新世纪CPU的成长足迹

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  在所有的电脑部件中,CPU作为老大的地位一直无可撼动,人们常形象地把CPU称为电脑心脏,这颗“心脏”已经“跳”动了30多年,从Intel的4004开始,到了Intel、AMD、Cyrix三足鼎立,到Intel一家独大,再到现在Intel、AMD双核抗衡。CPU已经从原来稚嫩的孩童,成长为一个越跑越快的小伙子,CPU向速度更快、64位结构、多核心方向前进。尤其进入新世纪以来,Intel、AMD两大巨头激烈的市场角逐竞争,给消费者带来一个又一个惊喜的同时,把CPU推上了一个巅峰时代。30年的历程似乎有些太长,而新世纪这几年CPU的发展相信很多朋友都历历在目。下面就让我们一起回首新世纪CPU的成长足迹吧!
  
  1 2000年,奔4年
  
  2000年是一个不平凡的年份,标志着一个新时代的诞生,“世纪之交”是一个大话题。在IT业这一年也是异常的躁动。2000年以前的奔腾时代,Intel一直处于主导地位,AMD似乎虽然虎视眈眈,但也只能在中低端市场捡点边缘用户。Intel在那个时代推出过不少经典之作,例如:奔腾/赛扬系列、移动领域的迅驰系列处理器等等,其中奔腾这个处理器的代名词更是深得人心,奔腾甚至成为了电脑的代名词。
  然而这种由来已久的“领头羊”地位在新世纪初便被AMD给抢占了,2000年3月7日AMD率先英特尔(Intel)正式推出了划世纪的1GHz Athlon处理器,这标志着AMD的主频首次超过Intel,虽然在2000年3月9日英特尔也推出1GHz的Pentium III处理器,但只不过是和AMD打了个平手,两者之间的竞争进入白热化。紧接着2000年11月20日,Intel终于推出了“Pentium 4”处理器,重新从AMD手中夺会失去了快一年的“速度王”桂冠。Intel这次推出的“Pentium 4”处理器有两种,它们的速度分为1.4 GHz和1.5 GHz两种,它们均采用0.18微米的制造技术。Pentium 4处理器最主要的特点就是抛弃了Intel沿用了多年的P6结构,采用了新的NetBurst CPU结构。NetBurst结构具有不少明显的优点:20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等等。
  由于多方面因素,虽然Pentium 4还有这样或者那样的诟病,但在频率论英雄的年代,Pentium 4在2000年取得了前所未有的胜利,同时也是广告大战中最为成功的产品,很大一部分进入DIY领域的朋友都是从Pentium 4的时代开始的,尽管最终选择的可能是赛扬产品,但是Pentium 4的知名度绝对是胜于以往奔腾产品。特别是在中国地区,台式机制造商对Pentium 4的推波助澜起到了非常大的作用,使得Pentium 4一度深入民心。2000年绝对属于Pentium 4的一年。
  
