21 de abril de 2013

Processadores x86 e perspectivas 2013

Wafer de Silício - (fonte)
Você pode estar lendo esse artigo de um computador/notebook ou, então, num dispositivo móvel, como smartphone ou tablet. Uma das principais diferenças entre essas duas classes são os processadores usados, enquanto a maioria dos desktop usam processadores com arquitetura x86, os dispositivos móveis utilizam a arquitetura ARM.

A arquitetura x86 foi desenvolvida pela Intel, que tem suas patentes, além da Intel, apenas a AMD (que tem patentes do modo 64 bit) e a Via (que faz processadores de nicho, muito lentos) tem direito de desenvolver processadores para essa arquitetura. Enquanto a ARM é desenvolvida pela ARM Holdings e licenciada para qualquer empresa que queira, podendo usar projetos prontos ou desenvolvidos em casa. São exemplos de empresas que desenvolvem processadores ARM: a Apple, a Samsung, Qualcomm, Broadcom, Texas Instruments, MediaTek, Freescale, entre muitas outras.

FAB17 da Intel em Massachusetts nos Estados Unidos (Chipworks)
O problema é que apenas agora os processadores ARM mais fortes então chegando perto dos processadores x86 mais simples (com exceção do Atom para Smartphones), então se você quer desempenho, seja para trabalho, como projetos em Autocad, simulações com o Matlab ou mesmo apenas um jogo, os processadores x86 são os únicos que oferecem esse desempenho (além da compatibilidade com os programas). Talvez os processadores Power da IBM também, mas são um nicho de mercado, além de não estarem disponíveis para o público, apenas para empresas.

Na época da disputa do AMD Athlon 64 contra o Intel Pentium 4, até o lançamento do Conroe, a AMD estava na frente na questão de desempenho. Com o lançamento da microarquitetura Conroe em 2006, a Intel recuperou a liderança de mercado na questão desempenho e até hoje a detêm, com cronogramas apertados de lançamentos, que não permitem a AMD encostar.


A Intel vem adotando algo que ficou conhecido como Tick-Tock. Um ano ela lança uma arquitetura nova, no ano seguinte passa essa arquitetura, com pequenas melhorias, para um litografia menor (o chip fica menor, mais eficiente e gastando menos energia). Com isso os lançamentos da Intel passaram a ser anuais e são conhecidos com muita antecedência. As arquiteturas de CPU tem melhorado por volta de 10~15% ao ano, enquanto a GPU, que passou a ser integrada aos processadores comuns, a um ritmo maior, pois é algo que a Intel está bem atrasada.

Enquanto a AMD adota uma postura diferente, onde faz lançamentos sem muita periodicidade. Seus processadores tem uma grande diferença de desempenho para Intel, enquanto suas GPUs integradas, devido a compra da ATI, são muito superiores, por isso ela aposta em programação GPGPU. Infelizmente poucos programas fazem uso da API OpenCL, então até agora isso não tem sido uma vantagem tão grande.

Pretendo discorrer das linhas de processadores de ambas as empresas, apenas saindo um pouco fora da linha de servidores, pois isso foge a nossa realidade.

A Intel

Logo da Intel (fonte)
A Intel tem dois socket (além dos para notebook), um voltado para o mercado consumidor em geral, o Socket 1155, que será substituído pelo Socket 1150 na plataforma Haswell agendada para daqui alguns meses. O outro é o 2011 voltado para o mercado de alto desempenho, com processadores bem mais caros, com mais núcleos (6 no máximo, contra 4 no 1155).

A linha atual no mercado, conhecida como "Ivy Bridge" tem um ótimo desempenho de processador, ficando bem à frente do melhor processador da AMD (o FX-8350, a linha mais rápida da AMD, que não possui GPU integrada), como pode ser visto nesse review (com exceção do teste do 7-Zip, devido aos 8 cores com unidades de inteiros separadas, mas isso não vem ao caso), seu consumo de energia também é muito melhor, gastando 40% a menos que o AMD.

