雙核處理器

最近逐漸熱起來的“雙核”概念，主要是指基於X86開放架構的雙核技術。在這方面，居領導地位的廠商主要有Intel和AMD兩家。其中，兩家的思路又有不同。AMD從一開始設計時就考慮到了對多核心的支持。所有組件都直接連接到CPU，消除系統架構方面的挑戰和瓶頸。兩個處理器核心直接連接到同一個內核上，核心之間以晶元速度通信，進一步降低了處理器之間的延遲。而Intel採用多個核心共享前端匯流排的方式。專家認為，AMD的架構對於更容易實現雙核以至多核，Intel的架構會遇到多個內核爭用匯流排資源的瓶頸問題。雙核心處理器技術的引入是提高處理器性能的有效方法。因為處理器實際性能是處理器在每個時鐘周期內所能處理器指令數的總量，因此增加一個內核，處理器每個時鐘周期內可執行的單元數將增加一倍。在這裡我們必須強調一點的是，如果你想讓系統達到最大性能，你必須充分利用兩個內核中的所有可執行單元：即讓所有執行單元都有活可干。

為什麼IBM、SUN、HP等廠商的雙核產品無法實現普及呢，因為它們相當昂貴的，從來沒得到廣泛應用。比如擁有128MB L3緩存的雙核心IBM Power4處理器的尺寸為115x115mm，生產成本相當高。因此，我們不能將IBM Power4和HP PA8800之類雙核心處理器稱為AMD即將發布的雙核心處理器的前輩。

目前，x86雙核處理器的應用環境已經頗為成熟，大多數操作系統已經支持并行處理，目前大多數新或即將發布的應用軟體都對并行技術提供了支持，因此雙核處理器一旦上市，系統性能的提升將能得到迅速的提升。因此，目前整個軟體市場其實已經為多核心處理器架構提供了充分的準備。

x86多核處理器標誌著計算技術的一次重大飛躍。這一重要進步發生之際，正是企業和消費者面對飛速增長的數字資料和網際網路的全球化趨勢，開始要求處理器提供更多便利和優勢之時。多核處理器，較之當前的單核處理器，能帶來更多的性能和生產力優勢，因而最終將成為一種廣泛普及的計算模式。多核處理器還將在推動PC安全性和虛擬技術方面起到關鍵作用，虛擬技術的發展能夠提供更好的保護、更高的資源使用率和更可觀的商業計算市場價值。普通消費者也將比以往擁有更多的途徑獲得更高性能，從而提高他們家用PC和數字媒體計算系統的使用。

在單一處理器上安置兩個或更多強大的計算核心的創舉開拓了一個全新的充滿可能性的世界。多核心處理器可以為戰勝今天的處理器設計挑戰提供一種立竿見影、經濟有效的技術――降低隨著單核心處理器的頻率(即“時鐘速度”)的不斷上升而增高的熱量和功耗。多核心處理器有助於為將來更加先進的軟體提供卓越的性能。現有的操作系統(例如MS Windows、Linux和Solaris)都能夠受益於多核心處理器。在將來市場需求進一步提升時，多核心處理器可以為合理地提高性能提供一個理想的平台。因此，下一代軟體應用程序將會利用多核處理器進行開發。無論這些應用是否能幫助專業動畫製作公司更快更節省地生產出更逼真的電影，或開創出突破性的方式生產出更自然更富靈感的PC機，使用多核處理器的硬體所具有的普遍實用性都將永遠地改變這個計算世界。

雖然雙核甚至多核晶元有機會成為處理器發展史上最重要的改進之一。需要指出的是，雙核處理器面臨的最大挑戰之一就是處理器能耗的極限！性能增強了，能量消耗卻不能增加。根據著名的湯氏硬體網站得到的文件顯示，代號Smithfield的CPU熱設計功耗高達130瓦，比現在的Prescott處理器再提升13%。由於今天的能耗已經處於一個相當高的水平，我們需要避免將CPU作成一個“小型核電廠”，所以雙核甚至多核處理器的能耗問題將是考驗AMD與 Intel的重要問題之一。

關於多核處理器，從全球範圍內看，AMD在對客戶的理解和對輸出最符合客戶需求的產品方面的理念走在Intel的前面，從上世紀九十年代起就一直計劃著這一重大進展，它第一個宣布了在單處理器上安置多個核心的想法。

