst van de Athlon ook een 200 MHz bus.
Deze maakt gebruik van een zogenaamd EV6 protocol. Hiermee is de Athlon een grote stap vooruit op de 100 MHz bus van Intel Pentium III met diens moederborden. Maar alleen op papier is de Athlon sneller dan de Pentium III. Het moederbord kan dan wel op een 200 MHz snelheid draaien, het geheugen loopt nog gewoon op een 100 MHz snelheid.

Aan de Intel kant wordt ook heel hard gewerkt, Intel introduceerd namelijk een 133 MHz chipset voor de moederborden, dit wordt de i820 chipset. Deze zal ook het 133 MHz SD-RAM ondersteunen, waardoor de Pentium III weer een stapje dichterbij de Athlon komt. De i820 chipset ondersteund ook 4X AGP mode, wat dan samen met de nieuwe generatie AGP videokaarten tot een hele nieuwe norm in video grapics kan worden. De huidige moederborden voor de Athlon kunnen alleen 2X AGP mode ondersteunen, de Ultra ATA-66 ondersteunen ze wel.

De Athlon processor heeft een super PIPELINE, 9 voudige super scaling micro architectuur en is gebaseerd op een 2048 voudige "branch " voorspelling's tabel ,ten opzichte van de 512 "branch" voorspelling's tabel in de Pentium III processoren en alsof dat dan niet genoeg was, heeft de Athlon ook nog een extra snelle en complexe zwevende punt berekingen erbij gekregen, die een fors stuk sneller zijn dan de Pentium III. Heel knap van AMD is ook dat ze 22 miljoen transistoren in de Athlon wisten te proppen. Intel kwam niet verder dan een "schamele" 9 miljoen.


Op een heel ander vlak heeft Pentium III echter een paar stappen winst op de Athlon. Dit is op het prijsvlak en op de verkrijgbaarheid. Intel heeft al het vertrouwen weten te winnen van vele software bedrijven, als wel van veel systeembouwers. vaak zijn in de winkels de Pentium III en Celeron gemakkelijk verkrijgbaar en moeten de Athlon systemen speciaal besteld worden. Iedereen wil graag de snelste processor, maar prijs speelt toch ook vaak een belangrijke rol.

Het grootste probleem met de Athlon processoren zijn de moederborden. In het begin werd gedacht dat AMD niet genoeg processoren kon produceren om aan de verwachte vraag te voldoen.
Nu dit nu niet het geval is, is het wachten op de ASUS, A-open en Gigabyte moederborden die de Athlon volledig ondersteunen.
Maar ondertussen zijn de Pentium III processoren de veel hardwarehuizen stevig ingekocht.Maar die hebben nog geen AMD op voorraad, en de moederborden voor de Athlon zijn nog steeds een fors stuk duurder dan Intel moederborden. En de Pentium III borden kunnen ook de veel goedkopere Celeron processoren ondersteunen, maar een Pentium II past er ook op, en daar is nog steeds veel vraag naar. Hier door is het bouwen van Intel systemen veel interessanter dan Athlon systemen.

Omdat de AMD processor veel geavanceerder is dan de Pentium III, en de chips op het moederbord ook geavanceerder zijn dan de 440 AGP BX van Intel, krijg je ook meer waar voor je geld. Maar omdat de Athlon bijna net zo duur is als een Pentium III en maar een paar MHz sneller is, gaat de keus vaker uit naar een Pentium systeem. De Intel processoren zijn ook makkelijker verkrijgbaar dan de AMD's.

Er is op technisch gebied een groot verschil tussen de Intel en AMD. Kijk maar eens op de bijlage, de technische instructie worden hier onder beschreven en voor zover mogelijk, in het Nederlands vertaald.

Pipelining.

Om dit te vertalen is toch een vrij lange verklaring nodig:
Vergelijk het maar eens met een lopende band, hiermee kan met evenveel mankracht een grotere productiviteit verkregen worden. Simpelweg omdat mensen telkens de zelfde uitvoering van een opgave veel sneller kunnen doen dan als ze telkens een verschillende opdracht zouden krijgen. Bij een processor wordt dan het volgende gebruikt: Het is mogelijk om een rij circuits te ontwerpen die veel sneller kunnen werken, als ze eenvoudige berekeningen moeten uitvoeren, en door de kloksnelheid te verhogen kunnen ze het feit verhelpen dat ze als het niet in een circuit werken veel trager zijn.

