Athlon Thunderbird (soquete A)

Com exceção dos K6-2, que foram vendidos em enorme quantidade e por isso ainda vão demorar para serem aposentados completamente, o Thunderbird é provavelmente o processador AMD mais antigo que você ainda encontrará em uso. O Athlon original era caro e foi produzido em quantidades limitadas, devido às dificuldades da AMD em produzir os processadores e obter chips de cache L2 em volume suficiente. Foi a partir do Thunderbird que a AMD passou a ter um produto realmente competitivo.

As primeiras séries do Athlon slot A (codenome K7), produzidas em versões de 500 a 700 MHz foram ainda produzidas em uma antiquada técnica de 0.25 micron, que limitava pesadamente a frequência de operação do processador. A partir de novembro de 1999, o Athlon passou a ser produzido em uma técnica de 0.18 micron (codenome K75), dando origem às versões de até 1.0 GHz.

A Athlon Thunderbird ainda é produzido em uma técnica de 0.18 micron, mas ele traz como grande destaque o uso de cache L2 integrado, um verdadeiro divisor de águas, que além de melhorar o desempenho do processador, baixou os cursos de produção (e consequentemente o preço de venda), permitiu o lançamento de versões com clock mais elevado e, ainda por cima, permitiu o lançamento do Duron, que rapidamente substituiu os antigos K6-2 no posto de processador de baixo custo.

O Thunderbird possui apenas 256 KB de cache L2, contra 512 KB do Athlon antigo. A grande diferença é que nele o cache é integrado diretamente no núcleo do processador e opera sempre à mesma frequência que ele, o que resulta em um ganho de desempenho muito grande. O cache L2 é complementado por mais 128 KB de cache L1, que também opera à mesma frequência do processador, mas oferece tempos de latência mais baixos.

Em um Athlon slot A de 1.0 GHz, o cache L2 opera a apenas 333 MHz (1/3 da frequência do processador), enquanto em um Thunderbird da mesma frequência, ele opera a 1.0 GHz. Esta brutal diferença na frequência do cache paga com juros a perda resultante da diminuição do tamanho, fazendo com que o Thunderbird seja mais de 10% mais rápido que o modelo antigo.

Outra diferença importante com relação ao cache do Thunderbird é que ele passou a ser “exclusivo” ao invés de “inclusivo”, como no Athlon antigo. Isso faz com que o cache L1 armazene sempre dados diferentes dos armazenados no cache L2, fazendo com que o processador realmente armazene 384 KB de informações em ambos os caches. No cache inclusivo o Athlon antigo, o cache L1 armazenava cópias de dados já armazenados no cache L2, fazendo com que o processador armazenasse um total de 512 KB de dados em ambos os caches:

Com a simplificação no design do processador, o formato de cartucho deixou de ser necessário, de forma que a AMD voltou a utilizar um encaixe em formato de soquete, dando origem ao soquete A (também chamado de soquete 462), utilizado na segunda geração de placas para o Athlon.

Ao contrário da Intel, que permitiu uma migração suave do slot 1 para o soquete 370, desenvolvendo adaptadores e vendendo processadores em ambos os formatos durante algum tempo, a AMD optou por fazer uma migração abrupta, substituindo os processadores slot A pelos soquete A rapidamente.

Esse movimento foi coordenado com os fabricantes de placas, que retiraram rapidamente as antigas placas slot A do mercado e passaram a vender apenas as placas soquete A:

Como você pode ver, o Thunderbird não utiliza nenhum tipo de proteção sobre o núcleo do processador. Isto melhora a dissipação do calor (já que não existem intermediários entre o processador e o cooler), mas em compensação torna o processador muito mais frágil.

É preciso ter cuidado redobrado ao instalar o cooler, para não trincar o núcleo do processador e você não deve jamais ligar o micro sem encaixar o cooler corretamente, pois isso vai literalmente torrar o processador. Não caia na tentação de “ligar o micro só pra testar” antes de encaixar o cooler, pois depois de “testar” você vai precisar comprar outro processador… 🙂

Em termos de performance, o Thunderbird supera um Pentium III Coppermine do mesmo clock na maioria das aplicações, principalmente em jogos e aplicativos que privilegiam o desempenho do coprocessador aritmético (invertendo as posições em relação à época do K6-2). Em alguns testes o Pentium III era mais rápido, mas no geral o Thunderbird se mostrava superior, apesar de ser mais barato.

O verdadeiro concorrente do Thunderbird não foi o Pentium III, que já estava em vias de ser descontinuado, mas sim as versões iniciais do Pentium 4 que, apesar de possuírem um desempenho por ciclo de clock muito inferior, trabalhavam a frequências de clock muito mais altas, competindo na base da força bruta.