Sua GPU é inferior a utilizada na série de APUs da AMD, comparando com o A10-5800k, a diferença deve ficar entre 50 ou 60% a mais, isso considerando a melhor GPU da Intel, no caso da HD 2500 a diferença seria mais que o dobro. Só que, você sempre tem a possibilidade de comprar uma GPU separada, assim o processador da Intel passaria a ter um desempenho bem superior, além de um consumo de energia menor.

Comparando os preços no Newegg, um i3 mais simples tem o preço de um A10-5800k (129 dólares), ou seja, você pode escolher entre o pior i3 da Intel contra a melhor APU da AMD. Se você vai comprar uma GPU a parte, considero o i3 melhor, apesar de ter menos núcleos, ele tem um desempenho em aplicativos que não fazem uso de mais de dois núcleos bem superior ao da AMD, que são a maioria. Já caso não vá comprar uma GPU separada, o 5800k é uma ótima opção, com um desempenho decente em jogos, principalmente nos que usam 4 núcleos.

Processador Intel da geração Haswell com cache eDRAM (vr-zone)
Os processadores da próxima geração, conhecidos como Haswell prometem uma melhoria de 10 ou 15% na CPU e 20 ou 30% na GPU, que pode ser visto aqui. Existindo ainda, uma GPU com cache eDRAM que promete o dobro de desempenho, vindo para brigar com as soluções da AMD e as GPUs offboard da AMD e Nvidia.

Socket 2011 (fonte)
O socket 2011 da Intel é para entusiastas, tirando ter processadores com 6 núcleos não vejo vantagens reais nele, além de sempre estar uma arquitetura atrás. Por exemplo, os processadores atuais são "Sandy Bridge-E", a geração passada, gravados em 32nm, contra os 22nm (quanto menor, melhor) dos "Ivy Bridge". Talvez a vantagem seja que exista a possibilidade de ter dois processadores desses no computador, com placa mães especiais, mas o custo é irreal para usuários comuns, mais de 500 dólares pelo processador de 6 núcleos mais simples, além da placa mãe extremamente cara.

A Intel tem uma linha de processadores de baixo consumo de energia, a linha Atom. Inicialmente foi usada em netbook e agora passa a ser uma opção para tablets, ela tem muitas semelhanças com processadores ARM, apesar de serem mais rápidos.

Motorola RAZR i (fonte)
Alguns poucos celulares fazem uso de uma versão com baixíssimo consumo de energia, um exemplo é o Motorola Razr i, um celular relativamente popular no Brasil pelo seu preço atraente, levando em conta suas especificações. Esse deve ser o único processador x86 atual a perder na questão desempenho para um ARM, mas ai é importante abrir um parênteses, que se trata de um processador com apenas um núcleo concorrendo com outros de 4 núcleos, uma das desvantagens da arquitetura x86, seus chips ocupam bastante espaço.

Um ponto fraco dos Atoms é seu vídeo integrado baseado na arquitetura PowerVR, que são GPUs de celulares ou tablets. A AMD tem os processadores da linha C-x0 para concorrer com o Atom, que tem uma GPU muito melhor, sendo no geral uma melhor opção. Está nos planos lançar no final do ano os "Bay Trail" que tem um vídeo integrado desenvolvido pela Intel baseado nos "Ivy Bridge", que devem triplicar a performance.

A AMD

No roadmap da AMD estão 4 microarquiteturas de processadores, a "Bulldozer", a "Piledriver" (que foi lançada ano passado), a "Steamroller" (que será lançada esse ano) e a "Excavator". Cada microarquitetura conta com diversos segmentos, por exemplo a "Piledriver" tem os processadores "Vishera" como a linha FX (a linha de maior desempenho), que veio substituir os "Bulldozer" (que só contavam com a linha FX chamada de "Zambezi") e os "Trinity" e os "Richland" (que ainda serão lançados) para linha A (de APUs) para desktop e portáteis. No "Steamroller" a linha A tem codinome de "Kaveri" e está planejada para esse ano. Assim como a Intel a AMD também tem 2 sockets, o AM3+ para a linha FX e o FM2 para as APUS (FM1 nas antigas).

