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1、2022年双核技术讨论：英特尔的双核心架构硬件技术教程英特尔的处理器发展安排近来发生了相当戏剧性地变更。英特尔公司过去经常首先会通过提升频率来提高产品的性能，结果现在这条路已经行不通了。最初英特尔之所以认为在Pentium 4、Xeon处理器采纳的核心架构能正常工作高频率下，那是他们采纳长执行管线设计的缘由。然而，当频率大幅度增加时出现了一些意料之外的问题。这些问题主要是英特尔改用90nm生产技术后出现的：基于Prescott核心的处理器在高频率下不能很好地工作，尽管显著增加执行管线的长度。功耗太高、电泄漏问题的加剧等等问题都是处理器频率提升路上的障碍，全部的一切都促使英特尔变更了他们的安排。
2、因此，在今年英特尔将首先将精力来增加其产品的功能而非性能。而正是在这种观点指导下双核处理器诞生了，它应当成为支持虚拟化技术的新一代计算机系统的一个基础。而且在一些状况中双核心架构也能提升此类系统的性能。英特尔之所以如此迫切推出双核处理器概念，主要是因为他们也深切感受到以前的“频率”之路已经行不通，至少目前来说。而且因为双核心架构的推出，英特尔甚至放弃策划已久Tejas系列发展安排。英特尔工程师认为，研发双核处理器将比接着改进一般NetBurst处理器更富有成效。英特尔已经依据不同市场须要制定了不同的双核处理器发展安排：代号为“Napoleon”的发展安排(但愿不要象当年拿破仑惨败滑铁卢！)。在
3、2022，65%以上的桌面平台支持虚拟的双核心架构，这一切都得益于英特尔的Hyper-Threading技术，不过移动处理器市场并没有此类简洁解决方案。英特尔宣称将来状况将有所改善，在2022年他们有70%以上的台式处理器及70%以上的移动处理器都将采纳双核心架构。至于服务器处理器，在2022年将在超过85%的处理器采纳双核或多核架构。不同于AMD的双核安排，英特尔采纳不同的市场策略来将推出双核处理器。英特尔这个处理器巨头将不首先走工作站和服务器市场，而是最先推出桌面双核处理器解决方案。目前英特尔在台式处理器上已经落后于AMD，AMD在去年已经胜利对台式处理器提速，英特尔处理器由于受众多生产技
4、术问题困扰提速缓慢。这正是英特尔如此迫切推出台式双核处理器的缘由：它第一款采纳双核架构的处理器将在今年第三季度发布。这些处理器的研发代号为Smithfield，它们的主要竞争对象将是AMD的顶级台式处理器，明年中旬AMD此类处理器的型号将延长到“4200+”，性能也将更强劲。英特尔希望双核架构能显著提升它们台式处理器的性能，而且此种性能优势能保持到基于4核心或更多核心架构的处理器出现前。目前英特尔已经没有时间开发更适合双核处理器的新架构，因此Smithfield处理器采纳2个Prescott核心及90nm生产技术生产。Smithfield内核事实上由于两个独立的2独立的Prescott核心组成
5、，每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元，同时Smithfield处理器将象目前Prescott核心P4一样支持800MHz FSB总线。因此Prescott处理器的全部功能几乎可以在Smithfield上看到。不过，由于Smithfield核内须要增一个“arbiter stc”仲裁装置来协调两个核心的工作，因此Smithfield的核心尺寸将是Prescott核心的2.1倍，而不是人们揣测的两倍。理论上，核心尺寸的增加功耗也随之水涨船高。然而英特尔示意采纳LGA775封装的 Smithfield处理器的最大功耗将不会超出130W。象AMD的双核心处理器一样，英特尔也是采纳降低工作频率
6、来降低双核处理器的功耗。从相关资料来看，Smithfield处理器的最大工作频率将为3.2GHz，比目前基于Prescott核心P4的最大频率低了16%。不过，Smithfield处理器的性能要超越目前单核P4的仍有相当难度。例如AMD宣称其双核处理器的性能将比单核处理器有显著提升，因为它们都是针对服务器和工作站市场须要进行设计的。此类计算机系统的应用程序往往针对对称多处理系统开发了，支持多线程运算。至于双核心Smithfield处理器，它的市场定位为：一般台式处理器，尽管目前桌面PC操作系统已经支持多线程处理已经有很长时日了，但众多应用程序并不支持，其中嬉戏应用程序的状况最为糟糕：目前支持多
7、线程运算的嬉戏寥寥无几。这将带来一个问题：在许多桌面平面的应用程序中，Smithfield的性能将比目前基于单个Prescott核心的P4要慢。正是为了减小这种负面影响、缩小这种差距，英特尔甚至放弃了推出4GHz的Prescott Pentium 4处理器。然而我们揣测，这牺牲仍旧是不能的彻底解决这个问题。因此为了让Smithfield更吸引人，英特尔在Smithfield中引入一些新技术，比如EM64T技术 (Amd x86-64技术的英特尔扩展版)、EIST技术(增加型Intel SpeedStep技术)和英特尔的为下一代处理器开发的加强型平安技术“XD bit”。事实上，将来英特尔也将在
