Hammer──64位计算的里程碑
整机外设
毫无疑问，从桌面处理器的制程从0.18微米转向0.13微米开始，AMD就再也没有舒服地过日子了。相比Pentium 4来说，K7架构的Athlon XP无论在外频、前端总线还是二级缓存(Barton 除外)上都存在着差距。从2001年底开始AMD的桌面处理器份额已经开始不断减少，到目前为止，18%左右的市场占有率也似乎说明了一些事实，难道AMD就这样逐渐消失于IT舞台上？当然不会！其实早在一年前，AMD下一代基于K8(x86-64)架构的64位处理器──Hammer已经被业界议论得沸沸扬扬，但由于某些原因迟迟未能跟世人见面。还好我们终于得到了确切的消息：桌面版本的Hammer(Athlon 64)将于今年9月23日的台北ComputeX大展当天正式推出，这款跳票一年多的处理器终于能跟世人见面。它将肩负起挽救AMD未来的艰巨任务，其独特的64位架构到底有什么特点？
过渡的架构──x86-64
作为第一款64位桌面处理器，Athlon 64所使用的是x86-64架构。在讨论它之前我们必须明确，所谓的64位处理器就是指在执行计算的时候操作的是64位的数据，通俗一点说就是处理器的通用寄存器(GPR)可以容纳64位数据位数。那为什么要使用64位处理器呢？我们知道，32位处理器的最大内存寻址数为4GB(Intel的Xeon支持36位寻址，也就是可以访问64GB的内存空间)，但这对于大量的3D渲染、模拟现实、矢量分析等工作来说是远远不够的，只不过是我们一般的家庭在使用中未能察觉到而已。但随着计算机处理能力越来越强大，更大内存寻址是必须的，而64位处理器理论上能访问4500TB(1TB=1024GB)内存，对上述的工作完全胜任。
x86-64架构是从Intel制定的业界标准x86-32上提升而来的。从64位处理器架构开始，Intel已经完全放弃了原本的x86架构而从新投入新的IA-64架构(主要针对的是服务器市场)。相对来说，IA-64虽然是全新的处理器架构，但它只能执行64位的操作系统和应用程序，而原本的32位应用程序只能通过模拟的方式进行，这给用户带来了不少麻烦。相比之下x86-64则方便得多，其实现64位计算方式非常简单。如果执行的是32位指令，它会自动在32位指令前加上32个“0”，从而实现64位指令，这种方式与当初80286过渡到80386一样，这说明Athlon 64使用32位程序时将具有相当的优势，在普及上有得天独厚的优势。
两种工作模式
前文已说，基于x86-64的Athlon 64能兼容运行32位和64位的操作系统和应用程序，这是如何实现的呢？Athlon 64允许处理器在两个模式下工作：长模式(Long Mode，图1)和传统的x86模式，其中长模式又包含两个子模式(64位模式和兼容模式)：64位模式中使用的是64位操作系统和应用程序(64位架构的优势可以显示出来)；兼容模式则指在64位架构中使用32位的应用程序，这个模式中处理器将不使用新增的寄存器。
Athlon 64在x86-32架构的基础上增加了8个新的通用寄存器(增加后处理器拥有16个GPR)和8个新SIMD流存储器(图2)，更多的寄存器可以使处理器将更多的数据载入缓存，执行单元有效减少延迟时间，提供更高的执行效率。
重大革新──整合内存控制器
可以说这是Athlon 64最突出的改变之一，AMD将本来集成在主板北桥芯片的内存控制器(Memory Controller)集成到了Athlon 64处理器的内部。相对于原设计来说，把内存控制器集成在处理器内部可以有效控制内存工作频率，使之操作在与处理器相同的水平上，同时由于内存数据直接传输到处理器内部而不需要经过北桥，可以有效减低传输过程中的时间延迟。举个简单的例子，把内存控制器集成到CPU内部就如把仓库搬到了加工车间的旁边，极大地提高了效率。这也在一定程度上减轻了处理器对主板芯片组厂商的依赖，主板厂商不再需要为设计性能强劲的北桥芯片组发愁(前提是主板采用单芯片设计)。
另一方面，由于Athlon 64集成内存控制器(图3)，这对于本来只需要换主板就可以使用新内存的做法已经不适合了。以前从DDR266换到DDR400只需要换相应的主板，而使用了Athlon 64后，若想从DDR转换到DDRⅡ的话就必须换处理器了，乍一看上去似乎不太划算，但我们不要忘记，换处理器与换主板相比，性能能提高得更多，而且照以往的经验来看，AMD的主板往往能使用很长时间(更换的是CPU)。而且据说Athlon 64的内存控制器可以屏蔽，这可以让主板厂商设计出支持新内存的主板而在使用时屏蔽掉Athlon 64的内存控制器。
继续推广的HyperTransport总线
