“芯芯相印” 双核处理器之年(1)
在2005年处理器市场将有一件大事，那就是双核处理器架构的出现。无论是AMD还是Intel、无论是CPU还是嵌入式处理器都在不断朝双(多)内核化发展。因为在传统处理器中分支预测单元、Cache的容量的增加这些原有性能提升方式已经遇到了瓶颈，于是双内核技术俨然就成了简便易行的提升性能手段。
一、 双核架构，未来发展趋势！
目前受生产技术的制约，目前处理器发展已经遭遇到有史以来的最大瓶颈：频率已经不能象此前那样大幅提升。而Intel所面临的问题就显得尤为严重—Prescott核心的功耗太高、电泄漏问题的加剧等等问题都是P4处理器频率提升路上的障碍。这时，两大处理器厂商不约而同地想到了双核处理器架构。
1、双核心架构是提高处理器性能行之有效的方法
“人多力量大”， 同理“芯多性能也强”—增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍，这意味着每个时钟周期内所能处理器指令数也就越多，处理器的性能越强。因此在频率无法提升之时，引入双核处理器成为了Intel、AMD提升自身产品性能的唯一选择。
双核处理器就基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，即是将两个物理处理器核心整合入一个内核中。因为处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。在双核处理系统中，所有的任务和线程都能够使用系统中的所有资源。
操作系统会安排每个处理器使用资源的顺序和使用时间，任务或者线程会在两个物理内核中并行处理，而在单个物理内核中任务和线程在本质上还是串行处理的，因此在同等级别中双核处理器的工作效率要远远高于单核处理器。同时与目前P4所技术的Hyper-Threading技术比较，物理双核心也要占有性能上的优势。
超线程是同时多线程技术(SMT)的一种，这种技术可经由复制处理器上的结构状态，让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源。
以上图形说明超线程与传统多重处理器的差异性。左边的组态显示具有两个实体处理器的传统多重处理器系统。每个处理器都有其各自独立的执行资源及结构状态。右边的组态则表示配有超线程技术的处理器，处理器上的结构状态都被复制，但他们仍共同使用一组执行资源。由于物理双核心的实际状况基本和双处理器的情况相同，因此和超线程单处理器相比，有双倍的执行资源，较为繁重的多任务下性能将会得到有效改善。
2、双核心架构，功能性更强
引入双核心的架构也将可以全面增加处理器的功能性，这也是一个很重要的影响因素，特别是处理器厂商的营销策略。比如，英特尔在未来双核处理器中都将引入目前处理器产品的所有技术，比如EM64T技术、增强型IntelSpeedStep技术、LaGrande安全技术等等。
此外，双处理器架构的引入和微软下一代Longhorn操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发展。AMD和英特尔都坚信它们将成为下一代电脑系统的一个主要特征，而且是重要特征。例如英特尔的Vanderpool、Silvervale技术和AMD Pacifica技术，但它们的作用却是异曲同工。这些技术可以让一台物理电脑虚拟出若干个虚拟的系统，这些虚拟系统能使用同样的PC资源独立工作。
“芯芯相印” 双核处理器之年(2)
换句话说，这些技术应该允许用户在他们的PC上使用超过一个操作系统，以便每个操作系统解决特定的运算任务。比如，一个虚拟系统能够扫描病毒，另外的虚拟系统则可以执行应用程序，文字处理或者玩游戏。业界专业分析家们预测，这些技术在2006-2007年将成为电脑平台的新亮，并且将把他们的面貌带到全新的水平。
二、Intel、AMD，看看谁走在最前面！