8、今年的单核处理器引入此类技术。因此Smithfield处理器的唯一优点就是支持Vanderpool虚拟化技术和LaGrande平安技术，然而在2022年微软推出Longhorn之前我们不大可能利用这些技术。因此只有Smithfield处理器改用5nm生产技术时，英特尔才会正式推出Vanderpool和LaGrande技术。值得一提的是，Smithfield处理器将不会支持Hyper-Threading技术。缘由很明显：在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确安排数据流、平衡运算任务并非易事。比如，假如应用程序创建两个运算线程，很明显每个线程对应一个物理内核，但假如有3个运算线程呢？怎么安排？因
9、此为了削减双核心Smithfield架构困难性，避开出现安排延期的状况出现，英特尔坚决确定在即将发布的Smithfield中取消对Hyper-Threading技术的支持。可以说，Smithfield处理器的2个Prescott核心其实支持Hyper-Threading，只不过在双核心Smithfield处理器中被停用了。象AMD的双核心处理器一样，Smithfield处理器将与目前的平台架构兼容，新双核心处理器将能在目前的主板上正常工作。然而尽管目前925/915主板可以支持Smithfield处理器，英特尔仍旧为Smithfield处理器打算了Glenwood和Lakeport两款芯片组，
10、这两款芯片组均支持两个1066MHz FSB(同样支持800MHz FSB)和双通道DDR-2 667/533。其中Glenwood属于925X的接班人，最大可以支持8GB的内存容量，也正因为处理器支持EM64T技术使它突破了此前32位系统的4GB障碍。英特尔宣称，全部Lakeport/Glenwood芯片的元件都已支配好，包括ICH7、Tekoa Gigabit Ethernet和Ekron 10/100。对软件的要求也万事俱备，从2022年第10到18周，不同阶段所需的大部分部件都将接连到位。在Glenwood和Lakeport双核芯片投入生产后，运用LGA775 socket的双核心90
11、nm的Smithfield处理器也会打算得差不多，当然，这要解除一些不同过程中出现的障碍。在2022第三季度，英特尔将针对Smithfield家族推出三个款处理器，均采纳LGA-775封装、800MHz FSB，但将采纳新的标识：x20，x30和x40，三者的唯一差别主要是频率之上： x20型号的工作频率为2.8GHz，而X30的则为3GHz，X40的则为3.2GHz。其中x20将作为是一款廉价的双核处理器、针对主流市场并可以与目前众多主板兼容，不过这个型号将不支持英特尔的增加型SpeedStep技术。至于这些是否是处理器的最终命名仍不是很清晰，x很有可能被其它代表双核心处理器的数字或符号代替
12、。不过由于受功耗的限制，英特尔不大可能发布频率更高的Smithfield。因此他们驾驭65nm生产技术前，至少在2022年下半年前，我们期望英特尔双核处理器的最高频率将会停留在以上水准。在这以后，英特尔将会推出代号为“Presler”的下一代台式双核处理器。由于运用更先进的65nm生产技术，Presler处理器的核心尺寸将低于140平方毫米，而Smithfield核心的核心尺寸接近240平方毫米。从英特尔发展安排来看，英特尔的精力主要集中在桌面双核心处理器解决方法上，他们好像完全忘掉了服务器和工作站市场。尽管他们的主要竞争者，AMD公司将在今年中期发布双核心Opteron处理器，但我们在今年将
13、不会望见英特尔推出双核心Xeon处理器，尽管多年来此类处理器均属于台式处理器的改进版本。主要缘由是须要投入更多的时间、人力、物力改良Smithfield，同时服务器和工作站站台也缺乏相应的芯片组支持。第一个双核心Xeon处理器被支配出现在2022年初推出，研发代号为“Dempsey”和“Paxville”。其中Dempsey针对双处理器系列，而Paxville则针对多对称处理系统。不管架构类似，但这两个型号的双核心Xeon处理器和Smithfield之间的主要差别是双核心Xeon支持Hyper-Threading技术，它可以让这些处理器能同时执行4线程的运算任务。为了支持Dempsey和Pax
14、ville，英特尔将在2022年初发布Blackford和Greencreek两款芯片组。这两款芯片组的最大特点是充分支持Buffered DIMM、FB-DIMM内存及新双独立总线，它采纳点对点的拓扑架构，可以让每个物理内核干脆与北桥芯片相连接。这项革新将能显著增加英特尔多处理器系统的性能，而此前英特尔的多处理机系统的全部的处理器往往须要共享一条总线。同时在今年，英特尔仍旧对服务器市场赐予肯定重视。今年英特尔将为Itanium家族带来双核心Itanium处理器研发代号为Montecito，不过此款处理器仍是基于是目前的IA-64架构。Montecito处理器所采纳的架构事实上与其它双核心处理
15、器架构很类似。Montecito拥有两个Itanium 物理内核，由整合的arbiter仲裁装置管理、协调工作及拥有更大容量的L3缓存。象Smithfield处理器一样，Montecito的缓存也被平均安排到2个物理核心之间： Montecito处理器拥有24MB L3缓存(每个物理核独立拥有12Mb)及2组 L2缓存记忆：其中1MB为指令缓存(由两物理核心共享和512 KB数据缓存，其中各核心独立拥有256KB数据缓存)。因此，一个双核心Itanium 2处理器所拥有缓存容量将达到26.5MB，而核心将由17.2亿个晶体管组成。第一款Montecito处理器将采纳90nm生产技术生产，核心尺寸将达到惊人的580平方毫米。Montecito处理器的初始频率将为1.7GHz