作为一种高速的数据传输总线，HyperTransport其实早已经使用在nVIDIA的nForce2芯片组连接中，其设计简单，潜伏期短，总线最高带宽可以高达6.4GB/s，在多路处理器系统的使用中，其作用将充分显露出来(见表1)。这可以说是为服务器版的Hammer(Opteron)度身订做的，当然，桌面版的Athlon 64也将受惠。但毫无疑问的是，Athlon 64的推出将令HyperTransport的应用更广泛。
Athlon 64平台的搭建
一个性能优良的桌面平台除了有性能强劲的处理器外，作为CPU载体的主板也必不可少，而且一款好的主板往往能把处理器的性能超常地发挥出来(nForce2就是一个很好的例子)，所以处理器在市场上是否受到欢迎很大一部分原因在于相应主板是否匹配和性能是否强劲。那么，搭载Athlon 64的“好马”究竟是怎么样的呢？对于64位桌面平台的搭建，我们需要注意什么呢？
●AMD
理论上来说，处理器生产厂商所生产的自有芯片组主板在兼容上是最好的(如Intel的自有芯片组主板一直是Pentium和Celeron的最好搭档)。客观而言，芯片组的设计难度在处理器之下，所以处理器生产厂商完全有能力设计生产出出色的芯片组，但问题是AMD的产能并不如Intel，同时兼顾处理器和主板芯片组市场显得力不从心，其自有芯片组主板通常只是在市场上昙花一现。所以历代AMD处理器产品发布的时候，搭载它们的往往不是AMD自有芯片组主板，AMD芯片组似乎只扮演技术指导的角色，当然AMD与VIA、SiS、ALi以及后来的NVIDIA之间的默契一直维持着，这也是令AMD能全心全力地做好Athlon 64的研制和开发的重要保证。
AMD8000：作为AMD自己开发的芯片组，AMD8000由3颗芯片组成──AMD-8111、AMD-8131和AMD-8151，其中AMD-8111与传统南桥的作用一样，AMD-8151则是去除了内存控制器的传统北桥芯片，与处理器之间通过16bit的双向HyperTransport总线连接，提供6.4GB/s的带宽，其他部件则是通过8bit的单向HyperTranspor总线连接，提供了1.6GB/s的带宽。而AMD-8131则是一款PCI-X控制芯片，它仅仅出现于Opteron处理器的环境中，同样以16bit双向HyperTransport总线与CPU连接，带宽6.4GB/s，内部PCI-X桥接模块支持PCI-X和PCI 2.2标准。同时此款芯片组主板提供两条DDR插槽、支持USB 2.0、AGP 8×等，采用低成本的4层PCB板设计，支持Opteron和ClawHammer。
●VIA
长期以来威盛都在AMD桌面平台方面占据着大部分的主板市场份额，从K6时代开始VIA就是AMD最忠实的搭档之一，虽然近段时间NVIDIA的nForce2主板打乱了VIA的脚步，但凭借其丰富的技术开发经验，目前依然占据着市场上的有利位置。为了Athlon 64这颗耀眼明星，VIA也将发布相应的主板芯片组。
K8T800(改名称前为K8T400M)：支持Athlon 64和Opteron处理器，AGP 4×/8×端口，8× V-Link总线。此芯片组已经开始量产。
K8M800(改名称前为K8M400)：这是一款整合了显示芯片的K8T800芯片组。它与K8T800针脚具有兼容性，整合的显示芯片为Unichrome2。此图形核心工作频率为200MHz，具有2个像素管道和2个纹理单元，8MB到64MB的UMA帧缓存，DuoView，完全MPEG2解码，还有扩展的TV-out和DVI接口。此芯片组预计于今年3季度推出。
K8T890：支持Athlon 64和Opteron处理器和PCI Express总线，使用Ultra V-Link总线和南桥通信。此产品的样品最早也得在年底才会出来，而量产则要等到明年了。
●SiS
去年SiS将大部分精力都放在Pentium 4芯片组研发和生产上，对AMD平台方面花的工夫不多，不过针对即将上市的Athlon 64，SiS将力推两款新的芯片组。
SiS755+SiS963：SiS并没有采用单芯片设计而采用了传统的南北桥设计，通过妙渠(MuTIOL)技术令数据传输速度大大提高。支持HyperTransport技术，内建高性能的HyperTransport兼容总线驱动器，最大数据传输带宽可达6.4GB/s，其他还支持AGP 8×、DDR333/266/200标准；南桥方面SiS963支持5.1声道AC'97、10/100M以太网卡、IEEE1394接口，此外还集成了6个PCI插槽和6个USB接口。
SiS760：基本功能上与SiS755完全一致，所不同的是它整合了SiS330(Xabre核心)图形核心。
●ALi
作为台湾芯片组三强之一的ALi，将推出M1687芯片组为Athlon 64提供支持。同样采用的是南北桥的设计，北桥为M1687，南桥为M1563，支持AGP 8×、主流DDR规格和HyperTransport技术，南桥则同样支持ATA-133、6个USB接口、Memory Stick、SD接口，功能非常齐全，相信将给Athlon 64带来一股强大的动力。
