所谓双核心处理器,简单地说就是在一块
CPU
基板上集成两个处理器核心,并通过并行总线将各处理器核心连接起来。双核心并不是一个新概念,而只是
CMP(Chip Multi Processors
,单芯片多处理器
)
中最基本、最简单、最容易实现的一种类型。其实在
RISC
处理器领域,双核心甚至多核心都早已经实现。
CMP
最早是由美国斯坦福大学提出的,其思想是在一块芯片内实现
SMP(Symmetrical Multi-Processing
,对称多处理
)
架构,且并行执行不同的进程。
早在上个世纪末,惠普和
IBM
就已经提出双核处理器的可行性设计。在芯片的多核发展历程中,
IBM
第一个发布了双核
RISC
处理器,在
2001
年发布的
POWER 4
芯片第一次采取了双核的架构。
2004
年
POWER 5
也随之出现,它除了继承双核的架构外,还加入了多线程的技术。随后是
HP
和
Sun
相继在
2004
年的
2
月和
3
月推出了基于双核架构名为
PA-RISC8800
和
UltraSPARC
Ⅳ的双内核处理器,但此时双核心处理器架构还都是在高端的
RISC
领域。
为什么
IBM
、
HP
等厂商的双核产品无法实现普及呢?因为它们相当昂贵,没能得到广泛应用。比如拥有
128MB L3
缓存的双核心
IBM Power 4
处理器的尺寸为
115x115mm
,生产成本相当高。
双核时代开启
直到
AMD
和
Intel
相继推出自己的双核心处理器,双核心才真正走入了主流的
x86
领域。
Intel
和
AMD
之所以推出双核心处理器,最重要的原因是原有的普通单核心处理器的频率难于提升,性能没有质的飞跃。由于频率难于提升,
Intel
在发布
3.8GHz
的产品以后只得宣布停止
4GHz
的产品计划;而
AMD
在实际频率超过
2GHz
以后也无法大幅度提升,
3GHz
成为了
AMD
无法逾越的一道坎。正是在这种情况下,为了寻找新的卖点,
Intel
和
AMD
都不约而同地祭起了双核心这面大旗。
2005
年
4
月
21
日,
AMD
发布了
6
款用于支持
x86
指令集服务器的双核心
Opteron
处理器。针对
8
路应用,
AMD
发布了
Opteron 875/870/865
三款处理器,主频依次为
2.2/2.0/1.8GHz
。另外三款针对双路应用的处理器相继正式出货,分别是
Opteron 275/270/265
,频率同样是
2.2/2.0/1.8GHz
。这些双核产品可同时适用于工作站和服务器市场,
Sun
、惠普、
IBM
和曙光等服务器厂商均表示将推出相关产品。
Intel
在
2005
年
4
月
18
日发布了其用于桌面
PC
的双内核处理器——
Pentium D
及
Pentium Extreme Edition
。其中,
Pentium D
包括
820(2.8GHz)
、
830(3.0GHz)
、
840(3.2GHz)
三个型号,采用
800MHz FSB
,面向主流市场;而
Pentium EE
目前只有
840(3.2GHz)
一个型号,同样采用
800MHz FSB
,面向高端应用。
Pentium D
与
Pentium EE
都采用
0.09
微米制程,
LGA775
接口。
Pentium D
和
Pentium Extreme Edition
两者之间的唯一差别主要体现在是否支持超线程技术上:
Pentium D
不支持
HT
技术,而
Pentium Extreme Edition
则支持。由于支持
HT
技术,
Pentium Extreme Edition
可以并行处理
4
条线程的任务,也就是说在打开超线程技术的情况下
Pentium EE
将被操作系统识别为四颗处理器,而
Pentium D
则只能同时处理两线程的任务。
随着两家
CPU
巨人的双核产品的相继发布,
IT
领域硝烟又起,双核战争正式打响。
2006
初
Intel
的又一批双核新品的发布,无疑使这战争越演越烈。
2006
年
1
月
9
日,
Intel
发布了中文名字位“酷睿”的新款双核处理器。作为
Intel
“欢跃(
Viiv
)”平台和代号
Napa
的下一代“讯驰”移动平台的核心组建,“酷睿”再次显示了
Intel
在双核领域继续坐霸主宝座的决心。
与双核
RISC
处理器相比,
x86
双核处理器的推出在芯片发展历史上更具有划时代意义,可以说双核
x86
处理器的发布才开启了
IT
的双核时代。目前,
x86
双核处理器的应用环境已经颇为成熟,大多数操作系统已经支持并行处理,目前大多数新或即将发布的应用软件都对并行技术提供了支持,因此双核处理器的上市,将会使系统性能得到迅速提升。
RISC
会离我们远去吗?
