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          超能課堂(290):處理器是如何從單核演化到64核的(1)

          發(fā)布人:超能網(wǎng) 時(shí)間:2021-10-21 來源:工程師 發(fā)布文章

          自Intel在1978年推出第一顆x86處理器8086之后,CPU的發(fā)展方向一直都是更寬,整合更多的指令集與外部控制器,以及更高的主頻,但這些東西都會(huì)受到當(dāng)時(shí)的制程工藝限制,CPU內(nèi)核架構(gòu)沒個(gè)三五年其實(shí)是沒法弄個(gè)全新的出來的,而頻率這東西則得同時(shí)看CPU架構(gòu)與制程工藝,當(dāng)CPU的單核效能與頻率都到瓶頸之后,Intel與AMD都得出了一個(gè)答案,向多核發(fā)展,到了2005年,雙核時(shí)代到來,就此之后CPU的內(nèi)核數(shù)量越堆越多,直到現(xiàn)在16核能出現(xiàn)在主流平臺(tái)上,而HEDT平臺(tái)甚至能達(dá)到64核之多。

          今天我們就來回顧一下多核處理器是如何發(fā)展到現(xiàn)在這個(gè)樣子的。

          首個(gè)雙核處理器:Intel Pentium D

          其實(shí)Intel與AMD的雙核處理器發(fā)布時(shí)間都在2005年5月,但I(xiàn)ntel的Pentium D要早一點(diǎn),所以它就成了第一個(gè)雙核處理器了,首發(fā)的包括Pentium D 820/830/840,采用90nm工藝核心代號(hào)Smithfield,每核心擁有1MB L2緩存,均是800MHz的FSB,隨后還推出了帶超線程技術(shù)的Pentium Extreme Edition 840處理器,雙核四線程,F(xiàn)SB也提升到了1066MHz,頻率也更高。

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          在次年一月份Intel推出了升級(jí)65nm工藝的Presler,也就是Pentium D 900系列,更先進(jìn)的工藝帶來了更高的頻率以及更好的功耗控制,L2緩存也升級(jí)到每核心2MB,但FSB沒變,至尊版則包括955和965兩個(gè)型號(hào),他們均解除了倍頻鎖,同時(shí)他們還推出了Pentium D 805處理器,頻率比Pentium D 820更低,而且FSB降低到533MHz,但價(jià)格低得多,它的存在確實(shí)為普及雙核處理器有不少貢獻(xiàn)。

          當(dāng)然了Pentium D也是一款爭(zhēng)議很大的產(chǎn)品,畢竟他里面是兩顆以高頻低能著稱的Pentium 4處理器,而且不是兩個(gè)Pentium 4內(nèi)核,而是真的是兩顆Pentium 4處理器(Smithfield是兩個(gè)Prescott,而Presler則是兩個(gè)Cedar Mill),他們被封裝到一塊PCB上,而且他們之間是沒有直接互聯(lián)的,數(shù)據(jù)交換需要通過FSB,但FSB本來就不夠用,這導(dǎo)致雙核效能季度低下,性能完全不是AMD Athlon 64 X2的對(duì)手,再加上Pentium 4本來就熱,把兩個(gè)封在一齊只會(huì)更熱,在很長(zhǎng)一段時(shí)間里Pentium D都被人叫作大火爐。

          現(xiàn)在來看Pentium D系列處理器只是Intel的一個(gè)緩兵之計(jì),要第一款雙核處理器的頭銜,還得找產(chǎn)品對(duì)抗AMD的雙核,但自己的真雙核Core 2 Due要等新工藝,所以就把Pentium D搬了出來。

          首款原生雙核:AMD Athlon 64 X2

          AMD的雙核處理器Athlon 64 X2也是在2005年5月份出的,但比Intel要晚,沒搶到首款雙核的頭銜,但與Pentium D不同,AMD的Athlon 64 X2是在同一塊芯片內(nèi)整合了兩個(gè)K8核心,兩個(gè)核心之間可透過System Request Queue實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通,執(zhí)行效率比Pentium D好多了,所以有了當(dāng)年聲勢(shì)浩大的真假雙核討論。

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          最初Athlon 64 X2只出在Socket 939平臺(tái)上,采用90nm工藝,型號(hào)從3600+到4600+,頻率從2GHz到2.4GHz,L2緩存有256KB*2、512KB*2以及1MB*2三種。在2006年5月推出AM2平臺(tái)后就轉(zhuǎn)移到了那邊,這次頻率范圍是2GHz到3.2GHz,型號(hào)則是從3600+到6400+,L2緩存依然是那三種容量。

          在2006年12月,AMD推出了升級(jí)65nm工藝的Athlon 64 X2處理器,L2緩存統(tǒng)一成512KB*2,頻率從1.9GHz到3.1GHz,型號(hào)是3600+到6000+,此外還有45W的低功耗衍生版本Athlon X2 BE 45w系列。

          K8時(shí)代可以說是AMD當(dāng)年的頂峰,基本上K8架構(gòu)是要遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)手Intel Pentium 4所用的NetBusrt架構(gòu)的,與后來這Core 2 Due相比雖然說處于劣勢(shì)但至少還可打得有來有回,而K8之后的K10以及推土機(jī)架構(gòu)的表現(xiàn)就真的一言難盡。