Het nadeel van pipelinen is, dat het last heeft van branch prediction, later hier meer over.


De Pentium III is extreem met de pipeline techniek ontworpen,
de "integer pipeline" kan varieren van 12 tot 17 stappen.
De zwevende punt berekeningen wordt soms zelfs opgedeeld in 25 stappen. De Athlon heeft een 10 stappen "integer pipeline".
En een langere zwevende punt cpu, waarbij berekeningen beginnen op stap 11.

Volgens het schema op de bijlage lijkt het alsof de Pentium III het op dit gebied wint, maar schijn bedriegt. Bij de snelheden tussen 500 en 1000 MHz is de pipelining van de Athlon ideaal. De Intel processoren krijgen te veel foutmeldingen bij de Pentium III processoren boven de 500 MHz.

FPU
"zwevende punt berekeningen Unit" (hierna aangeduid als FPU)

Dit is wat AMD een achterstand heeft opgeleverd sinds de komst van de Pentium processoren. Beide AMD, en destijds Cyrix, bleven bij het standpunt dat de meeste gebruikers van computers deze gebruikten voor complexe wiskundige berekeningen, en niet voor 3D toepassingen. Hierdoor hadden de AMD en Cyrix processoren geen FPU. De complexe rekensommen konden de processoren van AMD en Cyrix ook veel sneller dan de Intel's. Helaas voor hen, wilde veel mensen de PC gebruiken voor 3D spellen en het verschil in snelheid van een spreadsheet was niet duidelijker merkbaar dan het verschil met 3D games. Het idee onder de consument bestond dan ook, dat de Intel processoren technisch gezien beter waren dan die van AMD.

In de AMD-K6, is de FPU veel sneller dan de Pentium II, maar alleen als deze een enkele instructie uitvoerd.
Maar de FPU was niet met pipeline ontworpen.
Dus, terwijl de AMD-K6 1 instructie snel had afgewerkt, had de Pentium II de volgende al voorgerekend en klaar staan.
Op deze manier, was de totale snelheid van de trage FPU van de Pentium II toch sneller dan die van de AMD-K6.
Met de Athlon is dit anders, de FPU is volledig ge-pipelined en sneller voor enkele en apart instructies. maar de Athlon heeft ook 3 aparte FPU units voor verschillende berekeningen.

Super-scaler ontwerp

Een computer programma is makkelijk vertaald: "een stroom van machine code instructies". Elke instructie doet iets wat bijdraagt aan het geheel. Maar vaak zat, doet 1 instructie niet iets wat bijdraagt aan de voorgaande instructie. In deze gevallen, als de CPU het toelaat, is het mogelijk ook beide instructie tegelijk uit te voeren. Dit wordt ILP oftewel "instruction level parallism" genoemd.

Om hier gebruik van te maken, hebben moderne CPU's meervoudige uitvoerings banen. Met andere woorden, ze hebben "meervoudige uitvoerings instructie circuits". Dit leidt tot meervoudige uitvoerings pipelines (of lopende banden om het makkelijker uit te drukken), die een instructie van begin tot eind in 1 keer kan verwerken.

Om niet helemaal in uitgebreide en volledig onbegrijpbare details te treden, de Pentium III heeft 5 van deze "MUIC's" waarvan er 2 gereserveerd zijn voor geheugen opslag instructies, de Athlon daarentegen, deze heeft er 9.

Branch Prediction en Instrucie planning

Zoals al eerder besproken was, pipelining en super scaler design, werkt perfect totdat je iets overkomt wat een "branch prediction miss" genoemd wordt.
(baan voorspelling's fout)
Eerst even kijken wat dit precies is;

