AMD Opteron K8
AMD Opteron（開発コード名SledgeHammer、K8アーキテクチャ）は、AMDが2003年（平成15年）4月22日に発売したサーバー・ワークステーション向けx86互換CPUである。x86命令セットを64ビットに拡張した独自技術「AMD64」を世界で初めて採用した製品で、32ビットアプリケーションを速度低下なく実行できる点でIntelのItaniumと一線を画した。
目次
Opteron誕生の経緯
AMD Opteron K8 ダイ写真
2003年（平成15年）1月31日に4月22日発売が予告され、同年4月22日、米ニューヨークで正式に発売された。型番の百の位でマルチプロセッサ対応数を表し、Opteron 100シリーズは1P（単一プロセッサ）用、Opteron 200シリーズは2P用、Opteron 800シリーズは最大8Pの大規模構成に対応した。
64ビット拡張「AMD64」の初採用とItaniumに勝利した理由
Opteron最大の特徴は、既存のx86命令セットに64ビット拡張を施した独自技術「AMD64」（x86-64）を世界で初めて搭載したことである。32ビットのx86命令をそのままネイティブ実行しつつ64ビットモードへ切り替えられる設計により、既存ソフトウェア資産を損なわずに64ビット化への移行が可能になった。
競合のIntel Itanium（IA-64）はx86と非互換の新設計で、32ビットソフトはデコーダを介したエミュレーションで動作させるため大幅な速度低下を招いた。互換性と価格を重視した市場はAMD64を支持し、2004年（平成16年）にはIntel自身も互換技術「EM64T」（後のIntel 64）を採用し、AMD64は事実上の業界標準となった。
競合のIntel Itanium（IA-64）はx86と非互換の新設計で、32ビットソフトはデコーダを介したエミュレーションで動作させるため大幅な速度低下を招いた。互換性と価格を重視した市場はAMD64を支持し、2004年（平成16年）にはIntel自身も互換技術「EM64T」（後のIntel 64）を採用し、AMD64は事実上の業界標準となった。
ダイレクト・コネクト・アーキテクチャ（DCA）
ダイレクト・コネクト・アーキテクチャの構成図
Opteronは、メモリコントローラをCPUダイに統合し、CPU同士やI/Oチップとの接続に高速シリアルインターコネクト「HyperTransport」を用いる「ダイレクト・コネクト・アーキテクチャ（DCA）」を採用した。従来のフロントサイドバスと外付けノースブリッジを介する方式に比べ、メモリアクセスの遅延を大幅に削減した。
1ソケットあたり最大3本のHyperTransportリンクを備え、CPU間や周辺チップとの通信をチップセットを介さず直結できる点が特徴で、後にIntelがNehalem世代で採用したQuickPath Interconnectの先駆けとなった設計思想である。
1ソケットあたり最大3本のHyperTransportリンクを備え、CPU間や周辺チップとの通信をチップセットを介さず直結できる点が特徴で、後にIntelがNehalem世代で採用したQuickPath Interconnectの先駆けとなった設計思想である。
高いマルチプロセッサ・スケーラビリティ（2P/4P/8P）
Opteronのマルチプロセッサ構成図
DCAによるHyperTransport接続は、NUMA（非対称メモリアクセス）構成での高いスケーラビリティももたらした。各プロセッサが自身のメモリに低遅延でアクセスしつつ他プロセッサのメモリにも透過的にアクセスできる設計により、追加のチップセットなしで2P・4P・8P構成まで直結できた。
当時のIntel Xeonは共有バス方式のため4ソケットを超える構成で性能が伸び悩んだのに対し、OpteronはHyperTransportリンクをそのまま増設することで大規模構成に対応でき、サーバー市場で高い評価を得た。
ハードウェア仮想化「AMD-V」のサポート
AMDは開発コード名「Pacifica」として仮想化支援機能を開発し、後に「AMD-V」（AMD Secure Virtual Machine）として製品化した。Opteronでは2006年（平成18年）に投入されたRev F世代（Socket F、DDR2対応）以降のモデルがAMD-Vをサポートし、Athlon 64・Athlon 64 X2など同世代のデスクトップ向け製品とほぼ同時期に対応した。
AMD-Vは仮想マシンモニタが行っていたCPU・メモリの切り替え処理をハードウェアで肩代わりし、仮想化のオーバーヘッドを大幅に低減した。これによりOpteronはサーバー統合・仮想化基盤の中核を担うCPUとしての地位も強化した。
AMD-Vは仮想マシンモニタが行っていたCPU・メモリの切り替え処理をハードウェアで肩代わりし、仮想化のオーバーヘッドを大幅に低減した。これによりOpteronはサーバー統合・仮想化基盤の中核を担うCPUとしての地位も強化した。
Athlon MPからの進化