  2 64bit时代,AMD的反击战
  
  此后的两三年时间里,Pentium 4是风光无限,但事实上,奔腾时代的衰亡从2000年Intel推出的Pentium 4就已经埋下了伏笔了。当时Pentium 4采用NetBurst架构,这种架构为了实现主频的提高而采用过多流水线的设计,与当时的上一代主流产品基于图拉丁核心的Pentium III比较,根本体现不出性能优势,虽然英特尔一直声称Pentium 4是完美无缺,可是实际状况却远非Intel说的那么简单。第一代Pentium 4首先是耗电惊人,所以Pentium4系统使用的主板被设计为电源的12V电压(ATXl2),再通过一个4脚的插座和3.3V、5V一起供给主板,另外还在20针电源接口的旁边还加了一个6针的辅助电源接口。最致命的硬伤还是Willamette核心属于Pentium 4最早期的产品,因此它的发热量很大、频率提升困难。只有1.7GHz和1.8GHz两个版本。而且它的二级缓存只有256KB,超深的处理流水线使得总体性能并不理想,特别是对于超频用户来说,这类产品难以让人感到满意。但这一系列背后严重的危机在AMD的Athlon 64推出之前并没有彻底暴露出来,消费者还是乐此不疲地用Pentium 4武装自己的电脑。
  在2003年之前,AMD都没有太大的动作,在随后的频率大战中Intel还是能保住巨人的颜面,Net-Burst架构的高频率产品的综合性能实实在在的,加上Intel强大的上游厂商操控能力,AMD即使在产品上同样出色甚至某些同价格段产品占有更大一点儿的优势,也同样没有法与Intel较量。在2003年前,Pentium 4每次的频率攀升都给竞争对手带来沉重的打击。当人们已经习惯了Pentium 4,看倦了Intel的时候,AMD正在慢慢酝酿着一场风暴。或许由于In-tel走的太顺利了,放松了警惕给它的竞争对手AMD一个重要的喘息机会,从用户角度上来说,一家独大的垄断并不是一件好事情,至少在装机的时候没有选择的余地,而AMD之前出色的超频性能一直为人所称道,有人开始期盼着AMD的回归。
  2003年9月23日,全球第一款桌面系统64bit处理器在美国正式发布。几经波折,Athlon 64终于在人们期待的目光中揭开了神秘面纱。Athlon 64的诞生对于桌面处理器领域具有划时代的意义。对于AMD来说,这更是具有战略意义的关键一步。Athlon64的产品线划分非常明确,一是采用Socket940接口,面向顶级桌面用户的Athlon64 FX系列:另一个就是面向主流用户,采用Socket754接口的Athlon 64系列。但是,随着时间的推移和竞争对手的不断变化,Athlon 64处理器家族也渐渐庞大了起来。到如今,Athlon 64家族已经演变成为了一个拥有4种核心、3种接口、2种制程、近20款产品的复杂体系。这样一来,AMD一下子打破了那段时期的不利局面——按照原定布局领先对手步入了64bit时代,更加高明的是AMD这次是避开在架构和制造工艺等方面的厮杀,而是另辟战场利用Athlon 64打了Intel一个措手不及。Athlon 64的发布,使得桌面电脑迅速迈入64bit时代,加之操作系统、软件的逐渐成熟。AMD正在迎来自己的黄金时代。
  
  ·64bit与32bit的主要区别
  Athlon 64与传统32位处理器的最大区别在于:在Athlon 64和Athlon64 FX处理器中,AMD加入了一个被称为x86-64的指令集,正是这个指令集赋予了Athlon 64系列处理器64位的计算能力。但由于当时64位应用目前还远未成为主流,所以它并没有将Athlon 64/FX设计成一款仅支持64位计算的处理器,而是在支持64位代码的基础上提供了对32位和16 位代码的良好兼容。正是这样的设计使得Athlon 64/FX在执行32位代码时不必重新进行编译,从而避免了效率低下所导致的性能损失。总体来说,Athlon 64/FX既为我们提供了64位计算能力,又完全兼容目前的32位甚至16位应用,是一款全能型处理器。突破传统,而又兼容传统,这是当时AMD Athlon 64取得巨大成功的重要原因之一。
  
  3 Intel和AMD的双核大战烽烟再起
  
  AMD Athlon 64系列异军突起,让一向做惯了老大的英特尔感觉非常不舒服,这一战场难分高下,那就另辟蹊径决一胜负。2005年第二季度,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 D840,为了满足一般用户的需要英特尔同时还推出了Pentium D820、830这两款处理器。Pentium D8xx双核处理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。虽然英特尔在双核技术推广上占得先机,不过在几个星期之后AMD立刻发布了Athlon 64X2系列处理器还以颜色,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上。Pentium D820与AMD Athlon64 X23800+成了两大阵营对垒的两大主将,从此“双核之争”又成了业内人士津津乐道的话题。
  其实公平而言,Pentium D820与Athlon 64 X23800+本来就不是同一定位的产品,彼此之间存在近65%的价格差异。Athlon 64 X2 3800+拥有性能优势,而Pentium D820则拥有价格优势,双方在价格和性能上各有千秋,难分高下。
  卧榻之上,岂容他人酣睡。Athlon 64 X2 3800+的性能优势让英特尔无时无刻不在耿耿于怀,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。这种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 D9xx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 D9xx处理器运行频率再次得到突破,主频高达3.73GHz的Pentium D965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。由此英特尔65nm制程技术逐渐成熟起来,不久Pentium D930处理器入主市场,Pentium D820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由于其内置的内存控制器则导致Athlon 64 X2系列处理器主要技术规格没有突破性的改进,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,仅支持DDR 400内存成为AMD反对者们常常提及的软肋。加之Athlon 64 X2 3800+处理器的价格居高不下,很多消费者又转向了英特尔阵营。
  