Inicialmente o Thunderbird foi lançado em versões de 750, 800, 850, 900, 950 e 1000 MHz, utilizando sempre bus de 100 MHz (200 MHz, se levarmos em conta as duas transferências por ciclo do barramento EV6). Mais tarde, foram introduzidas versões de 1.1, 1.2 e 1.3 GHz (ainda utilizando bus de 100 MHz) e, em seguida, versões de 1.13, 1.2, 1.26, 1.33 e 1.4 GHz, utilizando bus de 133 MHz.

Ao contrário do que temos nos processadores Intel, não existia uma diferença perceptível de desempenho entre as versões do Thunderbird com bus de 100 e 133 MHz, pois as placas da época, baseadas nos chipset VIA KT133 e SiS 730S, eram capazes de trabalhar com a memória operando de forma assíncrona, com uma frequência acima da do FSB. Desta forma, a memória podia trabalhar a 133 MHz, mesmo ao utilizar um Thunderbird com bus de 100 MHz. Como na época eram ainda utilizadas memórias SDR e o barramento EV6 utilizado pelo Athlon realiza duas transferências por ciclo, havia banda mais do que suficiente para absorver os dados enviados pela memória, mesmo a 100 MHz.

Em junho de 2000 foi lançado o Duron, que finalmente substituiu os antigos K6-2 e K6-3 como processador de baixo custo. A versão inicial do Duron, baseada no core Spitfire, é um descendente direto do Athlon Thunderbird. Ambos compartilham a mesma arquitetura (incluindo os 128 KB de cache L1), mas o Duron vem com apenas 64 KB de cache L2, apenas um quarto do usado no Thunderbird.

O Duron foi possivelmente o primeiro processador da história a vir com mais cache L1 do que cache L2. Apesar de incomum, essa configuração de cache funcionava muito bem, graças ao sistema de cache exclusivo introduzido pela AMD no Thunderbird.

Graças a ele, o Duron podia armazenar dados diferentes em ambos os caches, totalizando 192 KB de dados. O Celeron Coppermine, que era seu concorrente direto, possuía 32 KB L1 e 128 KB de cache L2 e utilizava o sistema inclusivo, onde o cache L1 armazenava cópias de dados já armazenados no cache L2. Isso fazia com que o Celeron fosse capaz de armazenar apenas 128 KB de informações em ambos os caches, um volume de dados consideravelmente menor.

O cache L2 do Duron contava com 16 linhas associativas (o mesmo número do Thunderbird), contra 8 do Pentium III e 4 do Celeron. O maior número de linhas de associação melhora bastante a eficiência do cache, agilizando o acesso aos dados gravados e garantindo um melhor aproveitamento do espaço. O grande problema é que o Celeron utilizava um barramento de 256 bits para acesso ao cache L2, enquanto o Duron utilizava um barramento muito mais lento, com apenas 64 bits. Este barramento estreito anulava parte dos ganhos obtidos nos outros quesitos (não apenas no Duron, mas também no Thunderbird).

Outra diferença em relação ao Celeron é que o Duron era realmente um processador diferente, com menos transistores e produzido em fábricas separadas, enquanto o Celeron Coppermine era um Pentium III com metade do cache L2 desativado em fábrica. No início, esse artifício permitiu que a intel aproveitasse um certo número de processadores Pentium III com defeitos no cache, já que podia desativar a parte ruim e vendê-los como Celerons. Entretanto, a partir de um certo ponto, o número de Celerons vendidos passou a superar em muito o número de processadores com defeito, de forma que a Intel precisava realmente produzir um Pentium III completo, arcando com todos os custos, para então desativar metade do cache e vendê-lo como um Celeron.

A partir deste ponto, a estratégia da AMD se revelou mais vantajosa. O Duron Spitfire possui apenas 25 milhões de transistores, contra 37 milhões do Thunderbird, resultando em uma redução quase que proporcional no custo de produção. Os dois processadores eram produzidos em fábricas separadas e, além da questão do cache, existia uma pequena diferença na técnica de produção utilizada em cada um.

A série inicial do Duron, baseada no Spitfire, foi composta por modelos de 550 a 950 MHz, todos utilizando bus de 200 MHz e produzidos utilizando filamentos de alumínio. As primeiras versões, sobretudo os de 600 e 650 MHz, suportavam overclocks generosos, atingindo facilmente os 900 MHz (bastava aumentar a tensão do processador de 1.6V para 1.7V no setup). As versões mais rápidas, por outro lado, trabalham com margens de overclock muito mais estreitas, já que já operam muito mais próximo do limite da arquitetura. O Duron Spitfire de 950 MHz, por exemplo, mal conseguia ultrapassar a barreira dos 1000 MHz com estabilidade.