图说硬件之CPU篇 蜡笔小新看芯路历程

互联网 | 编辑: 吴俊杰 2010-09-16 12:00:00原创 返回原文

蜡笔小新看芯路历程

从1971年世界上第一台微处理器4004诞生于Intel,到现在不同性能阶梯的多线程处理器,CPU的成长也从早期Intel的独角戏,到后来短暂的三足鼎立,再到后来的两大阵营,在推动计算机技术飞速前进的同时,也留给了人们一部跌宕起伏的芯片发展史。

今天蜡笔小新同学呆着名为“芯路历程”的PPT来到了Pchome,带领我们一起去重温一下这39年来CPU的蜕变过程。

7年Intel CPU独角戏童年

1971年,世界上第一块微处理器4004在Intel公司诞生了。

4004长1/6英寸、宽1/8英寸,分为五层,最初基于2英寸晶圆生产,后来改用3英寸晶圆,集成晶体管2250个,各晶体管相互之间的距离是10微米,可处理4位数据,每秒运算6万次,频率108KHz,成本低于100美元。4004的性能与1946年的首台电子计算机ENIAC相当,但后者的庞大身躯需要占用整个房间,内部则是18000个真空管。如今的Core 2 Duo则基于12英寸(300mm)晶圆,拥有2.91亿个晶体管,生产工艺也飞跃到了65nm。

4004的出现开启了微处理器时代,比起现在的CPU,4004显得很可怜,它只有2300个晶体管,功能相当有限,而且速度还很慢。随后,Intel公司又研制出了8050处理器、8080处理器、8085处理器,加上当时Motorola公司的MC6800微处理器和Zilog公司的Z80微处理器,一起组成了八位微处理器的家族。

4004

INTEL 8050

这是一颗8bit的控制器,1977年生产,距今也有些年份了,韩国制造。

随后,经典的Intel 8080处理器于1974年4月推出,它采用了更先进的6微米制程技术,包含了6000多个晶体管,主频达到了2MHz,性能是上一代处理器的10倍。公认的第一台个人计算机Altair8800正是采用了Intel 8080处理器。Intel 8080处理器当时是如此流行,很多公司开始生产“兼容处理器”。

Intel 8080 

在此以后,Intel、Motorola 、Zilog又相继推出INTEL8085、MC6800、Z80等字长为8位的微处理器。这些微处理器集成约9000多只晶体管,开始替代电子逻辑元件,被应用于各种应用电路和设备之中。

1976年3月,英特尔发布了Intel 8085处理器,这款处理器主频达到了5MHz,采用了3微米制程技术,包含了6500个晶体管。8085是Intel公司推出的首款16-bit处理器产品。

Intel早期的CPU进程奠定了今天飞速进步的基础,这也是X86构架诞生的前奏。

经典构架 X86指令集诞生

1978年,Intel公司首次生产出16位的微处理器命名为i8086,同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们也这些指令集统一称之为X86指令集。

Intel 8086理器的频率只有4.77MHz,不过后来推出的产品将频率提升至了10MHz。8086只拥有29,000个晶体管,不过这个数量与1976年推出的8085相比仍然多出了近4倍,8086能够向下兼容为之前推出的8008, 8080和8085处理器所编写的软件,并且拥有1M的内存寻址功能。

8086

Intel 8086推出了具有16位数据通道、内存寻址能力为 1MB、最大运行速度 8MHz,它是Intel 16位微处理器中的典型产品。

Intel还根据外设的需求推出了外部总线为8位的 8088, 1979年Intel推出了8088芯片,它仍是十六位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位,可以使用1MB内存;1981年,8088芯片被首次用于IBMPC机当中,如果说8080处理器还不为各位所熟知的话,那么8088则可以说是家喻户晓了,个人电脑――PC机的第一代CPU便是从它开始的。随后,Intel又推出了 80186 和 80188,并在其中集成了更多的功能。

在之后的CPU发展道路中,INTEL发布了80186,这是一颗性能介于8088,80286之间的的CPU。但事实上80186从来都没有在PC中应用,它仅仅存在于一个小范围的圈子中,作为一个小型的控制器出现。

第二个7年 16位过渡32位

8086~80286这个时代是个人电脑起步的时代,当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少,它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初,国内才开始普及计算机。

1982年,英特尔公司在8086的基础上,研制出了80286微处理器,该微处理器的最大主频为20MHz,内、外部数据传输均为16位,使用24位内存储器的寻址,内存寻址能力为16MB。80286可工作于两种方式,一种叫实模式,另一种叫保护方式。

