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双核的发展历程

发布时间:2019-07-09 21:51 来源:未知 编辑:admin

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  2005年第二季度伊始,英特尔率先发难,推出了采用双核设计的桌面级处理器。其中最高端型号为Pentium Extreme Edition 840,为了满足一般用户的需要英特尔同时还推出了Pentium D 820、830、840这三款处理器。虽然英特尔在双核技术推广上占得先机,但在几个星期之后AMD立刻发布了Athlon64 X2系列处理器还以颜色。就此,两大处理器巨头——英特尔与AMD的双核之争正式拉开序幕。

  如果要为双核之争溯源的话,就必须简单回顾一下此前单核处理器的是是非非。就Pentium 4时代的高端产品来说,英特尔处理器占有绝对优势,但毕竟市场中较量的不是最强技术实力,而是面对主流甚至底端的产品。AMD Athlon64系列异军突起,高性价比的优势换来了不可小视的用户认可度。此外即便64位操作系统很少,对其64位技术的炒作也的确获得一定成功。如果说AMD的策略更胜一筹,英特尔是不会甘心这样被AMD领跑的,于是两大处理器巨头真正较量的舞台非常默契的被选定在“双核”上。

  2005年可谓是“双核元年”,揭开了双核平台的新篇章。自第一款双核处理器发布至今已一年多光景了,细心的人不难发现在双核道路上英特尔与AMD走的是两条完全不同路线——革新与升级。我们今天要讨论的也正是这两条不同的线路给最终用户带来了什么。 重温Pentium D 8xx系列处理器的历程,其中Pentium D 820是对用户来说最为实际的双核产品,即便今天也同样如此。Pentium D 8xx双核处理器引发了一场平台革命,桌面级PC性能得到了根本提升。自英特尔超线程技术以来,双核处理器的出现无疑再次肯定了多线程应用。而双核处理器由于具备两个物理运算核心,这种与生俱来的多线程处理能力是超线程技术所无法逾越的。

  不过作为整个行业的风向标,Pentium D 8xx处理器经受的压力也是十分巨大的。由于发布时间较早,最低端型号Pentium D 820无奈成为AMD Athlon64 X2 3800+的主要竞争目标,这也难免成为世人评价英特尔与AMD双核技术实力的依据。在这里我们可以将AMD Athlon64 X2 3800+的发布作为一个关键的时间点,因为此刻两大处理器制造商均完成了由单核到双核的技术革新,站在了同一条起跑线+相比,性能上Pentium D 820虽不占优势,但从上市价格来看彼此根本不是同一定位的产品,彼此之间存在近65%的价格差异。上市前期迫于OEM订单的压力,AMD再次暴露出产能问题,零售市场有价无市的情况时有发生。AMD双核处理器的发布大有炒作之嫌,此后不久爆出的“双核门”事件也再次印证了AMD不成熟的双核技术。虽然 Pentium D 820处理器拥有巨大的价格优势,但在关于性能的舆论下仍路途坎坷。

  初次过招双方在价格和性能上争执不下以平局收场。而最终用户得到的是以较低的价格便可享受Pentium D 820带来的双核体验,却无法购买到一颗性能略优的Athlon64 X2 3800+。面对这样的结果,英特尔与AMD则采取了截然不同的策略。 Pentium D 820在实际市场竞争中的成功并没有让英特尔安于现状,这是因为Athlon64 X2 3800+的性能优势无时无刻不在触动他敏感的神经,更重要的是Pentium D 8xx处理器由于封装了两个Prescott核心因而功耗偏高。为了摆脱竞争对手的纠缠,英特尔在发布双核处理器后又酝酿着新一轮的转变——90nm到 65nm。