          首款四核處理器:Core 2 Quad

          Intel的Pentium D處理器的繼任者是非常經(jīng)典的Core 2 Due處理器,而且他們還用當(dāng)年炮制首款雙核處理器的手法造出了首款四核處理器Core 2 Quad。

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          首款桌面級(jí)的四核處理器誕生于2006年11月2日,首發(fā)的只有Core 2 Extreme Edition QX6700,最后陸續(xù)推出了Core 2 Quad Q6600、Core 2 Extreme Edition QX6800、Core 2 Quad Q6700、Core 2 Extreme Edition QX6850。

          這些處理器的核心代號(hào)是Kentsfield,其實(shí)就是由兩個(gè)Conroe的Core 2 Due封裝而成,跨芯片通信同樣需要通過FSB,不過FSB頻率和Core 2 Due一同提升到了1066MHz,至尊版的QX6850則直接提到1333MHz的FSB,主頻則是從2.4GHz到3GHz,均配備4MB*2的L2緩存。

          這次Intel比AMD足足早了一年拿出了四核處理器,也就是說Core 2 Quad在一年的時(shí)間內(nèi)根本沒有對(duì)手,即使AMD在一年后拿出了K10這個(gè)原生四核,并再一次挑起了真假四核之爭(zhēng),但K10早期存在TLB bug大幅影響性能,再加上Core架構(gòu)實(shí)在太強(qiáng)了,即使是膠水四核也能把AMD的原生四核打趴下。

          更重要的是,AMD在推出K10的時(shí)候,Intel這邊已經(jīng)拿出了45nm制程升級(jí)版的Yorkfield,更先進(jìn)的工藝帶來了更高的頻率,F(xiàn)SB也全部提升到1333MHz,而且產(chǎn)品線也進(jìn)行了細(xì)分,根據(jù)L2的容量來進(jìn)行劃分,有2MB*2的Q8x00系列,3MB*2的Q9x00系列,還有6MB*2的Q9x50系列,最高端的當(dāng)然還是至尊版,Core 2 Extreme QX9770可以說LGA 775平臺(tái)的絕唱,F(xiàn)SB達(dá)到了1600MHz,頻率3.2GHz,不過呢,實(shí)際上Core 2處理器的超頻能力都非常好,很多45nm的Core 2 Quad動(dòng)手超下都能達(dá)到它的水平。

          首款三核處理器:AMD Phenom X3

          AMD的K10架構(gòu)四核是2007年11月11日發(fā)布的,它確實(shí)是首款的原生四核處理器,并且首次把L3緩存引入到消費(fèi)級(jí)市場(chǎng),但它上來就碰到TLB bug,雖然可以通過bios升級(jí)修復(fù)問題,但會(huì)導(dǎo)致5%到20%的性能損失,直到次年4月推出的B3步進(jìn)產(chǎn)品才修復(fù)了問題,但整體效能還是不如對(duì)手的Core 2 Quad。

          4.jpg不過原生四核倒是能比Intel的膠水四核玩出更多的花樣,比如屏蔽一個(gè)核心就可以當(dāng)成三核處理器拿去賣了,這就有了Phenom X3,在市場(chǎng)上銷售的盒裝Phenom X3其實(shí)都是B3步進(jìn)的,第一代產(chǎn)品由于還是采用65nm工藝,所以頻率較低,從1.9GHz起步,最高2.5GHz,每個(gè)核心獨(dú)享512KB L2緩存,所有核心共享2MB L3緩存。

          Phenom X3的目標(biāo)對(duì)手自然不會(huì)是對(duì)手的四核,而是他們的雙核處理器,想憑借多一個(gè)核心來戰(zhàn)勝對(duì)手,但當(dāng)時(shí)系統(tǒng)與軟件對(duì)多線程優(yōu)化遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在那么好,再加上到了2007年Intel的產(chǎn)品已經(jīng)升級(jí)到了45nm工藝,頻率以及超頻能力都要比AMD好不少,多一個(gè)核心其實(shí)沒給AMD帶來多大優(yōu)勢(shì),而且較低的頻率讓Phenom X3在當(dāng)時(shí)的游戲表現(xiàn)還不如自己的高頻K8雙核。

          但這些三核處理器帶來了開核玩法,就是把原本屏蔽了的殘缺核心通過BIOS里面的ACC選項(xiàng)重新開啟,這就讓當(dāng)時(shí)AMD的處理器充滿話題性,當(dāng)然開出來的是原本殘缺核心,多少有些問題,所以頻率可能要降一點(diǎn),電壓也要加一點(diǎn),但這對(duì)玩家來說不算什么,開核的玩法后來也擴(kuò)展到后來的Athlon II和Phenom II處理器上。

          在45nm版K10處理器推出后AMD還推出了Phenom II X3以及屏蔽L3緩存的Athlon II X3處理器,后續(xù)的第一代采用K10內(nèi)核的APU也有A6-3500這個(gè)三核的型號(hào),基本上三核處理器伴隨了K10架構(gòu)的整個(gè)生命周期。

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