英特尔80286它使用了13400个晶体管,运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。此时,英特尔采用了1.5微米制程技术。如果以频率进行对比,286的性能是8086的2倍,两代处理器之间如此之大的性能差距在此后推出的处理器中再也没有出现过。在当时286几乎就是IBM PC的同名词,推出6年之后,Intel估计全球约有1500万台PC基于286处理器。

有趣的是微软创始人比尔盖茨曾将Intel 286称之为一种“一根筋芯片”,因为286不支持在windows系统下运行多重MS-DOS应用程序。

1985年,当PC游戏开始流行的时候,32bit的英特尔386微处理器问世,包括27.5万个晶体管,也是1.5微米制程技术。386后来被命名为386DX,为的是与后来推出的低价版386SX区分开来。最初386的频率只有16MHz,之后提升到了33MHz。相比之前的286,386晶体管数量也同样提升了将近一倍,达到了275,000个,而它也是Intel推出的首款32位处理器。386能够最高支持4GB内存,支持“protected mode”与“real mode”的切换,并增强了第三个“virtual mode”(虚拟模式),在这个模式下可以运行一些“protected mode”下无法运行的程序。

AM286成功 拉开竞争序幕

AMD的Am286虽然是模仿Intel的80286,但是却比Intel的80286更快,最大优势就是主频高:AMD的Am286为20 MHz,而Intel的80286仅12.5 MHz。 可以说,AMD的Am286是20年前处理器市场上相当拉风的一款产品。

1985年10月17日,英特尔划时代的产品——80386DX正式发布了,其内部包含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz,最后还有少量的40MHz产品。80386DX的内部和外部数据总线是32位,地址总线也是32位,可以寻址到4GB内存,并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外,还增加了一种“虚拟86”的工作方式,可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力。

Intel 80386和80386DX

80386DX有比80286更多的指令,频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令,比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为80386DX-33MHz,一般我们说的80386就是指它。

386的诞生,又一次有了飞跃性的进步,除了型号去掉了80的前缀,更重要的它是一颗32位的CPU,内存地址增加到了4G。奠定了我们现在所说的X86结构基础。一段时间之后不同公司的386CPU诞生了,包括了AMD以及被VIA收购的CYRIX。

1991年,AMD正式发布了386处理器,也是走的模仿Intel的路线,AMD 386处理器有两大亮点,首先频率为40 MHz,比Intel最高33 MHz要高些;其次,该处理器是首款封装上贴有“Windows Compatible”Logo的处理器。

INTEL的386主频最高为33MHz,而AMD与CYRIX则发布了更高主频的CPU—40MHz。386也有它协处理器—387,使用了插针结构。与386不同的是,它是可以任意插拔的,而早期的386则是固定在主板之上的。

Intel 80486

1989年,我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍,内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。并且,在80x86系列中首次采用了RISC(精简指令集)技术,可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式,大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进,80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。

随着芯片技术的不断发展,CPU的频率越来越快,而PC机外部设备受工艺限制,能够承受的工作频率有限,这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况下,出现了CPU倍频技术,该技术使CPU内部工作频率为微处理器外频的2~3倍,486 DX2、486 DX4的名字便是由此而来。

不再Copy AMD&Cyrix上位

AMD最后一款克隆产品 AMD Am486

AMD Am486

AMD最后一次克隆行动Am486,差不多是在Intel推出486处理器整4年后进行的,正好在Pentium推出前一个月。为了与当时市面上的486进行竞争,AMD展开了低价策略,并且对处理器的频率进行了提升,最快的Am486处理器的频率达到了120MHz。Am486包括两个不同的版本,一个的微码为Intel,另一个为AMD。AMD 486处理器中其中有一款市场型号为AMD 5x86,该处理器采用4x倍频,主频为133 MHz,支持486主板,性能与Pentium 75相仿。

AMD 5x86

Cyrix在1988年开始生产用于286和386系统的数学协处理器,该公司后于1992年推出了其首款X86处理器 486SLC 和 486DLC。这两款处理器可以在针脚上与386SX/DX兼容,因此也为当时的386平台用户提供了一个极具吸引力的升级选择。

