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四核CPU技術詳解內存控制器與預取器

★★★★★【文章導讀】：四核CPU技術詳解內存控制器與預取器具體內容是：一、英特爾力挽狂瀾K8構架終謝幕Athlon64-即K8構架將在今年夏天結束它肩負四年的任務，在勁敵INTEL的CORE構架面前，AMD即將拿出新的K8L構架處理器。CORE構架的誕生要追溯至Pentium3（P6構架）與AMD的K6構架爭霸的年代…

來源：日期：2013-10-5 21:16:50 人氣：標簽：

　　一、英特爾力挽狂瀾 K8構架終謝幕

　　Athlon 64-即K8構架將在今年夏天結束它肩負四年的任務，在勁敵INTEL的CORE構架面前，AMD即將拿出新的K8L構架處理器。CORE構架的誕生要追溯至Pentium 3（P6構架）與AMD的K6構架爭霸的年代，當時INTEL采用的P6構架占據著全球CPU市場的絕對優勢地位。在P6構架取得巨大成功之刻， INTEL成立了2個獨立的CPU構架開發團隊：一是設計出之后銷售多年的Pentium 4系列的設計團隊－NetBurst構架小組；另一個則是著重于筆記本CPU領域“低功耗、低發熱”的Pentium M構架小組，該組主要延續的是Pentium 3的P6構架，并成功的量產出之后幾乎霸占全球筆記本市場的Pentium M各款芯片。在06年NetBurst構架發展陷入困境的時候，位于以色列海法的Pentium M構架小組及時的改進了Pentium M構架并全面推向桌面CPU市場-這就是當前取得巨大成功的CORE構架。

　　回顧一下Pentium M構架的發展之路：Banias是該小組的期初作品，Dothan則是Pentium M構架小組所做的第一次改進，Dothan芯片為INTEL當年的財務報表帶來了巨大的利潤增長。在取得成功之后，Pentium M構架小組再接再厲，在Dothan的基礎上大幅度改進，成功設計并量產出INTEL第一款原生雙核設計的處理器-Yonah。這一次改進的意思要遠大于由Banias至Dothan的進步，并不是因為Yonah是原生雙核設計，而在于此次Pentium M構架小組在CPU構架細節改進上取得的巨大技術進步。

　　2006年NetBurst構架日漸乏勢之時，海法小組再次將Pentium M構架改進并成功登陸桌面CPU平臺-在Yonah芯片構架的基礎上，大幅加寬CPU內外部總線帶寬、加強SSE、整數及浮點運算單元、提高分支預測精準度，其脫穎而出的CORE構架一鳴驚人。65納米工藝量產的Core 2 Duo在2006年登臺之時，就立即問鼎CPU性能王冠之位，其性能比INTEL采用多年的NetBurst構架處理器提高兩倍，而功耗下降50％。與此同時，Athlon 64保持2年的市場優勢地位也立即被顛覆。

　　相比INTEL而言，AMD在過去的2年中則顯得過于保守。首先AMD沒有像INTEL那樣的閑暇和財力，可以同時支持2個構架開發組，尤其是冒險支持當時陌生而激進的NetBurst構架思路--該構架是完全違背INTEL之前數十年的發展道路的。AMD在K7構架取得市場的成功后，采取的平穩做法是繼續改進K7構架。K8構架就在K7構架的基礎上誕生了-相對K7構架，K8構架改進了部分細節構架設計、略微加深了處理管線，及其富有創意并尤為成功的一點是-將北橋整合至CPU內部-重點是內存控制器。

　　K8構架取得市場的成功之后，業界盛傳了很多關于AMD開發K9、K10構架的傳聞。但事實上AMD近四年來一直沒再推出任何新的構架 -而這四年間AMD的對手NetBurst構架小組改進了五次CPU構架，Pentium M構架小組則歷經了Banias、 Dothan、 Yonah、Merom/Conroe和CORE這五個朝代的進步。如果INTEL現在依然堅持NetBurst構架，或許現在K8構架還能夠保持優勢。不過財力雄厚的INTEL同時擁有著2個開發小組，當NetBurst構架不濟之時，CORE構架又橫來一筆，這讓AMD在市場上的優勢地位瞬間消失。 2006年，是CORE構架完勝的一年。

　　市場的困境使AMD在K8構架銷售4年后，終于發布了新的改進版本-K8L構架。不過為時是否太晚呢？K8L構架的首顆芯片 Barcelona的成功能否還要取決于INTEL超前的45納米工藝上市時間-INTEL目前決定將CORE構架全線升級至45納米，芯片代號 Penryn，暫定上市時間為2007年第四季度。而K8L構架的65納米Barcelona芯片是定于2007年夏季首先上市服務器版本，桌面版本則是定于2007年9月全面替代K8構架。

　　二、K8L構架-首款原生四核心CPU

　　AMD強調Barcelona是首顆原生四核芯的CPU，這與Intel的四核芯片Kentsfield或者 Clovertown是完全不同的--Kentsfield是將2顆雙核CPU集成在一起，而不是真正意義上的四核。AMD表示原生四核的CPU將比非原生四核的CPU性能強，當然這還有待于測試結果來證明。AMD宣傳的數據：Barcelona與英特爾現在已經上市的四核心Clovertown處理器相比，Barcelona的性能要超過英特爾Clovertown 40%以上。AMD市場總監Henri Richard自豪的將Barcelona與英特爾的四核心CPU進行對比以顯示AMD Barcelona才是真正的四核。英特爾的四核心芯片如桌面級的Kentsfield和服務器版的Clovertown，均是將兩顆雙核晶圓安裝在同一 CPU內達成四核心，而AMD的Barcelona是真正將四核心量產在一片晶圓上。

　　將四顆核心同時建立在一塊65納米晶圓上，Barcelona的內部構架十分緊湊而復雜。它需要高達11層金屬層互連-而之前的K8 只需要9層，CORE2則為8層。Barcelona在金屬層設計上要比INTEL復雜，當然這對用戶而言并沒有太多影響。集成了四顆核心和一個共享的 2MB的L3緩存，Barcelona的晶體管數量達到了前所未有的463百萬個，但比其對手Kentsfield的582百萬個還要少上119百萬個。這巨大的晶體管數量差異來源自緩存容量的差距：Barcelona的每個單核心擁有128KB的L1緩存，512KB的L2緩存，另外有一個共享的2MB 的L3緩存，總和即4.5MB的緩存容量。Kentsfield則是兩個核心各兩個64KB的L1緩存和4MB的L2緩存，總和是8.25MB的容量，比 Barcelona多出80%的緩存容量。所以相對整體而言，其晶體管數量就增加了25.6%。

　　值得注意的是Barcelona并不只是相當于四核的K8加上L3緩存，它在內部構架上經過了較大的改進，詳細的改進在之前“力壓 Core2!AMD四核K8L架構技術預覽”一文中已經進行過詳細的分析。單從晶體管數量上而言，不計緩存部分，K8L構架的芯片晶體管數量為247百萬個，而一顆Athlon 64 X2不計緩存的晶體管數量為94百萬個，兩顆則為188百萬個。K8L芯片要多出來59百萬個，這些增加的晶體管將為提高K8L芯片的性能做出貢獻。