Caixa do AMD FX (fonte)
Em 2011 foi lançada a geração de processadores "Bulldozer", que prometiam muito, mas não entregaram o esperado. Para começar em diversos testes o processador era inferior a geração passada, como pode ser visto aqui (ele perde em diversos testes para o Phenom II X6, além de ter uma performance menor no Cinebench em single threaded, ou seja, a maioria dos programas do dia-a-dia), além de não conseguirem disputar com a Intel. Também vale destacar o consumo exagerado de energia, muito devido aos altos clock necessários para manter o desempenho aceitável.

Um ano depois dos "Bulldozers" a AMD lançou os "Vishera" da microarquitetura "Piledriver". Eles melhoram um pouco o desempenho, próximo dos 10~15% prometido no lançamento dos "Bulldozers" para próximas versões. Sua performance em single threaded melhorou, voltando ao nível da geração Phenom. Só que o consumo de energia permaneceu quase o mesmo, eles melhoraram a arquitetura a tornaram mais eficiente e usaram isso para aumentar o clock, mas o consumo de energia se manteve.

Ao meu ver, o desempenho do processador não é tão ruim, é claro que a AMD precisa de um com 8 cores para vencer um i7 com 4 em poucos testes, mas vendendo mais barato isso não seria problema, tirando que programas fortemente otimizados para 8 núcleos se saem melhor neles, como Crysis 3. O real problema dele é o gasto de energia, se você usar muito o computador, os 20 W em idle e os 80 W de full são uma diferença muito grande, que com certeza irá aumentar sua conta de energia.

A AMD percebeu que não tem mais como concorrer no mercado de alto desempenho com a Intel, assim ela passou a lançar primeiro suas APUs e só depois os processadores da série FX baseados na mesma, foi assim com os "Trinity" que vieram antes dos "Vishera" e novamente vai ser assim com os "Kaveri" (3ª geração dos "Bulldozers"), as APUs são esperadas para o fim desse ano, enquanto a série FX para 2014.

A linha de APUs da AMD é a linha que mais me chama atenção, são processadores com um desempenho decente e uma GPU que não fica devendo muito para minha Radeon HD 5670. A primeira linha lançada em 2011 tinha codinome "Llano", utilizava núcleos da arquitetura antiga da AMD com uma GPU da família HD 5000. Posteriormente foram lançados os "Trinity", baseados na arquitetura "Piledriver" (segunda geração dos "Bulldozers") e nas GPUS da série HD 6000. Esse ano são esperados os "Richland" que são quase iguais aos "Piledriver" com melhorias no gerenciamento de energia.

Mais para o fim do ano são esperados os "Kaveri", baseados na arquitetura "Steamroller" (terceira geração dos geração dos "Bulldozers") e nas GPUs HD 8000. Sinceramente acho estranho a AMD lançar duas séries de processadores da mesma classe no mesmo ano, tem uma boa chance dessa série atrasar para o início do ano que vem, atrasando também os da série FX.

AMD Radeon HD 7970 (fonte)
Os processadores para netbooks, notebook de baixo consumo e tablets da AMD são bem interessantes, já que tem um vídeo integrado muito bom. A geração atual é baseada na microarquitetura "Bobcat" lançada em 2011, conta com uma GPU da série HD 5000 e são alternativas superiores ao Atoms da Intel. Infelizmente alguns fabricantes para economizar colocam a versão de netbook (C-50 por exemplo) em notebook em vez de usar os da linha própria para isso (como o E350), o que deixa esses processadores com fama de lentos.

A próxima arquitetura esperada é a "Jaguar", que virá substituir esse ano a "Bobcat". Ela será gravada em 28 nm, uma melhoria em relação aos 40 nm da geração passada, além de contar com uma GPU da série HD 7000. O Playstation 4 e provavelmente o próximo Xbox farão uso de núcleos de processador com essa tecnologia, enquanto a GPU será bem mais poderosa.

Conclusões

Infelizmente temos apenas duas fabricantes de processadores x86, sendo assim não existe concorrência nem motivo para algum das duas dar de louca e lançar um processador com 16 núcleos para o grande público, apesar da AMD ter um no mercado de servidores. Nos ARM é comum algum fabricante criar soluções diferentes, que os diferencia no mercado, vide a Samsung com um processador de 8 nucleos, 4 de alta performance e 4 econômicos.