Cyrix最初的486并没有设置数学协处理器,生产是由德州仪器负责。在其生命周期内,Cx486系列处理器的频率最高达到100MHz,配备有9K的一级缓存。

Cyrix 5x86

自从英特尔另辟蹊径,开发了Pentium之后,Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5x86。它仍然延用原来486系列的CPU插座,而将主频从100MHz提高到120MHz。5x86比起486来说性能是有所增加,可是比起Pentium来说,不但浮点性能远远不足,就连Cyrix一向自豪的整数运算性能也不那么高超,给人一种比上不足比下有余的感觉。由于5x86可以使用486的主板,因此一般将它看成是过渡产品。

划清界限 奔腾时代来临

Intel Pentium

1993年,全面超越486的新一代586 CPU问世,为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰,英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人,但是由于奔腾微处理器的性能最佳,英特尔逐渐占据了大部分市场。

Pentium最初级的CPU是Pentium 60和Pentium 66,分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下,没有我们现在所说的倍频设置。早期的奔腾75MHz~120MHz使用0.5微米的制造工艺,后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。经典奔腾的性能相当平均,整数运算和浮点运算都不错。

Intel Pentium MMX

为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力,许多新指令集应运而生,其中最著名的三种便是英特尔的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX(MultiMedia Extensions,多媒体扩展指令集)是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术,包括57条多媒体指令,这些指令可以一次处理多个数据,MMX技术在软件的配合下,就可以得到更好的性能。

多能奔腾(Pentium MMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”,是在1996年底发布的。从多能奔腾开始,英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了,但是MMX的CPU超外频能力特别强,而且还可以通过提高核心电压来超倍频,所以那个时候超频是一个很时髦的行动。超频这个词语也是从那个时候开始流行的。

多能奔腾是继Pentium后英特尔又一个成功的产品,其生命力也相当顽强。多能奔腾在原Pentium的基础上进行了重大的改进,增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存,4路写缓存以及分支预测单元和返回堆栈技术。特别是新增加的57条MMX多媒体指令,使得多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时,也比同主频的Pentium CPU要快得多。

这57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据。这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间,使CPU拥有更强大的数据处理能力。与经典奔腾不同,多能奔腾采用了双电压设计,其内核电压为2.8V,系统I/O电压仍为原来的3.3V。如果主板不支持双电压设计,那么就无法升级到多能奔腾。

多能奔腾的代号为P55C,是第一个有MMX技术(整量型单元执行)的CPU,拥有16KB数据L1 Cache,16KB指令L1 Cache,兼容SMM,64位总线,528MB/s的频宽,2时钟等待时间,450万个晶体管,功耗17瓦。支持的工作频率有:133MHz、150MHz、166MHz、200MHz、233MHz。

Intel Pentium Pro

曾经,Pentium Pro是高端CPU的代名词,Pentium Pro所表现的性能在当时让很多人大吃一惊,但是Pentium Pro是32位数据结构设计的CPU,所以Pentium Pro运行16位应用程序时性能一般,但仍然是32位的赢家,但是后来,MMX的出现使它黯然失色。

Pentium Pro(高能奔腾,686级的CPU)的核心架构代号为P6(也是未来PⅡ、PⅢ所使用的核心架构),这是第一代产品,二级Cache有256KB或512KB,最大有1MB的二级Cache。工作频率有:133/66MHz(工程样品),150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。

AMD发力  K6明星处理器

AMD结束了模仿阶段梦开始研发具备自身特色的处理器产品, AMD K5是其开始独立行走的第一枪。

AMD K5的发布时间在1996年。由于K5在开发上遇到了问题,其上市时间比英特尔的Pentium晚了许多,再加上性能不好,这个不成功的产品一度使得AMD的市场份额大量丧失。K5的性能非常一般,整数运算能力不如Cyrix的6x86,但是仍比Pentium略强,浮点运算能力远远比不上Pentium,但稍强于Cyrix。综合来看,K5属于实力比较平均的那一种产品。K5低廉的价格显然比其性能更能吸引消费者,低价是这款CPU最大的卖点。

接着,AMD在1997年又推出了K6,K6再次为AMD形成一次强力反击,性能优于奔腾MMX的测试结果,使其成为当时红极一时的处理器明星。

K6这款CPU的设计指标是相当高的,它拥有全新的MMX指令以及64KB L1 Cache(比奔腾MMX多了一倍),整体性能要优于奔腾MMX,接近同主频PⅡ的水平。K6与K5相比,可以平行地处理更多的指令,并运行在更高的时钟频率上。AMD在整数运算方面做得非常成功,K6稍微落后的地方是在运行需要使用到MMX或浮点运算的应用程序方面,比起同样频率的Pentium 要差许多。

