Evolução do Athlon

O Athlon XP é sem dúvida o mais popular processador usado nos PCs modernos, sobretudo no Brasil. Seu preço é acessível e o desempenho é muito bom. Por outro lado surgem constantemente reclamações de usuários sobre problemas de aquecimento, e até a queima do processador. Procuraremos neste artigo apresentar informações técnicas que permitam o uso correto deste processador, minimizando eventuais problemas.

O primeiro Athlon

O Athlon foi desenvolvido entre 1997 e 1999, época em que reinavam os processadores AMD K6 e K6-2, o Pentium MMX, Pentium II e Pentium III da Intel, e outros com menor participação no mercado, como o Cyrix 6x86MX e o Cyrix M-II. Foi criado por uma equipe de engenheiros da AMD, originária da Digital, que foi um grande fabricante de computadores de médio e grande porte nos anos 80. A Digital havia desenvolvido o processador Alpha, de 64 bits, no início dos anos 90, para uso em servidores e estações de trabalho de alto desempenho. Contratada pela AMD, esta equipe passou a implantar as técnicas avançadas do Alpha em um novo processador para uso em PCs, chamado inicialmente de K7. No seu lançamento, em meados de 1999, foi adotado o nome definitivo: Athlon. Entretanto muitos ainda continuaram chamando este processador de K7. Até atualmente as placas de CPU para Athlon usam nomes como K7xxx.

Figura 1 – Processador Athlon

O Athlon foi inicialmente produzido com o formato de cartucho, muito parecido com o do Pentium II e Pentium III. O uso do cartucho era necessário naquela época para permitir o uso da memória cache L2 bem próxima do processador. Antes disso, a cache L2, chamada também de cache externa, era formada por chips de memória estática (SRAM) na placa mãe, e operava com até 100 MHz. Para usar memórias ainda mais rápidas, era necessário aproximar bem esses chips do processador. A Intel foi a primeira a adotar este recurso, no Pentium II. Um processador da época, operando a 400 MHz, tinha sua cache L2 operando a 200 MHz.

Figura 2 – Interior do cartucho do Athlon

Os dois chips de memória existentes na placa interna do processador Athlon somavam 512 kB. Dependendo da velocidade do Athlon, esta cache L2 operava com a metade, com 2/5 ou com 1/3 da velocidade do núcleo do processador. A tabela que se segue resume as principais características do Athlon:

Figura 3: Slot A para processadores Athlon

Apesar de ser veloz e mais barato que o Pentium III, o processador Athlon demorou um pouco a se tornar popular, por dois motivos. O primeiro era o alto custo das placas de CPU que o suportavam. Não existiam na época, modelos econômicos com vídeo onboard, ao contrário do que ocorria com o Pentium III. Devido ao alto custo da placa mãe, um PC com Athlon acabava sendo mais caro que um equipado com o Pentium III. Outro grande problema foi a fama ruim que a AMD adquiriu entre os usuários na época do K6-2. Aquele era um excelente processador, mas muitos micros que o utilizavam, tinham também placas de CPU de baixa qualidade. Como o seu aquecimento era maior que o do Pentium e Pentium MMX, muitos pequenos integradores produziam micros com o K6-2 sem os devidos cuidados térmicos: usar um cooler de tamanho adequado e acoplado ao processador por pasta térmica. Os micros apresentavam problemas e o processador acabava ficando com a culpa. Lentamente esta fama foi desfeita e os usuários aos poucos começaram a adotar os processadores Athlon.

A AMD classifica seus processadores por números de modelo. O modelo 1, o primeiro a ser lançado, era fabricado com o processo de 0,25 micron. O modelo 2 usava o processo de 0,18 micron.

Os processadores Athlon também eram bem quentes, muito mais que o K6-2 e o Pentium III. A tabela abaixo mostra a dissipação de potência para os modelos que usavam encapsulamento em cartucho. Note que o modelo 2 dissipa bem menos potência que o modelo 1, graças ao seu processo de fabricação com 0,18 micron. Apesar de ser fabricado com 0,18 micron, o modelo 2 ainda tinha cache L2 discreta, ou seja, formada por dois chips de SRAM no seu cartucho.

A potência dissipada pelos Athlons é bastante elevada. Um Pentium III de 933 MHz, por exemplo, dissipava cerca de 28 watts, enquanto o Athlon de 900 MHz dissipava 60 watts, mais que o dobro. Assim como ocorre hoje, naquela época também era necessário usar coolers grandes.

Figura 4 – Identificação do Athlon Modelo 1

A figura 4 mostra os códigos identificadores de um processador Athlon. O código fica estampado na face superior do cartucho. Por exemplo, no código AMD-K7 550 MTR51B C, o significado das letras e números é o seguinte:

550: Indica o clock do processador, podendo ser de 500, 550, 600, 650 e 700 MHz para o modelo 1, e de 550 a 1000 MHz para o modelo 2.