  制成的变化使得处理器核心面积得到有效控制,可以集成更大容量二级缓存,采用65nm制成的Pentium D 9xx处理器二级缓存容量达到破天荒的4MB,每核心可以独享2MB。由于采用了更先进的功耗控制技术,Pentium D 9xx处理器运行频率再次得到突破,主频高达3.73GHz的Pentium Extreme Edition 965处理器设计发热功率为130W,与前一代90nm制程Pentium D处理器相当。Pentium D 9xx系列双核处理器的退出使英特尔65nm制程技术逐渐成熟起来,这为日后发生的另一场技术巨变埋下了伏笔。

  英特尔紧锣密鼓的调整战略的同时AMD则进入了双核处理器发展的线系列处理器主要技术规格没有发生任何变化,牵绊Athlon64 X2发展脚步正是其内置的内存控制器。

  Pentium D 930处理器入主市场,Pentium D 820价格走低让位,用户获得的不仅是新功耗控制技术带来的宁静,更是可以花费更少的资金体验到双核的卓越性能。而AMD方面似乎成竹在胸,Athlon64 X2 3800+处理器的价格仍不肯松动。

  由于英特尔处理器的内存控制器集成在主板芯片组中,因此早在双核处理器发布之前的Intel 915芯片组就已经率先支持DDR2内存了。而与Pentium D双核处理器对应的Intel 945P芯片组更是支持当时最为先进的DDR2-667内存技术。双核处理器数据吞吐量更大,拥有更大传输带宽的DDR2内存无疑为Pentium D平台整体性能提升提供了莫大的帮助。

  相应的,939接口Athlon64 X2系列处理器受到内置内存控制器和相对薄弱的研发能力的束缚,使得它很难在短时间内跟上内存的发展脚步,仅支持DDR-400内存一时成为AMD被世人讥笑的话柄。其实,最大的问题在于内置内存控制器,这和Athlon64 X2架构设计思路有关。虽然内置内存控制器理论上可以获得更佳的内存传输性能,不过一旦要对控制器进行升级就必须对现有处理器构架作较大调整,相应研发周期也较长。

  另一方面,AMD处理器的产品线规划混乱且低端产品生命周期过长,处理器接口无法统一为用户购买和日后升级带来的不小的难题,新产品研发更是困难重重。在AMD与ATi联姻之前,AMD没有自己的芯片组产品线,nⅥDIA nForce芯片组曾给予Athlon64 X2处理器极大帮助,甚至可以说nForce芯片组使Athlon64 X2处理器性能得以最大化。然而处理器接口不统一,在推广新产品时就需要兼顾新老用户的需求,这样给配套芯片组厂商也带来不小的麻烦。因此内存技术和统一接口是AMD亟待解决的两大问题。

  终于,自AMD第一代双核处理器问世后近一年的时间,也就是2006年中旬,支持DDR2规格内存并采用AM2接口的处理器发布了。在付出极大努力后,除双核处理器外,低端和主流单核产品也一致向DDR2看齐。虽然AMD顺利完成了此次技术调整并统一了接口,但新处理器发布后的测试数据令人尴尬。以 Athlon64 X2 3800+为例,测试数据表明使用DDR2内存后系统性能并没有获得大幅提升,甚至某些测试项目成绩呈下降趋势。在对AM2接口双核处理器的测试时我们发现内存的实际运行频率会低于内存标称频率。举例来说,最高端Athlon64 FX-62处理器的主频率为2.8GHz,倍频为14。如设定内存频率为400MHz则没有问题,一旦内存频率设置为533MHz或667MHz,内存实际频率则无法达到标称值,分别约为510MHz和622Mhz。其实,这样的分频方式基本上沿袭了K8架构的内存频率模式。完全重新研发内存控制器对 AMD来说是不现实的,因为对于AMD处理器构架来说,新内存控制器的研发难度甚至不亚于制程转变。因此随着AM2处理器的上市,颇为诡异的内存匹配问题也逐渐暴露出来。

  AM2支持DDR2的内存控制器实为败笔,此后人们普遍认为AMD最新推出AM2接口支持DDR2为虚,统一接口才是真正目的。这和英特尔即将推出的全新酷睿2处理器不无关系。