K6拥有32KB数据L1 Cache,32KB指令L1 Cache,集成了880万个晶体管,采用0.35微米技术,五层CMOS,C4工艺反装晶片,内核面积168平方毫米(新产品为68平方毫米),使用Socket7架构。

狭路相逢 奔二手腕赛扬

1997年和1998年是CPU市场竞争异常激烈的时期,这一阶段的CPU芯片异彩纷呈,令人目不暇接。

PentiumⅡ问世

1997年,PentiumⅡ问世,它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等几种不同核心结构的系列产品,其中第一代采用Klamath核心,0.35微米工艺制造,内部集成750万个晶体管,核心工作电压为2.8V。

PentiumⅡ微处理器采用了双重独立总线结构,即其中一条总线连通二级缓存,另一条负责主要内存。PentiumⅡ使用了一种脱离芯片的外部高速L2 Cache,容量为512KB,并以CPU主频的一半速度运行。作为一种补偿,英特尔将PentiumⅡ的L1 Cache从16KB增至32KB。另外,为了打败竞争对手,英特尔第一次在PentiumⅡ中采用了具有专利权保护的Slot 1接口标准和SECC(单边接触盒)封装技术。

1998年4月16日,英特尔第一个支持100MHz额定外频的、代号为Deschutes的350、400MHz CPU正式推出。采用新核心的PentiumⅡ微处理器不但外频提升至100MHz,而且它们采用0.25微米工艺制造,其核心工作电压也由2.8V降至2.0V,L1 Cache和L2 Cache分别是32KB、512KB。支持芯片组主要是Intel的440BX。

Celeron(赛扬)走低端路线

英特尔为进一步抢占低端市场,于1998年4月推出了一款廉价的CPU—Celeron(中文名叫赛扬)。最初推出的Celeron有266MHz、300MHz两个版本,且都采用Covington核心,0.35微米工艺制造,内部集成1900万个晶体管和32KB一级缓存,工作电压为2.0V,外频66MHz。Celeron与PentiumⅡ相比,去掉了片上的L2 Cache,此举虽然大大降低了成本,但也正因为没有二级缓存,该微处理器在性能上大打折扣,其整数性能甚至不如Pentium MMX。

为弥补缺乏二级缓存的Celeron微处理器性能上的不足,进一步在低端市场上打击竞争对手,英特尔在Celeron266、300推出后不久,又发布了采用Mendocino核心的新Celeron微处理器—Celeron300A、333、366。与旧Celeron不同的是,新Celeron采用0.25微米工艺制造,同时它采用Slot 1架构及SEPP封装形式,内建32KB L1 Cache、128KB L2 Cache,且以CPU相同的核心频率工作,从而大大提高了L2 Cache的工作效率。

AMD K6-2同期亮相

AMD于1998年4月正式推出了K6-2微处理器。它采用0.25微米工艺制造,芯片面积减小到了68平方毫米,晶体管数目也增加到930万个。另外,K6-2具有64KB L1 Cache,二级缓存集成在主板上,容量从512KB到2MB之间,速度与系统总线频率同步,工作电压为2.2V,支持Socket 7架构。

K6-2是一个K6芯片加上100MHz总线频率和支持3D Now!浮点指令的“结合物”。3D Now!技术是对x86体系的重大突破,它大大加强了处理3D图形和多媒体所需要的密集浮点运算性能。此外,K6-2支持超标量MMX技术,支持100MHz总线频率,这意味着系统与L2缓存和内存的传输率提高近50%,从而大大提高了整个系统的表现。

Cyrix MⅡ——Cyrix被收购前的最后产品

作为Cyrix公司独自研发的最后一款微处理器,Cyrix MⅡ是于1998年3月开始生产的。除了具有6x86本身的特性外,该微处理器还支持MMX指令,其核心电压为2.9V,具有256字节指令;3.5X倍频;核心内集成650万个晶体管,功耗20.6瓦;64KB一级缓存。

各显神通 奔三风光无限

在1998年至1999年间,英特尔公司推出了比PentiumⅡ功能更强大的CPU--Xeon(至强微处理器)。该款微处理器采用的核心和PentiumⅡ差不多,0.25微米制造工艺,支持100MHz外频。Xeon最大可配备2MB Cache,并运行在CPU核心频率下,它和PentiumⅡ采用的芯片不同,被称为CSRAM(Custom StaticRAM,定制静态存储器)。除此之外,它支持八个CPU系统;使用36位内存地址和PSE模式(PSE36模式),最大800MB/s的内存带宽。Xeon微处理器主要面向对性能要求更高的服务器和工作站系统,另外,Xeon的接口形式也有所变化,采用了比Slot 1稍大一些的Slot 2架构 (可支持四个微处理器)。而同时,这也是AMD迅速成长的一年,也是其对Intel真正带来威胁的转折点。