Opteronの直接の先代にあたるのが、2001年（平成13年）6月に投入された32ビットのAthlon MPである。Athlon MPはK7アーキテクチャのEV6バスを共有する形で2ソケット構成に対応していたが、バス帯域の共有が制約となり、それ以上のスケーラビリティは望めなかった。
Opteronは64ビット化に加え、バス共有型からHyperTransportによる直結型（DCA）へアーキテクチャを一新し、2Pに留まらず4P・8Pまで対応範囲を拡大した。オンダイメモリコントローラの搭載でメモリ帯域も向上し、Athlon MPが抱えていたスケーラビリティの限界を解消した。
Opteronは64ビット化に加え、バス共有型からHyperTransportによる直結型（DCA）へアーキテクチャを一新し、2Pに留まらず4P・8Pまで対応範囲を拡大した。オンダイメモリコントローラの搭載でメモリ帯域も向上し、Athlon MPが抱えていたスケーラビリティの限界を解消した。
Athlon 64との相違
AMD Athlon 64
Opteronと同時期にデスクトップ向けとして展開されたAthlon 64は、同じK8コアを共有する姉妹製品である。初期のSocket 940版Athlon 64 FXを除き、Athlon 64はSocket 754・Socket 939向けの非ECC・非レジスタードメモリで動作し、HyperTransportリンクも1本のみでマルチプロセッサに対応しない。
一方OpteronはSocket 940を用い、24時間稼働を前提としたECCレジスタードメモリに対応し、HyperTransportリンクを最大3本備えて2P・4P・8P構成を実現する。クロックあたりの性能は同等でも、信頼性検証の水準とマルチプロセッサ対応の有無がOpteronとAthlon 64を分けている。
Bulldozer時代の苦戦とOpteronの終焉、Zenへ
2000年代半ば、OpteronはIntelの旧世代NetBurst系Xeonに対しサーバー市場シェアを一時15%前後まで伸ばした。しかしIntelが2008年（平成20年）にNehalem世代でQuickPath Interconnectとオンダイメモリコントローラを導入すると、Opteronの優位性は急速に失われた。
2011年（平成23年）11月投入のBulldozer世代「Opteron 6200」（Interlagos）はコア数を増やしたが1コアあたりの実効性能で伸び悩み、サーバー市場シェアは2007年（平成19年）の約15%から2012年（平成24年）には4.4%まで低下した。2012年（平成24年）のPiledriver世代「Opteron 6300」（Abu Dhabi）でも劣勢は覆らなかった。
2011年（平成23年）11月投入のBulldozer世代「Opteron 6200」（Interlagos）はコア数を増やしたが1コアあたりの実効性能で伸び悩み、サーバー市場シェアは2007年（平成19年）の約15%から2012年（平成24年）には4.4%まで低下した。2012年（平成24年）のPiledriver世代「Opteron 6300」（Abu Dhabi）でも劣勢は覆らなかった。
AMD EPYC（Zenアーキテクチャ）
AMDは新設計の「Zen」アーキテクチャに開発資源を集中し、2017年（平成29年）6月20日、Opteronブランドに代わるサーバー向けCPU「EPYC」（Naples、7000シリーズ）を発売した。これにより14年間続いたOpteronブランドは幕を閉じ、AMDのサーバー事業はZen世代へ引き継がれた。
主要スペック
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| メーカー | AMD |
| 発売開始 | 2003年4月22日 |
| 開発コード名 | SledgeHammer（K8アーキテクチャ） |
| 製品シリーズ | Opteron 100（1P用）／200（2P用）／800（最大8P用） |
| データバス | 外部64ビット（HyperTransport接続）／内部64ビット |
| アドレスバス | 物理40ビット（最大1TB）／仮想48ビット |
| CPUクロック | 1.4〜2.2GHz（初期モデル Opteron 240〜248） |
| 1次キャッシュ | 128KB（命令64KB＋データ64KB） |
| 2次キャッシュ | 1MB |
| 命令セット拡張 | AMD64（x86-64）、MMX、3DNow!、SSE、SSE2 |
| プロセスルール | 0.13μm SOI |
| ソケット | Socket 940 |
| パッケージ | 940-pin micro-PGA |
| HyperTransportリンク | 最大3本（200／800シリーズ） |
| 仮想化支援 | AMD-V（Pacifica、Rev F以降で対応） |
| 先代 | Athlon MP |
| 後継 | AMD EPYC（Zenアーキテクチャ、2017年） |
CPUの歴史
| 発表年 | メーカー | CPU名 | ビット数 | 最大クロック |
|---|---|---|---|---|