M: Indica o encapsulamento em cartucho (Module)

R: Indicador de temperatura (70ºC)

5: Tamanho da cache L2 = 512 kB

1: Divisor de cache, 1 indica 2:1, ou seja, cache opera com a metade da freqüência do núcleo. As outras opções são 2 (2,5:1) e 3 (3:1) são encontradas somente no modelo 2.

B: Indica clock externo de 200 MHz (100 MHz x2)

C: Não é oficialmente declarado, mas os exemplos dos manuais da AMD indicam que o modelo 1 usa um caracter indicador “C” no final do código, enquanto o modelo 2 usa um indicador “A”.

Figura 5 – Identificação do Athlon Modelo 2

Os significados das letras e números para o modelo 2 são similares às do modelo 1. A principal diferença é o “A” no final, indicador de modelo 2. Observe ainda a indicação “Copyright 1999” para o modelo 1 e “Copyright 2000” para o modelo 2. Observe ainda que para os Athlons com encapsulamento em cartucho, só existe versão de 500 MHz no modelo 1. Entre 550 e 700 MHz existem modelos 1 e 2, e a distinção pode ser feita pelos caracteres A e C finais. Entre 750 e 1000 MHz, só existe modelo 2.

É possível identificar o modelo de um processador Athlon já instalado usando programas como o Hardware Info e o AIDA32. No exemplo da figura 6, vemos que o Hardware Info identificou o processador Athlon de 650 MHz como sendo um modelo 2.

Figura 6 – O programa Hardware Info indica o modelo do processador

Athlon modelo 4 em cartucho

O Athlon modelo 2 foi o primeiro a usar o processo de 0,18 micron, porém ainda com a mesma arquitetura do modelo 1. No final do ano 2000 a AMD produziu o modelo 4, com cache L2 “on die” (embutida no núcleo do processador, e não mais formada por chips de SRAM no cartucho). Esta cache também opera no modo “full speed”, ou seja, com a mesma freqüência que o processador. Todos os processadores modernos possuem cache L2 com essas duas características. O Athlon passou a ser fabricado com encapsulamento PGA, como ocorre com os modelos atuais. Entretanto, para permitir o uso dos novos modelos em placas de CPU com Slot A, a AMD produziu cartuchos equipados com este novo Athlon. A figura 7 mostra os códigos identificadores deste processador. A diferença fundamental é o código identificador do tamanho da cache L2, que passa a ser “2” (256 kB), ao invés de “5” (512 kB).

Figura 7 – Identificação do Athlon Modelo 4 em cartucho

Suporte a processadores em placas com Slot A

Normalmente não existem problemas de compatibilidade em placas de CPU com Slot A. Todas elas geralmente suportam Athlons em forma de cartucho, com até 1000 MHz. Para ter certeza absoluta, verifique esta informação no site do fabricante da sua placa de CPU. Em alguns casos é preciso uma atualização de BIOS, e o fabricante da placa dá as orientações neste sentido, se for o caso. Também quanto à voltagem do processador não há problema. Não existe muita diferença em relação às voltagens internas do processador, variam de 1,6 volts a 1,8 volts, dependendo do modelo. As placas de CPU estão preparadas para gerar a voltagem necessária para o processador, desde que estejam configuradas como voltagem automática. As placas de CPU normalmente oferecem a opção de voltagem manual (indicada para quem faz overclock) e automática, para uso normal. Quando os jumpers indicadores de voltagem estão na opção automática, o regulador de voltagem da placa mãe irá fornecer ao processador a voltagem que for adequada a ele.

Todos os Athlons para Slot A têm FSB de 200 MHz. Portanto todas as placas de CPU com Slot A têm FSB compatível.

Athlon T-Bird (modelo 4)

Em outubro de 2000, a AMD criou o novo Athlon, chamado de Thunderbird (ou T-Bird). Baseado no processo de 0,18 micron, foi o primeiro Athlon a ter sua cache L2 embutida no núcleo. Era chamado de Modelo 4, e tinha encapsulamento PGA. Era necessário usar novas placas de CPU com o novo Socket A (ou Socket 462), ao invés do Slot A, usado até então para os Athlons em forma de cartucho. Ao mesmo tempo uma versão de cartucho do modelo 4 foi lançada para permitir o uso nas placas de CPU já existentes. O Athlon T-Bird foi produzido em versões de 650 a 1400 MHz. Os modelos em forma de cartucho eram mais raros, mais facilmente encontrados nas versões de 850 a 1000 MHz.

Figura 8 – Athlon T-Bird, com encapsulamento PGA.