早在IDF论坛上，Intel就已经公布了其双核处理器发展计划，以期未来能在个人电脑市场的优势将更加的稳固，尤其Napa平台所采用的Yonah(内部研发代号)，结合双核心、低功耗、小晶粒面积(大概仅相当于65nm制程单核心Pentium 4“Cedar Mill”)、Vanderpool和LaGrande，将是一个极有竞争力的产品。 另外，通过整合iAMT主动式管理技术、Vanderpool虚拟机器架构和LaGrande安全技术，Intel应可继续独霸企业客户端及商用电脑市场，这也是AMD一直不得其门而入的领域。
在这里，不得不提一下：Intel在今年第四周所公布的计划表中，刻意让代号为Smithfield的Pentium D从2005年第三季稍稍提前至第二季末的象征性动作，充分表现了Intel不愿意在双核心时程表上落后AMD的决心。值得注意的是，Intel刻意加速了从90nm(P1262)转移至65nm(P1264)制程的进度，而且在今年之内，就会同时拥有三座65纳米的晶圆厂，产能傲视全球。
而且从明年第一季开始，除了Itanium和Xeon MP以外，其它产品线都将全面采用65纳米制程，基本上仍可维持领先IBM半年、AMD一年的优势。显而易见，Intel的65nm制程大幅降低了漏电流(Leakage Current)的问题，尤其从P1264刻意维持与P1262制程相同厚度的闸极绝缘层，就可以看出Intel对解决该问题的决心。据了解，Cedar Mill的标准设计功耗仅有60W上下，而Yonah更仅有31W。
注：Smithfield是英特尔公司第一款推向市场的桌面型双核心处理器产品，其两个内核都是采用Prescott结构的P4处理器，采用90nm工艺制造，将会采用LGA775接口，它将于今年第二季度发布，首先发布的将是840、830和820，从而形成Intel 8XX系列产品线，它面向游戏和主流市场。
在移动平台，除了已经确定的Vanderpool和LaGrande外，Napa平台在2006年内将会支持EM64T，如果不是Merom这款再度统一桌面及移动运算平台的新款处理器，将在明年内推出，就是Yonah实际上已经提供EM64T，从先前业界盛传的Yonah服务器版本Sossaman规格中透露支持36位的实体寻址线，亦可看出端倪。目前相关资料显示，Sossaman将有相当高的运行频率，可能介于2.5GHz至3GHz，标准设计功耗则从31W提升至60W。
另外，Sossaman将采用新的mPGA480脚位，也可能将命名为Pentium M Extreme Edition(到时候简写会是“PMXE”？)。不过，既然微软都决心推广64位的操作系统，加上AMD Turion 64的推出，Intel不可能不做准备。我们猜测，Yonah应该已经支持了EM64T，只是像当初的Prescott一样备而不用。进一步而言，如果Yonah真的提供了EM64T，加上Intel在本届IDF公开展示了外观近似Mac mini、采用Yonah的准系统，Pentium M是否可以重返台式市场，会不会对Pentium D造成影响，将是一个很有趣的疑团。
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注：Yonah处理器采用65nm制造工艺制造，它基于Dothan的双内核，将支持DDRII内存、集成SSE3指令集、533MHz前端总线、4MB二级缓存、Vanderpool(VT)虚拟技术、LaGrande(LT)安全技术。可以通过软件支持关闭一个核心处理器，采用双核心供电技术，但是可以向下兼容单核心供电技术，最大功耗为31W。目前最高的频率为2.67GHz，另外，还有2.5GHz、2.33GHz、2.17GHz和2.0GHz几款产品。它将和Callistoga芯片组，Golan无线网卡一起组成第三代的Centrino产品-Napa。
不同于Intel，AMD在双核之路上更专注重于服务器领域。AMD说，由于在个人电脑里，双核CPU必须等待硬盘、显卡、I/O(Input and Output)等传送数据过来才能做处理，因此性能并没有随芯片核心而成倍数增加，不能期待1+1=2的效果。他也认为，一般用户可能已经满足于现有的个人电脑性能。反观在服务器里面的双核处理器，可以直接进行大量的数据运算，并行运算的概念发挥的最好。