AMD K6-Ⅲ

AMD于1999年2月推出了代号为“Sharptooth”(利齿)的K6-Ⅲ,它是该公司最后一款支持Super 7架构和CPGA封装形式的CPU,采用0.25微米制造工艺、内核面积是135平方毫米,集成了2130万个晶体管,工作电压为2.2V/2.4V。

相对于K6-2而言,K6-Ⅲ最大的变化就是内部集成了256KB二级缓存(新赛扬只有128KB),并以CPU的主频速度运行。K6-Ⅲ的这一变化将能够更大限度发挥高主频的优势。此外,该微处理器还带有64KB一级缓存(32KB用于指令,另32KB用于数据),而且在主板上还集成了以系统总线频率同步运行的三级缓存,其容量大小从512KB到2MB之间。

K6-3并没有风光多久,因为该处理器推出不久之后Intel就推出了Pentium III处理器。K6-3拥有256KB 二级缓存,晶体管数量也提升了1倍达到了2130万个,该处理器很快就被人遗忘,因为AMD之后也及时推出了Athlon系列处理器。

Intel PentiumⅢ

1999年春节刚过,英特尔公司就发布了采用Katmai核心的新一代微处理器—PentiumⅢ。

该微处理器除采用0.25微米工艺制造,内部集成950万个晶体管,Slot 1架构之外,它还具有以下新特点:系统总线频率为100MHz;采用第六代CPU核心—P6微架构,针对32位应用程序进行优化,双重独立总线;一级缓存为32KB(16KB指令缓存加16KB数据缓存),二级缓存大小为512KB,以CPU核心速度的一半运行;采用SECC2封装形式;新增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的SSE(Streaming SIMD Extensions,数据流单指令多数据扩展)指令集,共70条新指令。PentiumⅢ的起始主频速度为450MHz。

和PentiumⅡ Xeon一样,英特尔同样也推出了面向服务器和工作站系统的高性能CPU—PentiumⅢ Xeon至强微处理器。除前期的PentiumⅡ Xeon500、550采用0.25微米技术外,该款微处理器是采用0.18微米工艺制造,Slot 2架构和SECC封装形式,内置32KB一级缓存和512KB二级缓存,工作电压为1.6V。

AMD Athlon

1999年6月23日,AMD公司推出了具有重大战略意义的K7微处理器,并将其正式命名为Athlon。K7有两种规格的产品:第一种采用0.25微米工艺制造,使用K7核心,工作电压为1.6V(其缓存以主频速度的一半运行);第二种采用0.18微米工艺制造,使用K75核心;工作电压有1.7V和1.8V两种。上述两种类型的K7微处理器内部都集成了2130万个晶体管,外频均为200MHz。

Athlon包含128KB的L1 Cache(PⅡ/PⅢ只有32KB);512KB~1MB L2 Cache的片外缓存。同时,它还采用了全新的宏处理结构,拥有三个并行的x86指令译码器,可以动态推测时序,乱序执行;K7拥有一个强劲的浮点处理单元,在3DNOW!指令的帮助下会有更进一步的3D和多媒体处理能力,这个先进的FPU使K7拥有超越其他x86微处理器2倍的性能!另外,K7采用了一种类似于Slot 1的全新的Slot A架构,从物理结构上两者可以互换,但后者的电器性能和前者完全不兼容。在总线方面,使用的是Digital公司的Alpha系统总线协议EV6,外频达200MHz;Athlon是AMD第一个具有SMP(对称多微处理器技术)能力的桌面CPU,即使用者可以用Athlon构建双微处理器甚至4微处理器系统!