Het zou echt geweldig zijn als alle programma's zo ontworpen waren dat de cpu alleen maar door de instructies hoeft te gaan in 1 vaste volgorde, en dan klaar met het programma zou zijn.
Maar helaas is dit niet mogelijk door de eenvoudige reden;
programma's moeten beslissingen maken en hier juist op reageren/werken. Dit wordt opgeslagen door stap voor stap het programma af te lopen. Maar dit loopt door de ILP. En sinds we gewend zijn op bergen van deze instructies tegelijk uit te voeren, kan 1 van deze instructies er voor zorgen, dat het programma naar een totaal ander instructie springt, en daarmee het eerder gedane gedeelte en werk compleet wist. En dat kost onnodig veel rekenwerk en tijd. Om dit verschijnsel te minimaliseren , herschikken de CPU's de inkomende instructies in 2 optie's; non-related en non-branching. Natuurlijk, de logica om dit uit te voeren ,vergt wat van de ruimte van de circuits die gebruikt kunnen worden om actuele fouten op te lossen. Maar er is een limit aan het reorganiseren van instructies. De cpu moet dan zelf uitmaken waar deze instructie moet komen,en deze dan in het gehele proces meenemen. Als de keuze verkeerd bleek te zijn ,resulteert dit dan in snelheidsverlies.

Vergeleken met de AMD-K6, gebruikt de Athlon een veel eenvoudige "branch prediction' mechanisme, omdat AMD het gevoel had het ontwerp van de AMD-K6 te technisch was voor de (destijds) te gebruiken software. De Athlon gebruikt een cache (greep) van voorgaande genomen instructie banen. dit kan oplopen tot 2048 instructies met 2048 van deze genomen keuzes. De Pentium III kan in schril kontrast tot de Athlon maar 512 van deze banen nemen.


Instructie decoder

Als eerst geintroduceerd door Nexgen , dat overgenomen is door AMD, maken alle moderne chips (met uitzondering van de door Cyrix ontworpen chips) gebruik van een RISC kern, met een speciale decoder die de x86 code om kan zetten in een RISC operatie (ROP) die de kern aankan. Zowel de Pentium III en de Athlon kunnen 3 van dit soort instructies tegelijk omzetten.
Echter, de decoders in de Pentium III kunnen maar 1 complexe instructie (dit is gelijk aan 1 ROP) aan. De 2 andere instructies die de andere decoders moeten verwerken moeten dan eenvoudig zijn. De Athlon heeft deze beperking niet. Dit wordt ook wel een symmetrische decoder genoemd.

de BUS

Terwijl dit niet een geïntegreerd onderdeel is van de processor, maakt de Pentium III gebruik van een GTL+ bus ,en de Athlon bus gebruikt de Alpha EV6 chipset. Anders dan het feit dat de Athlon bus 200 MHz is, het is ook een" punt tot punt "protocol.
Dit is een groot voordeel bij multi-processing.(soms ook multi-tasking genoemd). Het geeft namelijk elke CPU volledige snelheid, en ongedeelde toegang tot de kern's logica chipset ,en weer tot het moederbord, dat ook weer in verbinding staat met het geheugen enz. Eigenlijk, het 200 MHz gedeelte van dit is niet het grootste voordeel, aangezien het grootste gedeelte van de software, primair op de L2 cache werkt. En dit heeft een lage toegang snelheid tot het geheugen.

L2 Cache

De L2 cache heeft de taak om het grote gat tussen de snelle processor en het geheugen te overbruggen.
Dit is een kleine , high speed geheugen buffer.

De Pentium III heeft een halve CPU snelheid L2 cache , deze is apart van de CPU en heeft 512 Kb grootte.
De Athlon heeft ook een L2 cache die apart is van de CPU, maar deze grootte kan variëren van 512 Kb tot 8 MB!
Maar de snelheid kan ook variëren tot 1/4 ,1/3 ,1/2 en 1 keer de snelheid van de CPU.
Het voordeel is dat AMD de Athlons met verschillende configuraties kan maken, exact op de maat van wat de gebruiker er mee wilt doen.

En dan voor een scherper prijs dan de Pentium III, die heeft namelijk alleen maar de 512Kb versie.

Pre-fetching

CPU's hebben verschillende schema's om er zeker van te zijn dat de L2-cache volgepropt wordt met data,al voor dat het nodig is voor processor om deze te berekenen. (ze kijken dan naar de nieuwe instructies), maar ze kunnen niet altijd alles juist hebben. Daarom is het idee van "pre-fetching" ontwikkeld. Speciale instructies zijn geplaatst in de data-stroom die de data naar de L2 cache voert. Als deze instructies ver van de geheugen gehouden worden, dan zijn enorme prestatie winsten mogelijk.