●NVIDIA
主板市场上突起的异军，nForce2芯片组一发布便受到了市场的追捧，导致VIA的市场份额不断下降，市场的接受程度说明了一切，Athlon 64的来临意味着nVIDIA又有大举动。其推出的Crush K8/Crush K8G芯片组属于单芯片产品，正式将北桥中所有功能整合至南桥芯片中，成为市场上惟一的单芯片Athlon 64芯片组产品，除了支持主要的技术外，Crush K8G属于整合型产品，集成GeForce 4 MX图形内核。
评论
长久以来，华尔街一直认为AMD不过是一个克隆的英特尔而已。并且在1985年AMD因英特尔的微处理器专利权问题受阻之后，华尔街对它彻底失去了信心。然而令人吃惊的是，AMD公司自1998年4月推出了具有划时代意义的K6-2处理器正式与英特尔公司分庭抗礼之日起，又于1999年6月推出了辉煌的K7处理器在与英特尔公司漫长的激烈竞争中，AMD凭借着优秀的研发能力和顽强的竞争精神，一次又一次地从英特尔手中夺走了速度之王的桂冠。尽管英特尔几乎在每一轮的竞赛中最终都战胜了它，但AMD的精彩演绎却给DIYer留下了无数难忘的回忆。
需求决定市场
近一段时期半导体市场日益好转，AMD仍在一步步地侵蚀着英特尔的市场份额。据美林金融研究公司的统计数据显示，今年2季度AMD公司在个人电脑市场的占有率缓步增长到了15.7%，同比增长了0.1%。同期英特尔公司的市场占有率下滑至82.5%，同比下降了0.3%。倘若AMD公司很好地把握住了这次时机，那么它在零售市场的占有率仍将继续稳步提高。而服务器市场的顺利增长，不但能使AMD公司的产品线趋于完善，而且丰厚的回报也将使其实力得到迅速的巩固，并为将来的发展奠定坚实的基础。
谁拥有领先的技术和完美的支持，谁就能够赢得更多客户的青睐。目前，英特尔公司针对服务器市场的主要产品是安腾(Itanium)和至强(Xeon)两款处理器。它们分别面向高端和中高端市场。随着各行业数据处理量与日俱增，32位系统俨然将成为明日黄花，然而当前几乎所有的业务处理都是建立在32位系统之上的，假如立即大换血的话，那么把现有的海量程序数据移植到64位系统将成为一个昂贵且艰巨的工程。因此人们开始寻找一种既能够良好地处理当前32位业务数据，又能够在未来恰当的时候将系统迅速过渡到64位的无缝支持技术。
技术满足需求
事实证明，AMD公司的判断是正确的，这家位于加利福尼亚州森尼韦尔的公司的富有预见性的研发团队在这一契机中意识到了兼容32位的64位计算的必要性。今年4月22日该公司终于将万众瞩目的Opteron芯片推向了服务器市场，终于将自己的设想变为了现实。现在Opteron这一凝聚了x86-64先进思想的新型处理器正在冲击着整个需求市场。Opteron为各行业提供了一种更为合理的解决方案，使客户从32位平稳过渡到64位成为可能。来自波士顿的计算机销售商Angstrom微系统公司将采用Opteron为金融机构、电影公司的摄影场以及石油公司搭建高性能的服务器。这家公司的首席执行官拉里特·杰恩说：“人们需要的是渐进式的，而不是革命式的过程。”
尽管AMD遭遇了许多令人发狂的挫折，但Hammer的前景依然为广大软硬件厂商所看好。自Opteron发布之日起，IBM、HP、富士通、西门子等大批具有国际一流水准的厂商，纷纷推出了基于Opteron的2路至8路的多种高性能服务器产品。Windows Server 2003操作系统的集团产品经理鲍勃·奥布赖恩说：“在64位计算方面，有些客户会选择这款芯片，从而使自己得到放松。”美国的Los Alamos实验室已经决定使用3300颗Opteron来组建两个大规模的Linux集群。这两个集群将用于医学、环境、国家防御的建模和模拟。美国的克雷(Cray)等一些特殊领域的研究公司还与AMD联合建造了由成千上万颗Opteron并行处理的超级计算机，用于核试验模拟及其他复杂的科学计算领域。
个人64位计算时代的开始
随着AMD 64理念的推广，AMD还计划于今年9月23日将兼容32位计算的64位处理器推向桌面市场。AMD给这款处理器取了一个熟悉而富有时代感的名字──Athlon 64。AMD希望Athlon 64能够秉承Athlon系列处理器卓越性能的优良传统，并开创个人64位计算的辉煌。
Athlon 64是Opteron的孪生兄弟，他们同属于Hammer族系。Athlon 64具有Opteron般优异的性能和更具竞争力的价格。它将引领个人桌面应用逐步进入64位时代。与此同时，搭载Athlon 64移动版处理器的笔记本电脑亦将进入高端移动处理器市场。
Hammer的出现为我们揭开了通往64位计算的序幕，它那划时代意义的先进架构必将成为计算发展史上的里程碑。