最终,AMD让Athlon处理器率先突破了1GHz大关,这给了Intel最有力的一击。

雷鸟毒龙 挑战CeleronⅡ

Intel CeleronⅡ

为进一步巩固低端市场优势,英特尔于2000年3月29日推出了采用Coppermine核心CeleronⅡ。该款微处理器同样采用0.18微米工艺制造,核心集成1900万个晶体管,采用FC-PGA封装形式,它和赛扬Mendocino一样内建128KB和CPU同步运行的L2 Cache,故其内核也称为Coppermine 128。CeleronⅡ不支持多微处理器系统。但是,CeleronⅡ的外频仍然只有66MHz,这在很大程度上限制了其性能的发挥。

AMD Thunderbird和Duron

AMD公司在2000年6月份连续推出了新款的Thunderbird(雷鸟)、Duron(毒龙)微处理器,再次向英特尔Coppermine(铜矿)核心的微处理器发出了强有力的挑战。

Thunderbird是AMD面向高端的Athlon系列延续产品,采用0.18微米的制造工艺,共有Slot A和Socket A两种不同的架构,但它们在设计上大致相同:均内置128KB的一级缓存和256KB的二级缓存,其二级缓存与CPU主频速度同步运行;工作电压为1.70V~1.75V,相应的功耗也比老的Athlon要小;集成3700万个晶体管,核心面积达到120平方毫米。

另外,Thunderbird微处理器支持200MHz系统总线频率,提供巨大的带宽,且支持Alpha EV6总线协议,具有多重并行x86指令解码器。

Duron微处理器是AMD首款基于Athlon核心改进的低端微处理器,它原来的研发代号称为“Spitfire”。Duron外频也是200MHz,内置128KB的一级缓存和64KB的全速二级缓存,它的工作电压为1.5V,因而功耗要较Thunderbird小。而且它核心面积是100平方毫米,内部集成的晶体管数量为2500万个,比K7核心的Athlon多300万个。这些特点符合了AMD面对低端市场的策略,即低成本低功耗而又高性能。在浮点性能上,基于K7体系的Duron明显优于采用P6核心设计的Intel系列微处理器,它具有三个全流水乱序执行单元,一个用于加/减运算,一个用于复合指令还有一个是浮点存储单元。

超频爱好者发现第一批“Applebred”版Duron可以破解成“Thoroughbred B”版Athlon XP处理器,并拥有 256KB缓存。

Intel Pentium 4在频率上压倒AMD

为了能够在频率上压倒AMD,Intel在Pentium 4处理器上使用了超长管线,虽然这可以为处理器带来更高的核心频率,但是其执行效率却给整体性能拖了后腿。

当然Pentium 4也并不是那么糟糕,比如引入了SSE2 和SSE3指令以及HyperThreading技术,在多媒体以及内容创造应用领域拥有不错的表现。超频爱好者对2002年推出的Northwood核心充满了兴趣,如果配合合适的主板以及内存,可以在风冷的情况下将频率提升1GHz。

Pentium 4最耀眼之处莫过于核心频率的提升达到了一个新高度,而且Intel确实借此逐渐击败了Athlon XP。对于后来在2004年推出的Prescott核心 Intel更是充满了期待,这也是首款基于90nm工艺的处理器。不过Prescott的热量实在过高,其带来的性能提升几乎可以忽略不计,而这也使得AMD在同年推出Athlon64后,基本上大获全胜。

PR值重启 Athlon性能王

AMD Athlon XP

这仍然是属于Athlon系列处理器,XP处理器加入了SSE指令的支持。在该处理器上,AMD重新启用了PR值对处理器进行标识。根据官方介绍,这个PR值是将XP核心处理器的性能与Thunderbird核心处理器进行挂靠,比如Athlon XP 1800+是指在理论上该处理器的性能与1.8GHz (1,800MHz) Thunderbird 处理器相当。不过实际上,这个标识值更多的是与Intel处理器挂钩。另一款改进版产品Thoroughbred将生产工艺由180nm提升至了130nm,后来将总线频率由100提升至133MHz (XP)和166MHz (T-Bred)。

最流行的Socket A Athlon处理器基于的是Barton核心。Barton最早出现于2003年,以其超值理念为发烧友及超频爱好者所欢迎。特别是Barton 2500+,因为这款处理器没有锁倍频,在简单提升倍频情况下,可以轻松得将大部分的Barton 2500+处理器变身为当时的旗舰级产品3200+。

从产品技术角度来看,Barton核心的L2缓存容量提升至了 512KB。晶体管数量也由3700万提升至了5430万。移动版 Athlon XP处理器同样也拥有极强的超频能力(据报最高可超至 3.1GHz)并且相当稳定,是一款打造理想多媒体PC的处理器。

AMD Sempron

在淘汰Duron之后,AMD的Sempron处理器成为了Celeron新的竞争者。Sempron同样也是减少了L2缓存的容量,首款推出的是Sempron 3000+,早期的Sempron基本上都是基于Athlon XP 处理器。 Sempron 3000+拥有512K L2缓存,核心频率为 2.0GHz,前端总线频率为166MHz。