雙核與雙芯(Dual Core Vs. Dual CPU)是AMD和Intel在雙核處理器的物理構造不同之處。AMD將兩個內核做在一個Die（晶元）上，通過直連架構連接起來，集成度更高。Intel則是將放在不同Die（晶元）上的兩個內核封裝在一起，因此有人將Intel的方案稱為“雙芯”，認為AMD的方案才是真正的“雙核”。從用戶端的角度來看，AMD的方案能夠使雙核CPU的管腳、功耗等指標跟單核CPU保持一致，從單核升級到雙核，不需要更換電源、晶元組、散熱系統和主板，只需要刷新BIOS軟體即可，這對於主板廠商、計算機廠商和最終用戶的投資保護是非常有利的。客戶可以利用其現有的90納米基礎設施，通過BIOS更改移植到基於雙核心的系統。計算機廠商可以輕鬆地提供同一硬體的單核心與雙核心版本，使那些既想提高性能又想保持IT環境穩定性的客戶能夠在不中斷業務的情況下升級到雙核心。在一個機架密度較高的環境中，通過在保持電源與基礎設施投資不變的情況下移植到雙核心，客戶的系統性能將得到巨大的提升。在同樣的系統佔地空間上，通過使用雙核心處理器，客戶將獲得更高水平的計算能力和性能。

目前Intel推出的台式機雙核心處理器有Pentium D、Pentium EE(Pentium Extreme Edition)和Core Duo三種類型，三者的工作原理有很大不同。

Pentium D和Pentium EE分別面向主流市場以及高端市場，其每個核心採用獨立式緩存設計，在處理器內部兩個核心之間是互相隔絕的，通過處理器外部(主板北橋晶元)的仲裁器負責兩個核心之間的任務分配以及緩存數據的同步等協調工作。兩個核心共享前端匯流排，並依靠前端匯流排在兩個核心之間傳輸緩存同步數據。從架構上來看，這種類型是基於獨立緩存的鬆散型雙核心處理器耦合方案，其優點是技術簡單，只需要將兩個相同的處理器內核封裝在同一塊基板上即可；缺點是數據延遲問題比較嚴重，性能並不盡如人意。另外，Pentium D和Pentium EE的最大區別就是Pentium EE支持超線程技術而Pentium D則不支持，Pentium EE在打開超線程技術之後會被操作系統識別為四個邏輯處理器。

Intel目前的桌面平台雙核心處理器產品分為Pentium D和Pentium Extreme Edition(Pentium EE)兩大系列，其中，Pentium D包括820(2.8GHz)、830(3.0GHz)、840(3.2GHz)三個型號，採用800MHz FSB，面向主流市場；而Pentium EE目前只有840(3.2GHz)一個型號，同樣採用800MHz FSB，面向高端應用。Pentium D與Pentium EE都採用0.09微米製程，LGA775介面；它們最主要的區別就是Pentium EE支持超線程技術，而Pentium D則不支持超線程技術，也就是說在打開超線程技術的情況下Pentium EE將被操作系統識別為四顆處理器。

在主板晶元組方面，由於北橋晶元擔負著處理和交換不同核心緩存數據的重要作用，所以目前能夠支持Pentium D和Pentium EE的是945/955系列，而915/925是不能支持的，在915/925主板上就算是能夠開機，也只能使用雙核心其中的一個核心！

AMD推出的雙核心處理器分別是雙核心的Opteron系列和全新的Athlon 64 X2系列處理器。其中Athlon 64 X2是用以抗衡Pentium D和Pentium Extreme Edition的桌面雙核心處理器系列。AMD推出的Athlon 64 X2是由兩個Athlon 64處理器上採用的Venice核心組合而成，每個核心擁有獨立的512KB(1MB) L2緩存及執行單元。除了多出一個核芯之外，從架構上相對於目前Athlon 64在架構上並沒有任何重大的改變。