As primeiras versões do Athlon T-Bird tinham FSB operando a 200 MHz (100 MHz x2). Logo surgiram modelos com FSB operando a 266 MHz (133 MHz x2). As primeiras placas de CPU para o Athlon T-Bird tinham FSB de apenas 200 MHz. Logo surgiram os modelos com FSB de 266 MHz.

O Athlon T-Bird continuava sendo um chip bastante quente. Graças a ele a indústria dos coolers cresceu e prosperou. A tabela abaixo mostra a potência dissipada por cada um dos modelos T-Bird.

O calor gerado pelos T-Birds é muito elevado. O modelo de 1400 MHz dissipa 72 watts, precisa usar um cooler bem grande. A temperatura também é elevada, são 90ºC para os modelos até 1000 MHz e 95ºC para os modelos superiores. Note que essas temperaturas são elevadas porque são medidas diretamente sobre o núcleo do chip. Outros chips que possuem encapsulamentos metálicos sobre o núcleo, como os Athlons em cartucho, admitem temperaturas menores, na faixa de 70ºC. Entretanto esta temperatura não é medida no núcleo, e sim na parte externa do encapsulamento, onde a temperatura é sempre menor. O núcleo é a parte mais quente de um processador. Ainda assim o Athlon T-Bird chegou a um patamar de temperatura jamais alcançado por outros processadores. Nem mesmo é aconselhável operar com temperaturas tão elevadas. A melhor coisa a fazer é manter uma margem de segurança, por exemplo, não deixando que em casos de extrema carga de trabalho, o processador chegue a ficar 10 graus abaixo do limite máximo. Por exemplo, para um chip que suporta 90 graus, devemos garantir um bom sistema de resfriamento para que, ao executar programas pesados, o processador não ultrapasse 80 graus. Em tarefas leves, a temperatura deve ficar entre 50 e 60 graus.

A partir de 1000 MHz, existem modelos com FSB de 200 MHz, outros com FSB de 266 MHz. Existem dois modelos de 1000 MHz, um com FSB de 200 MHz e outro com FSB de 266 MHz. O mesmo ocorre com os modelos de 1200 e 1400 MHz. Apenas indicando o clock interno não é possível saber o FSB. É preciso ler o código identificador do processador para descobrir o FSB, como mostraremos adiante (B=200 MHz, C=266 MHz). Os modelos de 1133 MHz e 1333 MHz têm FSB de 266 MHz, e os modelos de 1100 MHz e 1300 MHz têm FSB de 200 MHz. Esta discussão é importante porque as primeiras placas de CPU para o Athlon T-Bird tinham FSB de apenas 200 MHz. Depois de alguns meses surgiram modelos que suportavam tanto 200 como 266 MHz. Para instalar um T-Bird em uma daquelas primeiras placas, é preciso conseguir um modelo com FSB de 200 MHz.

Programas como o Hardware Info e o AIDA32 podem identificar o tipo de processador, discriminando entre as diversas versões do Athlon. Na figura 9, vemos que o processador foi identificado como sendo um T-Bird, modelo 4.

Figura 9 – O Hardware Info identificou o Athlon T-Bird

Note que o Hardware Info identifica o clock externo em uso, mas não descobre qual é o seu valor correto. Não é capaz de distinguir entre os modelos com FSB de 200 e 266 MHz, por exemplo. Para isso é preciso consultar o código identificador, estampado na face superior do chip. Este código está na face superior do Athlon T-Bird, sobre o núcleo do processador, como vemos na figura 10.

Figura 10 – Identificação do Athlon T-Bird

Após o indicador “A”, temos um número de quatro dígitos que indica o clock em MHz. Para os modelos com encapsulamento PGA, existem versões de 850 a 1400 MHz.

O caracter “A” indica o tipo de encapsulamento, PGA.

O caracter seguinte indica a voltagem do núcleo do processador: M=1,75V e P=1,7V

O próximo caracter indica a temperatura máxima suportada pelo núcleo: S=95ºC e T=90ºC.

O próximo dígito indica o tamanho da cache L2: “3” indica 256 kB.

Finalmente o último caracter indica o FSB. B=200 MHz e C=266 MHz.

O Athlon T-Bird foi produzido com até 1400 MHz. Com seus 72 watts de potência, foi o chip mais quente de sua época. Apenas em meados de 2003 chegaram chips mais quentes, como o Athlon-64, versões mais velozes do Pentium 4, e versões mais recentes do Athlon XP.

AMD Duron (Spitfire)

O Duron é o “irmão mais novo” do Athlon T-Bird. Sua principal diferença é a cache L2, com apenas 64 kB, ao invés de 256 kB. Seu FSB opera sempre com 200 MHz, enquanto o Athlon T-Bird estava disponível também em versões de 266 MHz.

Figura 11 – AMD Duron

O Duron foi lançado em diversas versões. As iniciais eram chamadas de “modelo 3”, com 0,18 micron e FSB operando com 200 MHz. A potência dissipada era inferior à observada no Athlon, e também variava de acordo com a voltagem interna do seu núcleo.