64位性能王AMD Athlon 64

AMD在2004年高调推出了Athlon 64系列处理器,第一款面向主流消费者的64位处理器。而在当时,Intel还在忙于如何提升NetBurst架构P4处理器的频率。正是凭借该处理器有效的运算架构和内置的内存控制器,使得AMD再次坐上了性能之王的宝座。

Athlon 64最初基于Socket 754的产品没有支持双通道内存,而基于Socket 940的支持双通道内存,但需要配备buffered 内存,面向服务器的主板才可以。不过当Socket 939 Athlon 64推出之后,为我们带来了双通道内存支持、 PCI-E支持,这终于让性能王者显得更为平民化。

虽然Athlon 64是原生64位处理器,但是依然能够完整兼容支持32位运算。

硝烟再起 共迎双核时代

Intel Pentium D

2005年底,Pentium D上市,它是NetBurst架构的最后一款产品,Pentium D是由两个单独的CPU核心组成。虽然在产品设计上不如AMD的原生双核心设计,性能也差距明显,但是Pentium D 依然提供了不错的多任务处理性能,出色的超频性能以及极具竞争力的价格。Pentium D 965曾是Intel核心频率最高的 CPU,核心频率为 3.73GHz (可以超频至4.26GHz)。

AMD Athlon 64 X2

为了继续统治桌面市场,AMD推出了 Athlon 64 X2系列处理器。该处理器拥有2个CPU核心,内置有内存控制器。该处理器内部数据连接要优于Intel的双核心设计。X2系列处理器加入了对SSE3指令的支持,但是最重要的是该系列处理器仍然使用的是Socket 939插座。虽然并不是所有的主板都能够支持,但是大部分老939主板只需要通过BIOS升级就可以对X2处理器提供支持。

Phenom抵抗 酷睿2打胜仗

Intel Core 2

在从Netburst的迷失中走出之后,2006年,Intel通过Core 2微架构再一次震动了业界。这一次Intel不再将注意力放在处理器的频率上,而是在处理器的执行效率上。虽然新架构处理器频率不高,但是其性能却足以让其重回处理器性能之王的宝座。

首款 Core 2 Duo处理器拥有1.67亿个晶体管,基于的是65nm工艺,拥有4M L2缓存,前端总线频率为1,066MHz。虽然Core 2 Duo的低端型号核心频率只有 1.86GHz 和 2.13GHz (E6300 E6400), 但是性能却极具吸引力。之后 Core 2生产工艺又提升至45nm,代表产品是Penryn。四核心Penryn的晶体管数量达到了8.2亿,核心频率也达到了3.2GHz。

Intel Pentium 双核

看到Pentium这个名字你也许会觉得有些奇怪,虽然这个名字会让人有些迷糊,但是Pentium双核处理器基于的是Core架构,而不是早期的Pentium,与Pentium D也没有什么关系。第一款Pentium双核处理器其实是面向笔记本电脑市场推出的,后来推出了桌面版产品。其目的是为了填补Celeron 和 Core 2处理器之间的市场空白。

AMD Phenom

当性能之王的宝座被Core 2架构夺走之后,AMD希望通过Barcelona重新赢回来,这就是Phenom处理器。但是在2007年推出Phenom后,性能之王仍然属于Intel,Phenom无法实现高频率,自然超频性能也一般。

Phenom处理器采用Stars这一代的核心架构,有五大要素。首先是真四核设计,将四个核心在一个晶片上。二是Cool’n’Quiet2.0技术,是针对新的真四核架构可以做 到让每个核心配有独立的电源控制,可以独立的运作,每一个核心单独地控制它的功率,大大降低能耗,节省成本。三是完整的DDR2双通道内存控制器,支持DDR2-1066。四是支持 HT 3.0技术;五是共享的L3缓存。

其实从本身来看,Phenom微架构并不算差,比如该处理器可以支持多种SIMD指令,包括有MMX,Enhanced 3DNow!,SSE,SSE2,SSE3以及 SSE4a,处理器核心拥有4个,性能也不错。唯一遗憾的就是,其性能还无法对抗Intel的旗舰产品,不过倒是让Intel开始打起了价格战。值得注意的是:AMD四核Phenom是首款原生四核处理器。