  AMD新推出的AM2接口在短时间内对最终用户毫无帮助,性能没有得到提升反而增加了用户采购DDR2内存的成本,统一接口也只是AMD单方面的长期战略。最终的结果就是DDR2内存对用户来说并不亲切,对AMD来说仍然是十分恼人的问题。 在现有技术条件下,Pentium D处理器采用的Netburst构架无法实现性能的再次突破。在长达一年半之久卧薪尝胆后,英特尔推出了采用全新架构的酷睿2处理器并一举获得成功。从英特尔产品路线图上可以清楚看到未来还将推出采用酷睿2架构的低端处理器,这样AMD统一接口的目的也显而易见了,因为它需要一套完整的产品体系与英特尔酷睿2进行全面竞争。然而就有关测试数据来看,AMD现有双核处理器根本无法与酷睿2抗衡。为什么酷睿2处理器具有如此惊人的性能呢?这需要从基于全新架构的四大技术说起。

  首先是宽区动态执行技术。此项技术加强了酷睿2处理器指令的处理能力,经过改进的编码器和逻辑运算单元使处理器执行效率大幅提升。第二点是高级智能缓存。我们知道Pentium D系列处理器二级缓存是每个内核独立的,Athlon64 X2处理器也是如此,这样两缓存互相通信需要占用总线处理器二级缓存则是各内核共享的,这样核心间数据交换得以在处理器内部完成。其三是智能内存访问。这项技术采用更为先进的内存预取算法,能够更准确的找到即将被处理的数据,从而减少处理器等待时间以提高效率。第四点是高级数字多媒体增强技术,这项技术使得酷睿2处理器处理一个128 bit的指令仅需要一个时钟周期,而在从前需要两个时钟周期才可以完成。因此当处理SSE指令集或进行多媒体操作时酷睿2处理器的性能显著提高。 *国际商用机器公司的POWER4,2000年发布的第一个双核心模块处理器。

  * Intel的双核心Xeon处理器,开发代号为Paxville和Dempsey,初识频率为3 GHz。该公司当前还在开发双核心版本的Itanium高端服务器CPU架构并生产了Pentium D,Pentium 4的移动版。一个更新的处理器芯片Core Duo,应用在苹果电脑的iMac、高端的Mac mini、MacBook以及MacBook Pro中,以及其他多种如索尼、东芝、华硕等厂家的笔记本电脑中。下一代版本Core 2 Duo,开发代号Conroe,在2006年7月发布。

  Pentium D和PentiumEE分别面向主流市场以及高端市场,其每个核心采用独立式缓存设计,在处理器内部两个核心之间是互相隔绝的,通过处理器外部(主板北桥芯片)的仲裁器负责两个核心之间的任务分配以及缓存数据的同步等协调工作。两个核心共享前端总线,并依靠前端总线在两个核心之间传输缓存同步数据。从架构上来看,这种类型是基于独立缓存的松散型双核心处理器耦合方案,其优点是技术简单,只需要将两个相同的处理器内核封装在同一块基板上即可;缺点是数据延迟问题比较严重,性能并不尽如人意。另外,Pentium D和Pentium EE的最大区别就是Pentium EE支持超线程技术而PentiumD则不支持,Pentium EE在打开超线程技术之后会被操作系统识别为四个逻辑处理器。

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  AMD推出的Athlon 64 X2是由两个Athlon64处理器上采用的Venice核心组合而成,每个核心拥有独立的512KB(1MB)L2缓存及执行单元。除了多出一个核芯之外,从架构上相对于Athlon 64在架构上并没有任何重大的改变。

  双核心Athlon 64 X2的大部分规格、功能与我们熟悉的Athlon 64架构没有任何区别,也就是说新推出的Athlon 64 X2双核心处理器仍然支持1GHz规格的HyperTransport总线,并且内建了支持双通道设置的DDR内存控制器。