Figura 12 – Identificação do Duron, modelo 3 (Spitfire)

Os primeiros modelos do Duron tinham normalmente o núcleo alimentado com 1,5 volts. A AMD previa variações, chegando até 1,8 volts, mas nem sempre essas previsões eram cumpridas. Da mesma forma, estava prevista uma versão com cache L2 de 128 kB, que não chegou a ser produzida. As características térmicas dessas primeiras versões do Duron eram as seguintes:

Pouco depois do seu lançamento, o projeto do Duron sofreu pequenas alterações. Foram lançados modelos com clocks mais elevados e com voltagem um pouco maior: 1,6 volts, ao invés dos 1,5 volts anteriores. Este pequeno aumento de voltagem era necessário para permitir o seu funcionamento com clocks mais elevados. A identificação desses novos modelos do Duron, ainda considerados “modelo 3”, está indicada na figura 13. Note que foi descartada a previsão de cache L2 com 128 kB. A voltagem interna foi fixada em 1,6 volts. O clock interno ia de 550 a 950 MHz, apesar da previsão inicial ir apenas de 600 a 800 MHz.

Figura 13 - Identificação do Duron, modelo 3 (cont)

A potência dissipada por esses modelos do Duron era um pouco superior à dos modelos anteriores. Esses já operavam com 1,6 volts, enquanto os anteriores usavam apenas 1,5 volts.

Duron modelo 7 (Morgan)

Mais tarde foi introduzido o Duron modelo 7, com clocks a partir de 900 MHz. A voltagem ficou um pouco maior: 1,75 volts. Um indicador “DHD” antes dos dígitos que definem o clock o diferenciam do modelo 3.

Figura 14 – Identificação do Duron modelo 7 (Morgan)

Duron modelo 8 (Applebred)

Mais de um ano depois que o Duron foi descontinuado, uma nova versão (modelo 8). Opera com clocks a partir de 1400 MHz. A principal diferença é o FSB, que agora opera com 266 MHz. Esta nova versão foi criada para concorrer com o novo Celeron da Intel, derivado do Pentium 4.

Figura 15 – Novas versões do Duron a partir de 1400 MHz (Applebred)

Figura 15A – Duron Applebred

Podemos encontrar o Duron Applebred com encapsulamento verde, como o da figura 15A, ou marron, como vemos na figura 15B. Note que a cor do encapsulamento do processador não está necessariamente relacionada com o seu funcionamento. O fabricante pode utilizar materiais diferentes, mesmo em processadores de núcleos iguais.

Figura 15B – Duron Applebred

O Duron modelo é construído com tecnologia de 0,13 micron, e possui a mesma arquitetura da segunda geração do Athlon XP (Thoroughbred).

A dissipação de calor do Duron modelo 8 é inferior à de modelos anteriores, graças ao processo de fabricação de 0,13 microns. Os modelos 3 e 7 eram fabricados com 0,18 micros e geravam mais calor.

Athlon XP modelo 6 (Palomino)

Ao ser lançado, o Athlon era um concorrente do Pentium III, depois passou a ser um concorrente do Pentium 4. O Athlon ultrapassava um pouco o desempenho de um Pentium III de mesmo clock, mas no caso do Pentium 4, a vantagem era ainda maior. Por exemplo, ao operar com 1,4 MHz, o Athlon superava o Pentium 4 de 1,6 GHz. Este foi um dos motivos que levou a AMD a alterar a numeração dos seus processadores. Ao invés de ter uma indicação em MHz, passaram a usar um número que tentava indicar sua equivalência com o Pentium 4. Esta modificação foi feita a partir do Athlon modelo 6, que passou a ser chamado de Athlon XP. Esta foi a primeira família de Athlon XP, também chamada de Palomino.

Figura 16 – Athlon XP Modelo 6 (Palomino)

O Athlon XP veio com alterações na sua arquitetura. O barramento de 266 MHz virou padrão, não foram lançadas versões de 200 MHz, para tristeza dos usuários que possuíam placas de CPU para Athlon T-Bird, com FSB de 200 MHz. O processo de fabricação ainda era o de 0,18 micron, o mesmo usado pelo T-Bird. Foram adicionadas instruções SSE, similares às do Pentium III, e novas instruções 3D Now.

A diferença mais notável para o usuário foi o novo sistema de numeração, abandonando a indicação de clock. Os modelos passaram a ser indicados por um número, seguido de “+”. Por exemplo, o modelo 1500+ operava na verdade com 1333 MHz.

Figura 17 – Identificação do Athlon XP modelo 6

A tabela que se segue mostra as características de todos os Athlons XP modelo 6 lançados. Todos possuem cache L1 de 128 kB e L2 de 256 kB.