羿龙(Phenom)是AMD面向中高端市场的处理器系列。采用真四核设计,架构有K10和K10.5,制程工艺有65纳米和45纳米。产品线包括双核、三核、四核以及六核。“羿龙”的“羿”取自中国古老神话“后羿射日”的典故,象征着挑战极限、超越梦想的含义。更重要的是,“后羿射日”代表了传统文化取向,有一种浪漫英雄主义的情结映在其中。这不论对于AMD China,还是消费者,都是一种与生俱来的向往和追求。

i7问世 阿童木称霸上网本

Intel Core i7

2008年,Core i7处理器的推出为AMD带来了更大的压力,因为Core i7已经成为了Intel阵营新领军人物。在Core i7上,Intel使用了QuickPath互连技术,这项技术与AMD的 HyperTransport十分相似。通过QuickPath互连技术可以让CPU能够更快速得与系统其他部分进行互连。不过这也意味着超频爱好者们需要重新学习超频技术了。Core i7的核心面积为263 平方毫米,而Core 2是143 平方毫米。

AMD Phenom II

与此同时,AMD Phenom II处理器更换了新的生产工艺,配备了更大容量的三级缓存,支持DDR3内存,并大幅提高工作频率,性能自然也获得了很大提升。另外,其功耗也有明显下降,超频能力也显得相当不错,应该说比前一代产品在各方面都有了长足的进步。该处理器的推出让AMD大大拉近了与Intel的距离,但是其综合实力仍旧赶不上Core i7。

虽然在性能上无法与对手的最高档产品竞争,但AMD在价格上大做文章,凭借性价比优势来夺取市场。

Intel Atom

你也许注意到今天并没有提到移动版x86处理器,但我们觉得Atom处理器是不能错过的。因为受到金融危机的影响,世界范围内的PC销量都受到了影响,但是上网本市场却风景独好,而大部分上网本都是基于的Atom处理器。这款低功耗处理器晶体管数量只有4700万,拥有512K L2缓存,最高核心频率为2.0GHz。虽然也有双核心版产品,但是面向的是桌面产品而不是移动PC。2008年基于Atom处理器的上网本出货量达到了1500万台。

VIA Nano

当Atom处理器在低端电脑市场呼风唤雨时,VIA也及时推出了Nano系列处理器。虽然在销量上可能还无法与其相比,但是在一些基准测试中Nano表现出了更出色的性能。Nano系列处理器频率在 1GHz - 1.8GHz不等,前端总线频率为533MHz 或 800MHz。Nano拥有1M L2缓存,支持 MMX, SSE, SSE2, SSE3和 SSSE3指令。

32nm闪耀 集成GPU抢尽风头

2010年1月8日,英特尔公司发布了酷睿i7、i5、i3处理器。这是英特尔的首批32纳米处理器。部分处理器直接集成显卡。酷睿i3、i5、i7处理器仍沿用去年发布的nehalem架构。英特尔发布的信息显示,酷睿i5处理的速度比现有同类产品快两倍。

除了采用业界领先的32nm制作工艺外,32nm的Core i5和Core i3还把GPU(显卡)集成到CPU上,完全颠覆了传统方式。

Core i5 661和Core i3 530和以往的CPU不同,它们也是由CPU+GPU(显卡)封装而成。其中CPU部分采用32nm制作工艺,基于改进自Nehalem架构的Westmere架构,采用原生双核设计,通过超线程技术可支持四个线程同时工作;GPU部分则是采用45nm制作工艺,基于改进自Intel整合显示核心的GMA架构,支持DX10特效。

预计,今后市场中Corei5将成为中端主流产品,而Core i3则作为最经济实惠的处理器,在高端市场,Core i7定位于对电脑性能要求极为苛刻的用户。另外在追求轻薄低功耗的ULV系列中,将推出超低电压版Core i7,在性能和功耗方面达到一个相对的平衡。

写在最后:时间的车轮走过了39年的“芯”路历程,一次次的飞跃成就了今天的CPU王国,整合GPU既是发展的延续,也是新征程开始的标志,而与此同时AMD在继续打出性价比王牌之外,一定也会独辟蹊径,这为处理器的未来蒙上了一层神秘色彩;纵观CPU 39年的发展史,一次次主频的提高,一次次制作工艺的超越,都在用行动鉴证着摩尔定律,相信处理器的发展将会带给计算机世界更加意想不到的惊喜~~~这次的回顾之旅就暂时走到这里吧,下次再见!

返回原文

本文导航

相关阅读

每日精选

点击查看更多

首页 手机 数码相机 笔记本 游戏 DIY硬件 硬件外设 办公中心 数字家电 平板电脑