| 1970年 | Garrett AiResearch | MP944 (軍用) | 20bit | 375KHz |
| 1971年 | インテル | 4004 | 4bit | 750KHz |
| 1974年 | インテル | 8080 | 8bit | 3.125MHz |
| 1975年 | モステクノロジー | MOS 6502 | 8bit | 3MHz |
| 1976年 | ザイログ | Z80 | 8bit | 20MHz |
| 1978年 | インテル | 8086 | 16bit | 10MHz |
| 1979年 | モトローラ | MC6809 | 8bit | 2MHz |
| 1979年 | ザイログ | Z8000 | 16bit | 10MHz |
| 1980年 | モトローラ | MC68000 | 16bit | 20MHz |
| 1983年 | NEC | V30 | 16bit | 16MHz |
| 1984年 | インテル | 80286 | 16bit | 12MHz |
| 1985年 | インテル | 80386 | 32bit | 40MHz |
| 1985年 | インテル | i960 | 32bit | 100MHz |
| 1985年 | サン・マイクロシステムズ | SPARC | 32bit | 150MHz |
| 1985年 | エイコーン | ARM1 | 32bit | 6MHz |
| 1986年 | MIPS | R2000 | 32bit | 15MHz |
| 1987年 | ザイログ | Z280 | 16bit | 12MHz |
| 1987年 | モトローラ | MC68030 | 32bit | 50MHz |
| 1988年 | MIPS | R3000 | 32bit | 40MHz |
| 1989年 | インテル | 80486 | 32bit | 100MHz |
| 1989年 | インテル | i860 | 32bit | 50MHz |
| 1990年 | モトローラ | MC68040 | 32bit | 40MHz |
| 1991年 | MIPS | R4000 | 64bit | 200MHz |
| 1992年 | DEC | Alpha 21064 | 64bit | 200MHz |
| 1993年 | IBM, モトローラ, Apple | PowerPC 601 | 32bit | 120MHz |
| 1993年 | インテル | Pentium | 32bit | 300MHz |
| 1994年 | IBM, モトローラ, Apple | PowerPC 603 | 32bit | 300MHz |
| 1995年 | サイリックス | Cyrix Cx5x86 | 32bit | 133MHz |
| 1995年 | AMD | Am5x86 | 32bit | 160MHz |
| 1995年 | サン・マイクロシステムズ | UltraSPARC | 64bit | 200MHz |
| 1999年 | IBM, モトローラ | PowerPC G4 | 32bit | 1.67GHz |
| 1999年 | AMD | Athlon | 32bit | 2.33GHz |
| 2000年 | インテル | Pentium 4 | 32bit | 3.8GHz |
| 2001年 | インテル | Itanium | 64bit | 800MHz |
| 2003年 | AMD | Opteron | 64bit | 3.5GHz |
| 2003年 | インテル | Pentium M | 32bit | 2.26GHz |
| 2006年 | SCE,ソニー,IBM,東芝 | Cell | 64bit | 3.2GHz |
| 2006年 | インテル | Core Duo | 32bit | 2.33GHz |
| 2006年 | インテル | Core 2 Duo | 64bit | 3.33GHz |
| 2008年 | インテル | Core i9/i7/i5/i3 | 64bit | 5.8GHz |
| 2017年 | AMD | Ryzen | 64bit | 5.7GHz |
| 2020年 | Apple | Appleシリコン | 64bit | 3.49GHz |
| 2023年 | インテル | Core Ultra 9 / 7 / 5 | 64bit | 5.1GHz |
参考書籍
|
忘れ去られたCPU黒歴史 | ||
| 著者 | 大原 雄介 | ||
| 出版社 | 角川アスキー総合研究所 | ||
| サイズ | 単行本 |
|
|
| 発売日 | 2012年07月10日頃 | ||
| 価格 | 1,540円（税込） | ||
| ISBN | 9784048867719 | ||
参考サイト
- Opteron：Wikipedia（英語版）
- AMD launches Opteron：The Register
- Intro to Opteron/K8 Architecture：AnandTech
（この項おわり）