在
x86
双核处理器如日中天的背后,我们也许会思索,
RISC
会离我们远去吗?
IBM
、
HP
和
SUN
等在基于
RISC
的双核处理器上的尝试都没有取得理想的成绩,
HP
更是在去年彻底抛弃了
RISC
芯片。当我们带着是否
RISC
终将被芯片商最终抛弃的疑问询问
Intel
和
AMD
时,他们出奇一致地认为
RISC
不会消亡,并指出在很多高端计算应用方面
RISC
有着
x86
无法比拟的优势。在高端服务器市场的
RISC
阵营,不但有
IBM Power
、
Sun UltraSPARC
、
MIPS
、
Alpha
等明星级处理器,而且它已经有二十多年的发展历史。从
IBM
七十年代末的
S/38
开始,采用
RISC
处理器的系统就开始吸引企业用户的关注,经过这么多年的积累,
RISC
系统已经在企业服务器和
HPC
用户心中建立了一种类似于神化的、不可动摇的地位。
如果我们将
RISC
处理器与
x86
处理器作对比,很容易发现二者存在巨大差别:在晶体管规模和能耗相当的情况,
RISC
处理器的性能比
x86
处理器高出数倍甚至数十倍,二者根本不具可比性。造成这种情况的根本原因在于:
RISC
基于一套优化过的指令体系,该指令体系根据著名的“
80-20
”法则所创立,让
20
%的活跃指令处于优先执行阶段,以此为基础设计出的处理器就具有高效率的特点。相反,
x86
处理器属于
CISC
体系,指令不管执行频度高低都处于相同的地位、执行单元都得占据同样数量的晶体管,造成的后果就是芯片规模大,性能一直难有根本性提升。
在
1995
年,一个名叫
NexGen
的公司(后被
AMD
收购)认识到
x86
指令集是提高
CPU
性能的一个很大的障碍,因为
x86
指令的长度和格式都各不相同,会造成解码困难。于是他们开发出了
NX586(AMD
在
NX586
的基础上开发出了
K6
核心
)
,
NX586
在相同时钟频率下的运行速度比
Pentium
快,秘密就在于它把那些长度不定的
x86
指令集翻译成了短小且长度固定的类
RISC
指令,新一代
x86 CPU
诞生了。这些
CPU
使用了同
RISC CPU
一样的性能增强手段。几乎同时,
Intel
采用了同样的思路:
Pentium Pro
就具有一个快速的
RISC
核心,后来的
P
Ⅲ、
P
Ⅱ、赛扬等
CPU
都是在这个核心(
P6
)上繁衍出来的。
x86
架构在今天仍然能同
RISC
竞争的主要原因是,现代的
x86 CPU
都具有先进的
RISC
核心、寄存器重命名、乱序执行等技术,从而突破了
x86
架构的限制
,
进而向服务器等高端应用扩展着它的领地,甚至和
RISC
服务器一较长短。
今天,
RISC
依旧着其高端应用的角色,而
x86
应用的触角则伸向了各个角落,安腾架构处理器也开始挑战
RISC
的高端应用优势。究竟
RISC
会不会离我们远去,只能由应用去验证。