Beide de Pentium III en de Athlon ondersteunen dit. Maar de Pentium III heeft meer mogelijkheden om dit te doen. Serie nummer en willekeurige nummer generator.

Er is over het serie nummer is veel te doen geweest. Dit is niet het serie nummer op de buitenkant van de processor, maar een uniek nummer in elke processor wat meegestuurd wordt bij het internetten en wat gebruikt kan worden voor E-commerce en andere van dit soort zaken. Dit elektronische serienummer kan softwarematig uitgeschakeld worden. (en weer aan ...)

Een andere aanvulling is het "thermistor "gebaseerde nummer generator. Deze maakt gebruik van de rekenkracht van de PC en kan gebruikt worden om e-mail berichten uniek te coderen. De Pentium III heeft beide opties. SSE en Enhanced 3d now!

Iedereen kent de MMX instructies op de Pentium 166. Athlon wil met de nieuwe instructie set 3DNOW! de belofte waarmaken die met de MMX instructies beloofd werden, en AMD wil een stap verder gaan. MMX hielp niet echt bij 3D applicaties, simpelweg omdat er niet genoeg complexe rekenkracht was , om de berekeningen nauwkeurig uit te voeren. Beide SSE en 3DNOW! leveren zwevende punt SIMD berekeningen. Een SIMD instructie is er een die de zelfde bewerking uitoefent op vele soorten data. "Single Instruction, Many Data.

Van de enhanced 3DNOW! wordt verwacht dat deze meer applicatie -gerichte instructies heeft dan SSE. AMD heeft ook het voordeel dat 3DNOW! langer bestaat dan SSE,en daarom meer ondersteuning heeft van software fabrikanten.

Maar de naam Intel geeft natuurlijk ook genoeg zekerheid om SSE net zo te gaan ondersteunen als 3DNOW! ,als niet meer zelfs .


Conclusie: De Athlon is zoals blijkt, geavanceerder dan de Pentium III.

Dus maar even de voor en nadelen van beide processoren op een rijtje zetten:


AMD Athlon

Voordeel

· de beste presterende x86 processor.
· betere basis voor multi-processing als de dual moederborden uitkomen
· Enhanced 3DNOW! ondersteuning.

Nadeel

· heel complex om moederborden voor te ontwikkelen.
· daardoor ook de verkrijgbaarheid van de moederborden.
· heel lastig om over te klokken.

Intel Pentium III

Voordeel
· vekrijgbaarheid
· SSE ondersteuning
· heel eenvoudig om over geklokt worden.

Nadeel

· prestaties raken achterhaald

Oké, heel veel data over beide processoren, en de een heeft voordelen over de andere. Maar wat niet vergeten moet worden is dat beide fabrikanten een knap staaltje techniek af hebben geleverd. De meeste 3D games kunnen nu software matig sneller en soepeler draaien dan 1 jaar terug alleen hardware matig kon, met behulp van 3D kaarten. En snelheid is enorm tijdgebonden. Wordt namelijk in dit verslag over 600 MHz gesproken, de 733 MHz Pentium III processor is al uit. En de AMD Athlon kan tot 1 GHz komen!

De Athlon wint het met grote stappen van de Pentium III. Als namelijk, een Pentium III dezelfde kloksnelheid heeft als een Athlon, wint de Athlon het met een glansrijke voorsprong.

Het is nu wel duidelijk dat AMD de intentie heeft om marktleider te worden. Intel is dat op dit moment. Zelfs als we naar prijs/kwaliteits verhouding kijken, is de Athlon nog steeds een goede keuze.

Maar als we naar verkrijgbaarheid kijken, wint de Pentium III het. De moederborden zijn eenvoudig verkrijgbaar, en "oude" Pentium II borden kunnen de Pentium III meestal wel aan. er hoeft alleen maar een "bios-update" gedaan worden. De Athlon heeft een andere slot aansluiting,hiervoor moet dan een ander moederbord gekocht worden. En om het kopen van de Athlon ook nog eens een stap lastiger te maken, is dat Athlon moederborden zeldzaam zijn, er zijn op de dag van vandaag maar een handje vol fabrikanten die Athlon moederborden produceren.

De tijd zal het leren.