雙核心Athlon 64 X2的大部分規格、功能與我們熟悉的Athlon 64架構沒有任何區別，也就是說新推出的Athlon 64 X2雙核心處理器仍然支持1GHz規格的HyperTransport匯流排，並且內建了支持雙通道設置的DDR內存控制器。與Intel雙核心處理器不同的是，Athlon 64 X2的兩個內核並不需要經過MCH進行相互之間的協調。AMD在Athlon 64 X2雙核心處理器的內部提供了一個稱為System Request Queue(系統請求隊列)的技術，在工作的時候每一個核心都將其請求放在SRQ中，當獲得資源之後請求將會被送往相應的執行核心，也就是說所有的處理過程都在CPU核心範圍之內完成，並不需要藉助外部設備。

對於雙核心架構，AMD的做法是將兩個核心整合在同一片硅晶內核之中，而Intel的雙核心處理方式則更像是簡單的將兩個核心做到一起而已。與Intel的雙核心架構相比，AMD雙核心處理器系統不會在兩個核心之間存在傳輸瓶頸的問題。因此從這個方面來說，Athlon 64 X2的架構要明顯優於Pentium D架構。雖然與Intel相比，AMD並不用擔心Prescott核心這樣的功耗和發熱大戶，但是同樣需要為雙核心處理器考慮降低功耗的方式。為此AMD並沒有採用降低主頻的辦法，而是在其使用90nm工藝生產的Athlon 64 X2處理器中採用了所謂的Dual Stress Liner應變硅技術，與SOI技術配合使用，能夠生產出性能更高、耗電更低的晶體管。

AMD推出的Athlon 64 X2處理器給用戶帶來最實惠的好處就是，不需要更換平台就能使用新推出的雙核心處理器，只要對老主板升級一下BIOS就可以了，這與Intel雙核心處理器必須更換新平台才能支持的做法相比，升級雙核心繫統會節省不少費用。AMD目前的桌面平台雙核心處理器是Athlon 64 X2，其型號按照PR值分為3800+至4800+等幾種，同樣採用0.09微米製程，Socket 939介面，支持1GHz的Hyper Transport，當然也都支持雙通道DDR內存技術。

由於AMD雙核心處理器的仲裁器是在CPU內部而不是在北橋晶元上，所以在主板晶元組的選擇上要比Intel雙核心處理器要寬鬆得多，甚至可以說與主板晶元組無關。理論上來說，任何Socket 939的主板通過更新BIOS都可以支持Athlon 64 X2。對普通消費者而言，這樣可以保護已有的投資，而不必象Intel雙核心處理器那樣需要同時升級主板。

Intel的Hyper-Threading技術可以在Windows中被識別為兩顆處理器，因此不少人被誤導，認為Hyper-Threading和Dual Core一樣能同時執行併發的兩個線程。

Hyper-Threading其實就是一顆核心以模擬的方式扮作兩顆處理器，以增加運算速度，但並不代表著它能像真正的兩顆物理處理器那樣，因為Dual/MultiCore的每一顆處理器都有獨立的資源，但HT技術中模擬的每一顆處理都是共用同一顆物理處理器的資源，當兩個模擬出來的處理器需要物理處理器的相同的資源時，其中一個模擬的處理器就要暫停並讓出資源。說到底HT技術只是為了更好的利用處理器閑置資源而開發出來的技術，與Dual/Multi Core技術的雙物理核心還是有本質的區別。

2006年註定是CPU市場鋒煙四起的一年，也可以說是里程碑的一年。AMD在年中率先揭竿而起，拋出了AM2平台，並迅速完成了與前代產品的替換。而作為處理器巨頭的Intel自然也不是蓋的，兩個月後，Conroe這顆重磅炸彈狠狠砸向市場，“性能提高40%，功耗降低40%”令人為之興奮，也砸得AMD亂了方寸，情急之下再次起用降價策略來保護市場。就當所有人認為Intel會在Conroe發布后專心市場的經營，普及雙核心平台，而放鬆對新產品的研發之際，Intel再次傳來爆炸新聞，11月12日，Intel將推出全新的四核心處理器Kentsfield。從雙核到四核，Intel僅僅不到半年之間，竟然出如此大躍進，這的確讓人感到非常意外。目前距離Intel正式發售四核心處理器還有很短的時間，但是Intel在9月份的IDF上已經正式發布了代號為Kentsfield的四核心處理器，而近期各大媒體也都拿到了產品進行評測。而AMD方面，根據其Roadmap顯示，AMD四核心架構的K8L處理器要到07年中才會面世，這樣一來，Intel的四核心將整整領先AMD三個季度。