  4 酷睿,奔腾时代的终结者
  
  奔腾全系列处理器的历史几乎可以看成是一部PC近代史,Pentium 4把这个时代推向了高潮。由于Pentium 4系列一味以牺牲功耗为代价来提升频率,而性能方面却没有与功耗成正比。与此同时,AMD的K7、K8系列由于架构上的优势,在保持低功耗的同时,能实现高性能,这令不少Intel的粉丝们投向了AMD的环抱。为了满足消费者无止境的需求,Intel马不停蹄又开发出了Northwood核心的产品,Northwood核心的Pentium 4采用0.13微米工艺制造,相比Willamette内核的处理器,其主频有了很大飞跃,二级缓存也从256K翻番到512KB。而Prescott核心的Pentium 4采用了另人咋舌的3l级流水线设计,配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。接着是双核心的Intel Pentium 840EE发布,此时Intel Pentium 4核心已经发展到了颠峰。但到了这个时候这个时代的衰落痕迹也显露无疑。由于奔腾4系列架构的先天缺陷,想再无止境的提升频率就变成了不可能完成的任务了。
  Intel急需一位更为强悍的终结者来完成终结奔腾的使命,那就是“酷睿”。酷睿架构是一个位于以色列的开发团队在沿用移动处理器架构的基础上研发的,而这种移动处理器架构就是在移动领域有着出色表现的用于迅驰平台的奔腾M处理器。有了这么优秀的架构作为基础,以色列的开发团队临危受命,开发出新一代架构的酷睿架构,使他们成为了Intel的救星。Intel将桌面、移动、服务器架构统一成酷睿架构,这一次革命性的变革是PC业界一次重大的洗礼,引起了业界的重大轰动。2006年7月27日,Intel在全球范围内宣布其桌面微处理器产品进入到了全新的“酷睿”时代,酷睿2处理器闪亮登场,就在这一天,Intel正式宣布了统治了桌面处理器领域长达13年之久的奔腾时代结束,以前以奔腾M为核心的笔记本CPU、奔腾4系列为核心的台式机CPU和至强为核心的服务器CPU的奔腾年代已经过去,全面进入酷睿时代。而酷睿时代正是从酷睿微架构开始,而一代枭雄Pentium 4最终还是落幕了。
  
  5 CPU新霸主——酷睿2
  
  如果说“酷睿”诞生还没有引起AMD的足够关注的话,那么“酷睿2”的强大性能则让AMD有些措手不及了。酷睿2相比第一代的确有了一个不小的飞跃。比如宽区动态执行技术加强了酷睿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。然后是高级智能缓存。酷睿2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。
  眼看这辛苦夺取的市场份额又被英特尔蚕食,AMD当然不甘失败,2006年中旬,支持DDR2规格内存并采用AM2接口的处理器发布,但令人遗憾的是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。很明显AM2支持DDR2的内存控制器实为败笔,但也有人分析AMD最新推出AM2接口支持DDR2为虚,统一接口才是真正目的。但根据有关测试数据来看,AMD现有双核处理器根本无法与酷睿2抗衡。这种差异不仅仅在性能方面,比如处于相同价位的Core2 DuoE6300性能却在Athlon64 X2 4200+之上,而Pentium D805了占领成为低端用户市场。这样高中低端三个市场英特尔都有主打产品,相比之下,AMD却有些捉襟见肘了。目前看AMD在双核之路上似乎又回到了以前的老路上,惟有拼价格才能占据一席之地了。
  从2000年到现在,新世纪开头CPU经历了太多的风云变幻,这几年见证了奔腾系列从Pentium4走向高潮到衰落,从AMD Athlon 64的异军突起到双核大战,CPU的发展脚步越来越快,制作工艺将更加精细,将会由现在0.09微米向0.065微米过渡,今年大部分CPU厂商都将采用0.065微米工艺制造处理器。制造工艺的提高,意味着体积更小,集成度更高,耗电更少,相信还会有更强劲完美的产品带给大家,一起体验科技带给我们的快感。
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