Ações da Intel e da AMD no Google Finance, lembre-se eles não estão em escala.
A AMD vive uma situação financeira complicada, não é nem metade da companhia que já foi, teve que se desfazer das fábricas de chips, então faz uso de terceiras para produzir seus processadores. Com isso, além de vender chips mais baratos que a Intel, ela tem que dividir o lucro com outras empresas,  em grande parte esse é o motivo de seus problemas.

Uma coisa que muito não lembram, é que algum tempo atrás a Intel pagou 1,25 bilhão de dólares para for fim as disputas judiciais entre ambas. A AMD vem perdendo dinheiro ano-a-ano e atualmente ela tem em caixa por volta de 1 bilhão, então a AMD ainda está viva, ou não teve que fazer cortes ainda maiores de funcionários, devido a "ajuda" da Intel.

Joystick do Playstation 4
A pouco mais de 1 ano escrevi um artigo sobre os processadores da época, uma coisa que eu disse, era que com o desempenho da linha de processadores FX, o futuro da AMD estaria nas APUs, que na época eram difíceis de encontrar no mercado, e que ela deveria fazer campanhas de marketing distribuindo algum jogo junto com os computadores. Agora tem a campanha Never Settle Reloaded para suas placas de vídeo, que é o que eu falei para as GPUs. Ela também tem feito uma campanha de marketing muito forte nas redes sociais, ponto para AMD.

Acho que a situação da AMD vai melhorar nos próximos anos, ela vai vender APUs para o PS4 e provavelmente para o próximo Xbox também. Que ela venda cada uma a 50 dólares (talvez um pouco menos) e cada um venda 10 milhões por ano (acho que sem um Wii revolucionário na jogada esses valores serão maiores), seriam 1 bilhão de lucro por ano, sem nenhum custo de desenvolvimento.

Com isso não acredito que a AMD corra risco de ir a falência como tantos dizem, além disso, acredito que suas ações estão muito depreciadas e tendem a subir bastante com futuros bons resultados financeiros.

A Intel também está sob pressão, dizem muito que o mercado de PCs está decadente, com as pessoas usando cada vez mais tablets e smartphones. Realmente as vendas de PCs podem cair um pouco, mas um tablet jamais irá substituir um computador, são coisas complementares, você não irá editar um grande documento num tablet, é desconfortável.

A questão é que ao contrário de 15 ano atrás, não existe tanta pressão para trocar de computador, um Core 2 Duo de 2006 ainda é muito bom para o uso cotidiano, mesmo depois de 7 anos, enquanto um Pentium 2 de 1997, em 2003 teria problemas para rodar o Windows XP e navegar na internet. A Intel está sendo vítima da sua própria qualidade.

Ela vem dando passos largos no desenvolvimentos de GPUs, as antigas realmente eram ruins, mas a partir das primeiras integradas ao processador, na geração anterior aos "Sandy Bridge", ocorreu uma melhora, a próxima integrada nos "Haswell" promete desempenho muito próximo da AMD.

Editado em 22/04/2013: Coincidentemente o site americano Arstechnica fez um retrospecto da "ascensão e queta" da AMD, bem interessante o artigo.

Editado em 02/09/2013: A AMD atrasou para 2014 os Kaveri esperados para o final do ano e cancelou o desenvolvimento de processadores sem GPU, ou seja, a série FX juntamente com a descontinuação do Socket AM3+.

2 comentários:

Max disse...

Na real pessoas comuns que não trabalham com renderização, conversão de vídeos etc... não tem porque comprar um processador intel se pode economizar alguns reais em um AMD. Desempenho maior de um intel não compensa para a maioria das pessoas, pois maior parte do uso a cpu ficará ociosa.

Ricardo disse...

Um outro ponto que você deve olhar é o consumo de energia, em idle a AMD empata, mas em full a diferença é grande para a Intel. Então, se a diferença de preço não for grande, a economia na conta de luz pode compensar.