〈转贴〉市面上形形色色的处理器核心详解

     CPU厂商会给属于同一系列的CPU产品定一个系列型号,而系列型号则是用于区分CPU性能的重要标识。英特尔公司的主要CPU系列型号有PentiumPentium ProPentiumIIPentium IIIPentium 4Pentium-mPentium XXX(如Pentium530)、CeleronCeleron IICeleron DXeon等等。而AMD公司则有K5K6K6-2DuronAthlon XPSempron Athlon 64等等。

不同的CPU(不同系列或同一系列)都会有不同的核心类型(例如Pentium 4NorthwoodWillamette以及K6-2CXTK6-2+ST-50等等),甚至同一种核心都会有不同版本的类型(例如Northwood核心就分为B0C1等版本),核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误,并提升一定的性能,而这些变化普通消费者是很少去注意的。

核心(Die)又称为内核,是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。为了便于CPU设计、生产、销售的管理,CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号,这也就是所谓的CPU核心类型。261271530©Replays.Net版权所有--griffyn©1897339880

一般说来,新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能(例如同频的Northwood核心Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz性能要高),但这也不是绝对的例如,早期Willamett19e核心Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬,现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4等等,但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善,新核心的中后期产品的性能必会超越老核心产品。1545083272©Replays.Net版权所有--griffyn©437494870
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  CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积(这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格)、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能(例如集成内存控制器等等)以及双核心和多核心(也就是1CPU内部有2个或更多个核心)等。CPU核心的进步对普通消费者而言,最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU389985413©Replays.Net版权所有--griffyn©530443696

英特尔CPU核心

  Tualatin

  这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心,是IntelSocket 370架构上的最后一种CPU核心,采用0.13um制造工艺,封装方式采用FC-PGA2PPGA,核心电压也降低到了1.5V左右,主频范围从1GHz1.4GHz,外频分别为100MHz(赛扬)和133MHzPentium III),二级缓存分别为512KBPentium III-S)和256KBPentium III和赛扬),这是最强的Socket 370核心,其性能甚至超过早期低频的Pentium 4系列CPU

  Willamette

  这是早期的Pentium 4P4赛扬采用的核心,最初采用Socket 423接口,后来改用Socket 478接口(赛扬只有1.7GHz1.8GHz两种,都是Socket 478接口),采用0.18um制造工艺,前端总线频率为400MHz,主频范围从1.3GHz2.0GHzSocket 423)和1.6GHz2.0GHzSocket 478),二级缓存分别为256KBPentium 4)和128KB(赛扬),注意,另外还有些型号的Socket 423接口的Pentium 4居然没有二级缓存!核心电压1.75V左右,封装方式采用Socket 423PPGA INT2PPGA INT3OOI 423-pinPPGA FC-PGA2Socket 478PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。Willamette核心制造工艺落后,发热量大,性能低下,已经被淘汰掉,而被Northwood核心所取代。

  Northwood

  这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心,其与Willamette核心最大的改进是采用了0.13um制造工艺,并都采用Socket 478接口,核心电压1.5V左右,二级缓存分别为128KB(赛扬)和512KBPentium 4),前端总线频率分别为400/533/800MHz(赛扬都只有400MHz),主频范围分别为2.0GHz2.8GHz(赛扬),1.6GHz2.6GH400MHz FSB Pentium 4),2.26GHz3.06GHz533MHz FSB Pentium 4)和2.4GHz3.4GHz800MHz FSB Pentium 4),并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术(Hyper-Threading Technology),封装方式采用PPGA FC-PGA2PPGA。按照Intel的规划,Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。

  Prescott

这是Intel最新的CPU核心,目前Pentium 4 XXX(如Pentium 4 530)和Celeron D采用该核心,还有少量主频在2.8GHz以上的CPU采用该核心。其与Northwood最大的区别是采用了0.09um制造工艺和更多的流水线结构,初期采用Socket 478接口,目前生产的全部转到LGA 775接口,核心电压1.25-1.525V,前端总线频率为533MHz(不支持超线程技术)和800MHz(支持超线程技术),最高有1066MHzPentium 4至尊版。其与Northwood相比,其L1 数据缓存从8KB增加到16KB,而L2缓存则从512KB增加到1MB2MB,封装方式采用PPGAPrescott核心已经取代Northwood核心成为市场的主流产品。

Prescott 2M1917281095©Replays.Net版权所有--griffyn©597665290
  Prescott 2M
Intel在台式机上使用的核心,与Prescott不同,Prescott 2M支持EM64T技术,也就说可以使用超过4G内存,属于64CPU,这是Intel第一款使用64位技术的台式机CPUPrescott 2M核心使用90nm制造工艺,集成2M二级缓存,800或者1066MHz前端总线。目前来说P46系列和P4EE CPU使用Prescott 2M核心。Prescott 2M本身的性能并不是特别出众,不过由于集成了大容量二级缓存和使用较高的频率,性能仍然有提升。此外Prescott 2M核心支持增强型IntelSpeedStep技术 (EIST),这技术完全与英特尔的移动处理器中节能机制一样,它可以让Pentium 4 6系列处理器在低负载的时候降低工作频率,这样可以明显降低它们在运行时的工作热量及功耗。2041244794

  Intel双核心处理器

  目前Intel推出的双核心处理器有Pentium DPentium Extreme Edition,同时推出945/955芯片组来支持新推出的双核心处理器,采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口,但处理器底部的贴片电容数目有所增加,排列方式也有所不同。