因此AMD指出，双核的性能在服务器上要比在个人电脑上明显得多。事实上几乎各家厂商都推出了双核处理器，IBM于2001年开始推动双核的Power 4处理器，SUN也在去年发表了双核版的芯片。双核处理器成为今年的热门议题的原因在于，AMD抢先英特尔一步推出双核X86处理器，AMD先看中服务器、工作站的双核市场，英特尔则先锁定个人电脑。
据相关消息，AMD计划将在2005年第三季度正式发布双核心的AMD Athlon 64处理器，据有关业内人士预测Athlon 64处理器将与单核心的939针脚的处理器采用相同的架构，虽然没有经过相关测试的证实，但我们相信，到今年我们可以在现有的939接口的主板上使用AMD的双核心处理器。第一块AMD双核心管理器将首先支持DDR1内存，它的后续版本将转换为支持DDR2，每一个核心都将拥有独立的L2缓存。
据预计，AMD将会在2006年将生产重心投入到双核心处理上，单核心的处理器到时将会逐渐退出市场。到了2006年我们将可以看到单核心处理器与双核心处理器并存的局面。AMD表示，用户如果原本是使用AMD的Opteron处理器，到时只要更换CPU，升级BIOS就可以转换到AMD双核处理器。
而针对桌面处理器，AMD近日已经表示将在第三季推出研发代号为Toledo的双内核处理器用来取代Athlon64 FX，仍采用Socket 939架构，将会推出从1.6GHz—2.4GHz的版本，代号从X60一直到X80，电压也从1.10V～1.35V之间，不过功耗将为提升到了95W。
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代号 频率 电压 安 功耗 温度(C)
X80 2400 MHz 1.35V 80A 95W 67
X75 2200 MHz 1.35V 80A 95W 67
X75 2200 MHz 1.15V 48A 55W 71
X70 2000 MHz 1.15V 48A 55W 71
X60 1600 MHz 1.10V 30A 30W 71
不过，根据AMD的时程表，要到明年第一季才能推出配合两款新针脚封装(Socket S1/M2)和DDR2内存、支持Pacifica虚拟机器架构及Presidio安全运算机制的产品，而移动处理器更是遥遥无期。在产品进度落后与缺乏完整平台支持的双重劣势下，AMD将面对极为艰巨的挑战。
结语：
双内核处理器无疑是今年处理器市场发展的重点之一，Intel和AMD在双核处理器产品研发上的较量也更加的白热化。那么既然今年大家都是双核心了，Intel在引入新生产技术后会不会重回倚赖高频率去吃掉竞争对手的路线？一切相当令人期待。
今年CPU从单内核演变到双内核，那么在性能上能实现1＋1=2的效果吗？答案是否定的！因为如果你想让系统达到最大性能，你必须充分利用两个内核中的所有可执行单元—即让所有执行单元都有活可干！
如果应用程序是基于多处理器编写的，那么在应用程序的运行过程中可以大大提高运行的效率；如果应用程序是基于单处理器编写的，操作系统会把程序分成多个部分，让两个物理内核并行完成；但是通常而言，大量的单处理器程序是不可分的，因此它在双核处理器上运行时性能并不会有明显的提高。
有一点我们还必须注意，基于双核处理器的程序调试非常困难，因为不同的双核处理器环境会对任务进行不同的分配，将会对程序发展造成明显的困难。正是因为这些原因，我们通常使用的都是基于单处理器的程序。因此要充分双核处理器的性能仍要靠软件开发者的努力了，而不是依靠处理器开发者们，只有在软件方面得到充分支持，双核心处理器架构的实际性能太会显着提升。
当然即使有软件提供充分的支持，如果从单处理器升级到双核处理器，那么系统性能并不会番一番，系统的性能并不会随着物理内核的增加呈现线性的提高。这是因为随着物理内核数量的增加，CPU内核之间的通讯量和系统用于资源同步及维护的开销也会逐渐上升，加上这些双核心处理器的频率都较单核心为低，很可能采用双核心处理器并不会带来更好的性能。
可以说，从目前的应用环境来看，采用双核架构并不会处理器带来更好的性能。届时高频率的单核心处理器与低频率的双核心处理器孰分优劣？一定将会引发新一轮口水大战！
本文出处：姑苏飘雪 天极网
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