  与Intel双核心处理器不同的是,Athlon 64 X2的两个内核并不需要经过MCH进行相互之间的协调。AMD在Athlon64 X2双核心处理器的内部提供了一个称为System RequestQueue(系统请求队列)的技术,在工作的时候每一个核心都将其请求放在SRQ中,当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心,也就是说所有的处理过程都在CPU核心范围之内完成,并不需要借助外部设备。

  对于双核心架构,AMD的做法是将两个核心整合在同一片硅晶内核之中,而Intel的双核心处理方式则更像是简单的将两个核心做到一起而已。与Intel的双核心架构相比,AMD双核心处理器系统不会在两个核心之间存在传输瓶颈的问题。因此从这个方面来说,Athlon 64X2的架构要明显优于Pentium D架构。

  虽然与Intel相比,AMD并不用担心Prescott核心这样的功耗和发热大户,但是同样需要为双核心处理器考虑降低功耗的方式。为此AMD并没有采用降低主频的办法,而是在其使用90nm工艺生产的Athlon 64 X2处理器中采用了所谓的Dual StressLiner应变硅技术,与SOI技术配合使用,能够生产出性能更高、耗电更低的晶体管。

  AMD推出的Athlon 64 X2处理器给用户带来最实惠的好处就是,不需要更换平台就能使用新推出的双核心处理器,只要对老主板升级一下BIOS就可以了,这与Intel双核心处理器必须更换新平台才能支持的做法相比,升级双核心系统会节省不少费用。

  由于开发时间(2000-2001年)较早的缘故,Windows XP是一个针对单核处理器的产品。虽然支持对称单核多处理器(SMP),但是对2005年以后出现的双核单处理器如AMD 双核移动炫龙和英特尔酷睿移动处理器支持并不理想。很多的双核用户反应双核处理器在运行没有针对双核设计的程序和游戏时,出现Windows XP系统运行不稳定的情况或者跟单核处理器相比,运行速度不增反而减慢的奇怪现象 尤其是在游戏中,经常出现游戏玩家口中所谓的“卡机”现象。鉴于双核补丁对单任务系统性能有最多可达接近30%的提高,并且提高了Windows系统核心文件版本,所以建议用双核处理器且用XP系统的朋友最好打上这些补丁,但同时注意,笔记本可能会因此加大耗电量;

  双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心,从而提高计算能力。“双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的,不过由于RISC架构的服务器价格高、应用面窄,没有引起广泛的注意。

  双核主要是指基于X86开放架构的双核技术。在这方面,起领导地位的厂商主要有AMD和Intel两家。其中,两家的思路又有不同。AMD从一开始设计时就考虑到了对多核心的支持。所有组件都直接连接到CPU,消除系统架构方面的挑战和瓶颈。两个处理器核心直接连接到同一个内核上,核心之间以芯片速度通信,进一步降低了处理器之间的延迟。而Intel采用多个核心共享前端总线的方式。专家认为,AMD的架构对于更容易实现双核以至多核,Intel的架构会遇到多个内核争用总线资源的瓶颈问题。

  从用户端的角度来看,AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指标跟单核CPU保持一致,从单核升级到双核,不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板,只需要刷新BIOS软件即可,这对于主板厂商、计算机厂商和最终用户的投资保护是非常有利的。客户可以利用其现有的90纳米基础设施,通过BIOS更改移植到基于双核心的系统。计算机厂商可以轻松地提供同一硬件的单核心与双核心版本,使那些既想提高性能又想保持IT环境稳定性的客户能够在不中断业务的情况下升级到双核心。在一个机架密度较高的环境中,通过在保持电源与基础设施投资不变的情况下移植到双核心,客户的系统性能将得到巨大的提升。在同样的系统占地空间上,通过使用双核心处理器,客户将获得更高水平的计算能力和性能。

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