  桌面平台的核心代号Smithfield的处理器,正式命名为Pentium D处理器,除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外,D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。

  Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台,Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。Pentium D内核实际上由两个独立的2独立的Prescott核心组成,每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元,两个核心加起来一共拥有2MB,但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存,因此必须保正每个二级缓存当中的信息完全一致,否则就会出现运算错误。

  为了解决这一问题,Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH(北桥)芯片,虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大,但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理,毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延迟,从而影响到处理器整体性能的发挥。

  由于采用Prescott内核,因此Pentium D也支持EM64T技术、XD bit安全技术。值得一提的是,Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显:在多个物处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如,如果应用程序需要两个运算线程,很明显每个线程对应一个物理内核,但如果有3个运算线程呢?因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性,英特尔决定针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持。

   同出自Intel之手,而且Pentium DPentium Extreme Edition两款双核心处
理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同。其中它们之间最大的不
同就是对于超线程(Hyper-Threading)技术的支持。Pentium D不能支持超线程技术,
Pentium Extreme Edition则没有这方面的限制。在打开超线程技术的情况下,双核心Pentium Extreme Edition处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器,可以被系统认成四核心系统。

AMD CPU核心

  Athlon XP的核心类型

Athlon XP4种不同的核心类型,但都有共同之处:都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注。

 

  Palomino

  这是最早的Athlon XP的核心,采用0.18um制造工艺,核心电压为1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz

  Thoroughbred

  这是第一种采用0.13um制造工艺的Athlon XP核心,又可分为Thoroughbred-AThoroughbred-B两种版本,核心电压1.65V-1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz333MHz

  Thorton

  采用0.13um制造工艺,核心电压1.65V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为333MHz。可以看作是屏蔽了一半二级缓存的Barton

  Barton

  采用0.13um制造工艺,核心电压1.65V左右,二级缓存为512KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为333MHz400MHz

  新Duron的核心类型

  AppleBred

  采用0.13um制造工艺,核心电压1.5V左右,二级缓存为64KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz。没有采用PR标称值标注而以实际频率标注,有1.4GHz1.6GHz1.8GHz三种。

  Athlon 64系列CPU的核心类型

  Clawhammer

  采用0.13um制造工艺,核心电压1.5V左右,二级缓存为1MB,封装方式采用mPGA,采用Hyper Transport总线,内置1128bit的内存控制器。采用Socket 754Socket 940Socket 939接口。

  Newcastle

其与Clawhammer的最主要区别就是二级缓存降为512KB(这也是AMD为了市场需要和加快推广64CPU而采取的相对低价政策的结果),其它性能基本相同。

Sledgehammer612607640©Replays.Net版权所有--griffyn©254703725
  Sledgehammer
AMD服务器CPU的核心,是64CPU,一般为940接口,0.13微米工艺。Sledgehammer功能强大,集成三条HyperTransprot总线,核心使用12级流水线,128K一级缓存、集成1M二级缓存,用于单路到8CPU服务器。Sledgehammer集成内存控制器,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时,支持双通道DDR内存,由于是服务器CPU,当然支持ECC校验。

Wincheste807243462©Replays.Net版权所有--griffyn©1333851596
  Wincheste
是比较新的AMD Athlon 64CPU核心,是64CPU,一般为939接口,0.09微米制造工艺。这种核心使用200MHz外频,支持1GHyperTransprot总线,512K二级缓存,性价比较好。Wincheste集成双通道内存控制器,支持双通道DDR内存,由于使用新的工艺,Wincheste的发热量比旧的Athlon小,性能也有所提升。1062630162©Re
Sempron系列CPU的核心类型609893098©Replays.Net版权所有--griffyn©1292687997
    Paris
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  Paris
核心是Barton核心的继任者,主要用于AMD的闪龙,早期的754接口闪龙部分使用Paris核心。Paris采用90nm制造工艺,支持iSSE2指令集,一般为256K二级缓存,200MHz外频。Paris核心是32CPU,来源于K8核心,因此也具备了内存控制单元。CPU内建内存控制器的主要优点在于内存控制器可以以CPU频率运行,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时。使用Paris核心的闪龙与Socket A接口闪龙CPU相比,性能得到明显提升。1200836517©Replays.Net版权所有--griffyn©70589778
    Palermo
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  Palermo
核心目前主要用于AMD的新闪龙CPU,使用Socket 754接口、90nm制造工艺,1.4V左右电压,200MHz外频,128K256K二级缓存。Palermo核心源于Athlon 64Wincheste核心,不过是32位的。除了拥有与AMD高端处理器相同的内部架构,还具备了EVPCool‘n’Quiet;和HyperTransportAMD独有的技术,为广大用户带来更冷静、更高计算能力的优秀处理器。由于脱胎与ATHLON 64处理器,所以这Palermo同样具备了内存控制单元。CPU内建内存控制器的主要优点在于内存控制器可以CPU频率运行,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时。比Celeron D的性能要好。

  AMD双核心处理器

  AMD推出的双核心处理器分别是双核心的Opteron系列和全新的Athlon 64 X2系列处理器。其中Athlon 64 X2是用以抗衡Pentium DPentium Extreme Edition的桌面双核心处理器系列。

  AMD推出的Athlon 64 X2是由两个Athlon 64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,从架构上相对于目前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。AMDAthlon 64 X2双核心处理器的内部提供了一个称为System Request Queue(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 64 X2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 Stress Liner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。

 

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